Termoplastik Elastomerlere Giriş
Termoplastik Elastomerler (TPE) Thermoplastics Elastomer
Termoplastik Elastomerler (TPE, termoplastik malzemelerin kolay işleme ve geri dönüşüm özellikleriyle, termoset kauçukların ama fiziksel özellikleri olan esneklik ve elastikiyeti, bir araya getiren çok yönlü bir malzeme grubudur.
TPE’ler yapı itibarı ile bir kauçuk özellikleri gösteren elastomerik yapıda, diğeri ise termoplastik özellikleri gösteren rijid yapıda iki fazdan oluşan malzemeler olarak tanımlanır. Elastomerik faz, elastikiyet, yumuşaklık, esneklik, kalıcı deformasyon ve minimum kullanım sıcaklığı gibi malzemenin kauçuk malzemelere benzer özelliklerini belirler.
Geri dönüşüm, sertlik/rijidlik, işlenebilirlir ve üst kullanım sıcaklığı gibi termoplastik malzemelere has özellikler ise sert faz tarafından belirlenir.İlk termoplastik elastomer olan termoplastik poliüretan’ın (TPE-U) Bayer Labaratuarlarında keşfinden bu güne geçen zaman zarfında TPE malzeme grubu ve uygulama alanları kayda değer bir gelişme kat etmiştir.
Günümüzde bile gelişmesini sürdürmekte olan TPE’ler polimerler arasında pazar büyüme hızı en yüksek olanlardan biridir.
Termoplastik Elastomerleri üretim prosesleri itibari ile iki ana grup halinde inceleyebiliriz: Blok kopolimer yapılı TPE’ler ve Elastomer/Termoplastik karışımları. Polimerizasyon (Kimyasal sentezleme) yoluyla üretilen blok kopolimerleri de kendi aralarında rijid seçmentlerinin fiziksel yapısına göre amorf (Stiren Blok Kopolimerleri, TPE-S) ve yarı-kristal (Poliüretanlar, TPE-U, Ko-poliester, TPE-E ve Ko-poliamidler, TPE-A) olarak ikiya ayırabiliriz. Termoplastik elastomerlerin sınıflandırılması ve iki ana grubun ve alt gruplarının içyapıları Şekil 1’de gösterilmiştir.
Termoplastik Elastomerlerin genel özellikleri aşağıda özetlenmiştir.
- Elastomerik özelliklerin geniş bir sıcaklık aralığında korunması
- Geniş sertlik aralığında ürünler
- Yorulma direnci
- Kimyasal dayanım
- Aşınma dayanımı
- Dış koşullara ve ozona dayanım
- İşletme kolaylığı
- Geri dönüşüm imkanı/Ekolojik uyum
- Ekonomik parça maliyeti
Enplast, Ensoft® ticari ismiyle SBS ve SEBS bazlı stirenik termoplastik elastomerler (TPE-S) ve Enflex® ticari ismiyle PP/EPDM bazlı TPE-O ve TPE-V üretmektedir.
Aşağıda üretmekte olduğumuz ürünlerin temel yapıları ve aralarındaki temel yapısal ve teknik özellik farkları özetlenmiştir. Stirenik Blok Kopolimerler (TPE-S)Stirenik blok kopolimerlerin yapısı A-B-A blokları halinde tekrar eden bir yapıya sahiptir. Bu yapıda A blokları sert termoplastik grupları, B blokları ise elastomerik grupları temsil ederler. SBS ve SEBS, Tpe uygulamalarında en sıklıkla kullanılan stirenik blok kopolimerlerdir.
Ağırlık olarak elastomerik (B) fazdan oluşan bu kopolimerlerin morfolojisi (iç yapısı) şekil 1’de gösterilmiştir. Bu iç yapı birbirleriyle kimyasal olarak uyumsuz olan polistiren uç blokları ile bütadiyen/etilen-bütlen orta blokların mikroskobik ölçekte faz ayrışması nedeniyle oluşur. Kontinü elastomerik matriks içinde faz ayrışması nedeniyle dağılmış bir halde bulunan polistiren bölgeleri elastomeri bir arada tutan fiziksel çapraz bağ görevi görürler.
Polistiren bölgeler blok –kopolimerlerin işlenmesi sırasında eriyerek malzemenin termoplastik özellik kazanmasını sağlarlar. Genellikle SBS ve SEBS kopolimerleri tek başlarına kullanılmak yerine, bir termoplastik (PP veya PS), plastifiyan yağ ve dolgularla karıştırarak kompaund olarak kullanılırlar. Bu sayede kompaunderlar spesifik uygulamalara yönelik, geniş bir özellik aradığında ürünler formüle edilebilirler.
SBS’in orta (kauçuk) bloğu doymamış bir yapıya sahip olan bütadyenden oluştuğundan, ozon gazı, ultraviyole ışınları ve sıcaklığa karşı dayanımı düşüktür. Bu nedenle SBS teknik uygulamalardan ziyade ayakkabı tabanı, kullan at gereçleri gibi performans/maliyet beklentisi düşük uygulamalarda kullanılır.SBS’in orta bloğunun hidrojene edilerek doymuş etilen-bütlen’e dönüştürülmesiyle elde edilen SEBS’in yapısı ise dış koşullara ve sıcaklığa çok daha dayanımlıdır. Bu nedenle SEBS kopmaundları performans/maliyet beklentileri yüksek olan teknik uygulamalarda (beyaz eşya, otomotiv, sağlık, inşaat...) tercih edilirler.
Elastomer/Termoplastik KarışımlarıTPE’leri elde etmenin bir diğer yolu termoplastik bir mazlemeyle elastomerik bir malzemeyi fiziksel/mekanik olarak birbirleriyle karıştırmaktır. Eğer elastomerik faz pişirilmezse (vülkanize edilmezse) genel olarak birbirleriyle uyumlu malzeme karışımlarında gözlemlenen ko-kontinü içyapı elde edilir. (Şekil 1)
Elastomerik faz karışım sırasında pişirilmezse (vülkanize edilmezse) genel olarak birbirleriyle uyumlu malzeme karışımlarında gözlenen ko-kontinü içyapı elde edilir. (Şekil 1) Elastomerik faz karışımı sırasında pişirildiği takdirde ada-matris tipi bir içyapı elde edilir (Şekil 1) Bu özel prosese dinamik vülkanizasyon adı verilir.
Termoplastik poliolefin (TPO) karışımları en yaygın olarak kullanılan pişmemiş kauçuk termoplastik karışımlarıdır. Bu karışımlar homo/ko-polimer polipropilen (PPC) ile etilen propilen diene (EPDM) veya propilen (EPM) kauçuğunun fiziksel olarak karışımından elde edilirler.
TPO karışımları fiziksel ve kimsayal bağlarının elastikiyeti sınırlı olduğundan daha çok yüksek darbe ve iklim dayanımı gerektirip elastikiyet gereksinimi yüksek olmayan teknik uygulamalar için formüle edilmişlerdir. Otomotiv sektöründe düşük ısılarda elastikiyet gerektiren uygulamalarda ve düşük dayanıklılığın yeterli olduğu uygun fiyatlı teknik uygulamalarda kullanılırlar.
Termoplastik vulkanizatlar (TPV) dinamik olarak vulkanize edilmiş etilen/propilen (EPDM veya EPM) kauçuğu ve Polipropilen (PP) karışımlarından yapılmış ticari ürünlerdir. PP matrisi içinde homojen olarak dağılmış vulkanize EPDM parçacıkları termoplastik gibi işlenebilmelerine rağmen karışımların mükemmel bir kauçuksu-elastikiyet göstermelerini sağlar.
TPV’ler çapraz bağları sayesinde TPV’ler geleneksel kauçuk uygulama alanlarında (otomotiv, beyaz eşya, inşaat, profiller, contalar vs) kullanılmaktadır.TPE grubu malzemelerimizin sınıflarına göre genel özellikleri aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
| ÖZELLİK | EPDM | TPE-O | TPE-V | TPE-S | TPE-U | TPE-E | TPE-A |
| Yoğunluk (g/cm3) | 1.3-1.5 | 0.89-1.00 | 0.90-1.00 | 0.90-1.20 | 1.10-1.34 | 1.05-1.39 | 1.10-1.20 |
| Sertlik (Shore A/D) | 35A-40D | 60A-75D | 35A-50D | 0A-50D | 65A-70D | 35D-75D | 65A-72D |
| Alt kullanım sıcaklığı (ºC) | -50 | -60 | -60 | -50 | -50 | -65 | -40 |
| Üst kullanım sıcaklığı (ºC) | 135/159P | 110 | 125 | 100/110 | 110 | 150 | 170 |
| Kalıcı deformasyon 70/100(ºC) (%) | ‘++/++ | -/- | ++/0 | 0/- | +/0 | +/0 | +/0 |
| Hidrokarbonlara dayanım | - | -/+ | 0 | - | 0/+ | +/++ | +/++ |
| Polar olmayan su bazlı solvent dayanımı | + | +/++ | +/++ | + | 0/+ | -/- | 0/+ |
| Fiyat (Euro/kg) | ? | 1.5-2.5 | 2.4-4.0 | 1.5-4.0 | 4-6 | 8-16 | 10-18 |
