*mishi* 11920 اشتراک گذاری ارسال شده در 10 اسفند، ۱۳۸۹ كاربردهاي مستقيم و جايگزيني مواد ابداعي جديد در صنعت خودرو و بويژه در قطعات پليمري، به دليل فشارهاي شديد قيمت در حال شكل‌گيري هستند. يكي از مهمترين جايگزيني‌ها، جايگزيني مواد ترموپلاستيك الاستومر (TPE) با ترموست الاستومرهاست. ترموپلاستيك الاستومرها كه گاهي «ترموپلاستيك رابرها» نيز ناميده مي‌شوند، دسته‌اي از كوپليمرها يا تركيبي فيزيكي از پليمرها (عموماً يك پلاستيك و يك رابر) هستند كه هم داراي خواص ترموپلاستيك‌ها بوده و هم از خواص الاستومرها برخوردارند. اغلب الاستومرها، ترموست هستند و غيرقابل بازيافت. اين الاستومرها داراي فرايند توليد گران و نسبتاً پيچيده‌اي بوده اما خواص الاستيكي آنها كاربردهاي وسيع دارد. ترموپلاستيك‌ها داراي فرايند توليد نسبتاً آسانتري هستند. در واقع، ترموپلاستيك الاستومرها مزاياي ويژه هر دو گروه مواد ترموپلاستيك و الاستومر را از خود نشان مي‌دهند. براي مثال مي‌توانند همانند ترموپلاستيك‌ها براحتي فرايند و بازيافت شده و همانند الاستومرها، خاصيت الاستيكي و جذب شوك را از خود نشان دهند. معرفي الاستومرها به صورت كلي به دو دسته ذيل تقسيم مي‌شوند: ترموپلاستيك‌ها ترموست‌ها ساختار ترموپلاستيك الاستومرها، موادي هستند كه وقتي گرم مي‌شوند، مكرراً نرم/ ذوب مي‌شوند و وقتي سرد مي‌شوند، سخت مي‌گردند. در واقع، ترموپلاستيك‌ها در دماي مناسب ذوب شده و فرايند شكل‌دهي (به عنوان مثال قالبگيري يا اكستروزن) بر روي آنها اعمال شده و پس از سرد شدن، شكل دلخواه را به خود مي‌گيرند. اغلب ترموپلاستيك‌ها، در حلال‌هاي مخصوص حل مي‌شوند و تا برخي درجات مي‌سوزند. دماي نرم‌شدگي يا ذوب با نوع گونه (گريد) پليمر تغيير مي‌كند. به خاطر حساسيت دمايي ترموپلاستيك‌ها مي‌بايستي مراقب تخريب، تجريه و احتراق اين مواد بود. اغلب زنجيره‌هاي مولكولي در ترموپلاستيك‌ها را مي‌توان مستقل و همانند رشته‌هاي درهم پيچيده اسپاگتي، در نظر گرفت (نمودار1). نمودار1: زنجيره‌هاي ترموپلاستيك اين مواد، وقتي گرم مي‌شوند (مثلاً براي قالبگيري) لغزش زنجيره‌هاي منفرد آنها باعث جريان پلاستيك مي‌شود و وقتي سرد مي‌شوند زنجيره‌هاي مولكولي و اتمي، مجدداً محكم نگه داشته مي‌شوند. خاصيت امكان تكرار چرخه ذوب و سخت شدن، امكان بازيافت ترموپلاستيك‌ها را از قطعات توليدي و نيز تبديل مجدد آنها به محصول جديد را به وجود آورده است. البته با هر بار ذوب شدن، خواص كيفي محصول جديد، افت خواهد كرد. در تعداد چرخه‌هاي حرارتي و سرمايشي محدوديت‌هايي تجربي وجود دارد. اين محدوديت‌ها را مي‌توان قبل از اينكه خواص ظاهري و مكانيكي ترموپلاستيك‌ها تحت تاثير قرار گيرند، به آنها اعمال كرد. ترموست الاستومرها، فقط يك تغيير شيميايي را تحمل مي‌كنند. اين امر باعث غيرقابل حل/ ذوب‌شدن دائمي آنها مي‌شود. اين فرايند ولكانيزاسيون يا پخت ناميده مي‌شود كه پس از شكل‌دهي از طريق اعمال حرارت، شكل قطعه تثبيت مي‌شود و به دليل ايجاد اتصالات عرضي بين زنجيره‌هاي مولكولي، امكان ذوب مجدد قطعه وجود ندارد. تفاوت اصلي ترموست الاستومرها و ترموپلاستيك الاستومرها، نوع پيوندهاي اتصالات عرضي در ساختار آنهاست. در واقع، اتصالات عرضي، عامل ساختاري بحراني اين مواد بوده و در خواص الاستيك آنها سهم بسزايي دارد. اتصالات عرضي در پليمرهاي ترموست، پيوند كووالانسي است كه طي فرايند ولكانيزاسيون ايجاد مي‌شود. اتصالات عرضي پليمرهاي ترموپلاستيك الاستومر، پيوندهاي هيدروژني، يا دو قطبي ضعيف‌تر بوده و يا تنها در يكي از فازها وجود دارد. از آنجا كه مواد TPE مي‌توانند قالبگيري يا اكسترود شده و مجدداً همانند ترموپلاستيك‌ها مورد استفاده مجدد قرار گيرند، از قابليت بازيافت برخوردار بوده و مضافاً داراي خواص ويژه الاستيك رابرها نيز هستند كه به دليل دارا بودن مشخصات ترموستي، برگشت‌پذير نيستند. همانگونه كه در نمودار 2 مي‌توان ديد، هنگامي كه ترموست‌ها سفت شده يا پخت مي‌شوند، اتصالاتي عرضي بين مولكول‌هاي مجاور تشكيل مي‌شوند و شبكه‌اي به هم پيوسته و پيچيده را به وجود مي‌آورد. نمودار2: شبكه به هم پيوسته ترموست الاستومر پس از پخت اين پيوندهاي عرضي، از لغزش زنجيره‌هاي منفرد جلوگيري كرده و مانع از جريان پلاستيك به هنگام افزوده شدن دما مي‌شوند. اگر بعد از تكميل پيوندهاي عرضي، دماي بيش از اندازه به ترموست الاستومر داده شود، پليمر بجاي ذوب، تخريب خواهد شد. فرايند قابليت تكرار فرايند در ترموپلاستيك الاستومرها، عمده‌ترين مزيت TPEها نسبت به ترموست رابرهاست. ديگر تفاوت‌هاي كليدي فرايند، در جدول 1 ارائه شده است. جدول 1: تفاوت‌هاي كليدي فرايند در نمودار 3، تفاوت مراحل فرايند بين توليد با TPE و رابرها نمايش داده شده است. براساس اين نمودار، كاهش مراحل توليد، كاهش زمان توليد و بازيافت محصول، كاملاً مشهود است. نمودار3: فرايند در ترموپلاستيك الاستومر و رابر مزيت‌هاي TPE نسبت به ترموست‌ها انعطاف طراحي هزينه توليد كمتر زمان فرايند كوتاهتر اختلاط كم يا بدون نياز به اختلاط بازيافت ضايعات سازگاري محصولات امكان قالبگيري دمشي امكان ترموفرم مصرف انرژي پايين‌تر كنترل كيفيت بهتر بر روي محصول فرايند ساده‌تر محدوده وسيع‌تر چگالي هزينه تمام‌شده محصول پائين‌تر به ازاي هر قطعه زيست سازگاري بهتر يكي از مزيت‌هاي اصلي كاربرد TPEها، زيبايي محصول و قدرت تزييني آنهاست. در شكل يك چند مثال از تاثيرات بصري استفاده از TPEها به جاي رابرها، ارائه شده است. شكل 1: معايب ترموپلاستيك الاستومرها در مقايسه با الاستومرها يا ترموست‌ها دسته جديد TPEها، واحد عيب عمده قيمت بالاتر مواد اوليه است. (شكل2) همچنين عدم امكان استفاده از پركننده‌هاي ارزان‌قيمت مانند دوده در آنها كه باعث مي‌شود نتوان از TPEها در توليد تاير استفاده كرد. از ديگر معايب آنها مي‌توان به مقاومت پايين حرارتي و شيميايي (در برابر روغن) اشاره كرد. همانطوريكه در شكل 2 ديده مي‌شود، مقاومت رابرهاي مقاوم مشهور، بالاتر است. البته پيشرفت‌هاي اخير باعث توليد مواد TPE با مقاومت شيميايي (در برابر روغن) و حرارتي بالا شده است. اين بهبود با افزايش قيمت مواد اوليه فلوئور و الاستومرها، سيليكون‌ها و آكريليك‌ها همراه است. جدول 2: عيوب TPEها نكته مهم، مانايي فشاري بسيار بالاي TPEهاست. سختي و مانايي فشاري، دو عامل كليدي براي دستيابي به خواص عملكردي رابرها هستند. شكل 3 مقايسه بين سختي و متنايي فشاري بين TPEها، PVC و رابرها را نشان مي‌دهد. شكل 3: مقايسه سختي و متنايي فشاري TPEها، PVC و رابرها البته بنا به اظهار سازندگان مواد اوليه، ايراد مقاومت حرارتي/شيميايي و مانايي فشاري در گريدهاي جديد توليد شده مرتفع شده است. (جدول 3). يكي از موانع جايگزيني TPE در بسياري از كاربردهاي رابرها، ضعيف‌تر بودن خاصيت مقاومت حرارتي/ آسودگي تنش اعمالي آن است. جدول 3: مزاياي توليد با TPE رويكرد جهاني و اهميت موضوع در ساخت و توليد قطعات خودرو بديهي است كه مي‌بايستي از موادي استفاده كرد كه از توانايي دستيابي به الزامات مواد و فرايند صنعت خودرو، برخوردار باشند. در جدول 4، الزامات مواد و فرايند در صنعت خودرو ارائه شده و مثال‌هاي عملي از چگونگي دستيابي و بهبود اين خواص با استفاده از قطعات توليدي با گونه‌هاي مختلف TPE مطرح شده است. مشاهده مي‌كنيد كه با استفاده از مواد TPE امكان دستيابي و بهبود تمامي خواص نظير كاهش وزن، كاهش هزينه‌هاي توليدي، نرمي سطح، براقيت پايين، مقاومت روغني، بدون بو بودن و ديگر مواد، وجود دارد. جدول 4: قابليت مواد ترموپلاستيك الاستومر در دستيابي به الزامات مواد و فرايند در صنعت خودرو TPEهاي مورد استفاده در بسياري از قطعات، از قابليت رقابت با ترموست الاستومرها برخوردارند. بويژه در تمامي نوارهاي آب‌بندي شامل نوارهاي: دور در، دور درب صندوق، زير درب‌موتور، آبگيرهاي داخلي، آبگيرهاي خارجي، آب‌بندي دور كلاف شيشه درب‌هاي جانبي، آب‌بندي دور شيشه جلو و عقب و encapهاي دور شيشه. تمامي اين نوارها، عموماً با لاستيك EPDM توليد مي‌شوند. در تصاوير مختلف شكل 4، نمونه‌هايي از نوارهاي آب‌بندي توليدي با TPEها ارائه شده است. شكل 4: نمونه نوارهاي آب‌بندي توليد شده با TPE TPEها از قابليت توليد ديگر قطعات پليمري نظير درپوش‌ها، ضربه‌گيرها، كوركن‌ها و انواع بست‌ها برخوردارند. (جدول 5) جدول 5: استفاده از TPE در توليد درپوش‌ها و كوركن هاچ در جداول 6و7، مزاياي توليد اين قطعات با TPE بيان شده است. جدول 6: مزاياي توليد درپوش‌ها و كوركن‌ها با TPE جدول 7: مزاياي توليد ضربه‌گيرها با استفاده از TPE در تصاوير مختلف شكل 5: نمونه‌هاي درپوش‌ها، كوركن‌ها و ضربه‌گيرهاي توليدشده با TPE نشان داده شده است. شكل 5: درپوش‌ها، كوركن‌ها و ضربه‌گيرهاي توليدي با TPE شكل شماتيك 6، قطعاتي را نشان مي‌دهد كه در توليد آنها، رقابت TPE با الاستومرها آشكار است. شكل 6: قطعات خودروي توليدي با TPE در رقابت با الاستومرها فناوري‌هايي كه از مواد ترموپلاستيك الاستومر استفاده مي‌كنند، جايگاه خود را در صنعت خودرو كاملاً مستحكم كرده‌اند. در جدول 8، مثال‌هايي از فناوري‌هاي بهره‌گيرنده از مواد TPE در صنعت خودروي ژاپن و اروپا ارائه شده است. جدول 8: مثال‌هايي از تكنولوژي‌هاي ژاپني و اروپايي در به‌كارگيري TPE در صنعت خودرو براي آشنايي بيشتر با ميران رقابت‌پذيري PVC و TPE با رابرها در ساخت قطعات خودرويي، در جدول 9 امكان توليد قطعات مختلف با گونه‌هاي مختلف TPE و PVC ارائه شده است. مشاهده مي‌شود كه TPE به دليل نسبت بالاتر كارايي به قيمت، داراي پتانسيل بالاتري در رقابت با رابرها نسبت به PVC است. در جدول 10، مقدار رابر مصرفي در هر قطعه به ازاي هر خودرو كه مي‌تواند معياري از بازار هدف براي TPE براي نوارهاي آب‌بندي دور درب‌ها و شيشه‌ها متصور است. نكته مهم اين است كه در محدوده نوارهاي دور درب، گونه مصرفي TPE ترموپلاستيك الاستومراليفينيك بوده، اما در نوارهاي دور شيشه، ترموپلاستيك الاستومر اليفينيك و SEBSها با هم رقابت دارند. جدول 9: رقابت TPE و PVC با رابرها در توليد قطعات خودرويي جدول 10: ميزان مصرف رابر در قطعات مختلف نمودار 4، نمايانگر ميزان رشد مصرف TPE در توليد نوارهاي آب‌بندي دور كلاف شيشه بين سال‌هاي 1999 تا 2005 در ژاپن، اروپا و امريكاست. نكته قابل توجه، توسعه وسيع اين مواد در ژاپن است. در سال 2005، كشورهاي اروپايي و امريكايي نيز در توليد اين قطعه به TPE روي آورده‌اند. نمودار 4: رشد كاربرد TPE در توليد نوار دور كلاف شيشه در قطعات داخلي نظيركيسه‌هاي هوا و رودري‌ها (5كيلوگرم به ازاي هر خودرو) گرچه از رابر استفاده نمي‌شود، اما TPE از قابليت رقابت با آن برخوردار است (نمودارهاي 5 تا 7). رشد سالانه تقاضاي جهاني براي مصرف TPEها، 2/6 درصد است. تا پايان سال 2007، صرفاً تقاضاي شركت‌هاي امريكايي درخصوص اين مواد، حدود 5/1ميليارد پوند وزني يا 5/1ميليارد دلار خواهد رسيد. پيش‌بيني مي‌شود كه اين تقاضا تا پايان سال 2009 به 1/3 ميليون تن متريك نيز برسد. وسائط نقليه موتوري در سطح جهان، همچنان بزرگترين بازار مصرف TPEها را به خود اختصاص داده است. در امريكا، نزديك به 30 درصد از كل مصرف TPEها، در حيطه صنعت خودرو صورت مي‌پذيرد. البته گفتني است كه TPEها كاربردهاي وسيعي نيز در ديگر صنايع نظير صنايع الكترونيك، لوازم خانگي، آب‌بند‌ها و درزگيرهاي صنعتي، لوازم ورزشي، لوازم پزشكي، صنايع بسته‌بندي مواد غذايي و نوشيدني دارد. با توجه به مصرف بالاي رابرها و بويژه EPDM در خودروهاي توليدي شركت ايران خودرو و نيز با توجه به مزاياي نسبي توليد قطعات و بويژه نوارهاي آب‌بندي با TPE نسبت به EPDM، تحقيق و مطالعات دقيق‌تر در زمينه جايگزيني EPDM با TPE، مي‌تواند يكي از راه‌حل‌هاي افزايش كيفيت قطعات و كاهش قيمت‌ها باشد. منابع: 1. Global trends in olefinc TPEs by Robert Eller associate, Inc. 2. wikipedia web site. 3. GLS corporation web site. 4. Innovation in glazing and sealing systems by THE ITB GROUP, LTD. 5.World Thermoplastic Elastomers Industry Report. By Freedonia Group Inc. 2 لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده