در بخش قبلی که لینک آن در ادامه قرار داده شده است، با فناوری Overmolding و چرایی استفاده از TPE ها در این روش صحبت کردیم. با این بخش در ارتباط با نکات کلیدی که به ما کمک می کنند تا کیفیت قطعات تولیدی با این روش را ارتقا دهیم، همراه باشید.

• فناوری استفاده از TPE ها در روکش دادن قطعات تولید شده با پلیمرهای مهندسی (Overmolding)

مهمترین نکته در انتخاب گرید مناسب TPE برای Overmolding، توجه مهندسی به پلیمر پایه ای است که فرایند Overmolding روی آن انجام می شود. نکاتی همچون ساختار شیمیایی پلیمر پایه، حضور نرم کننده و تقویت کننده ها در آن می تواند بر عملیات Overmolding تاثیر بگذارد. تقریبا می توان گفت برای هر پلیمر، از جمله PP, ABS, PC, PA, PS, POM,… …، به گرید ویژه ای از TPE نیاز است. طراحی قطعه باید به گونه ای باشد که ضخامت یکنواخت و کافی ( حداقل 3 mm) TPE روی بستر اصلی قرار گیرد و اثر آبرفتگی نیز در نظر گرفته شود. همچنین تا حد ممکن به منظور جلوگیری از ایجاد تمرکز تنش، بایستی از طراحی گوشه هایی با زاویه تند اجتناب کرد. از طرفی تا حد ممکن در کنار انتخاب TPE با چسبندگی کافی، به کمک طراحی مکانیکی و استفاده از دندانه ها و برجستگی ها به افزایش استحکام چسبندگی باید کمک کرد.

همانند دیگر روش های تزریق بایستی در طراحی قالب TPE های مورد استفاده در Overmolding نهایت دقت صورت گیرد و انتخاب جنس قالب، طراحی قطعه و ضخامت در نقاط مختلف، انتخاب Runner, Gate, Vent بر اساس خصوصیات فرایندی گرید TPE انتخابی باشد. در صورتیکه TPE خریداری شده بی رنگ است و نیاز به تولید قطعات رنگی وجود دارد، در انتخاب مستربچ رنگی نیز بایستی دقت کافی صورت گیرد. چرا که کوچکترین برهمکنشی میان رنگدانه های مستربچ یا اثر پلیمر حامل رنگدانه با TPE، می تواند استحکام چسبندگی را تهدید کند. در بیشتر مواقع بایستی مستربچ های پایه EVA را تهیه و استفاده نمود.

در صورتیکه از نظر حجم سرمایه گذاری محدودیتی وجود نداشته باشد، بهترین گزینه برای تولید قطعات Overmold شده با کیفیت، استفاده از دستگاه های تزریق Multi Injection و در واقع تزریق همزمان دو جزء است. اما در صورتیکه این کار ممکن نیست و روش تزریق جداگانه و قرار دادن قطعه در قالب Overmold انتخاب شود ( روش Insert Molding) به منظور تولید قطعات با کیفیت بایستی نکات زیر را مدنظر قرار داد:

• جلوگیری از ایجاد هر گونه آلودگی و تجمع ذرات آلوده کننده روی سطح قطعات تولید شده و درون قالب
• عدم استفاده از اسپری های سیلیکونی به منظور جدا کردن راحت تر قطعات از قالب
• عدم حرارت دهی قطعه پایه و قرار دادن آن در قالب ( این نکته برای هر قطعه بایستی آزمون شود و در برخی موارد به دلیل تغییر خواص سطحی پلیمر، اثر معکوس دارد.)

در آخرین نکته نیز می توان گفت بایستی دقت کرد که TPE انتخاب شده به خوبی خشک شده باشد و عاری از هر گونه رطوبت باشد و همچنین در زمان تزریق تا حد ممکن دمای فرایند تزریق بالا انتخاب شود تا حداکثر استحکام چسبندگی حاصل شود.

شاخصه اصلی تمامی مواد اولیه مورد استفاده در ادوات و تجهیزات مورد استفاده در معاون مقاومت بسیار عالی در برابر سایش است. انعطافپذیر بودن و در عین حال مقاومت بسیار خوب در برابر سایش دو خاصیت برجسته و ویژه پلی یورتان یا به صورت خلاصه شده PU (Polyurethane) است. این دو خاصیت کلیدی پلی یورتان منجر به تبدیل شدن این ماده به انتخاب اول مهندسین معدن برای روکش دهی صفحات مورد استفاده در فرایند غربالگری در معادن شده است. پلی یورتان مقاومت بسیار خوبی در برابر آب نیز دارد و این نکته باعث شده است پایداری پانل های غربالگری روکش داده شده با پلی یورتان در برابر مخلوط های حاوی آب، بسیار بالا باشد. از جمله دیگر ویژگی های کلیدی پلی یورتان در کاربری روکش دهی پانل های غربالگری معدنی عبارتند از:

• مقاومت بسیار عالی در برابر کنده شدن
• جهندگی فوق العاده

در حقیقت علاوه بر صنایع معدنی، در دیگر صنایع مانند صنایع فلزی و ذغال سنگ برای تعیین اندازه ذرات و جداسازی آن ها از مش های غربالگری استفاده می شود. در گذشته این مش ها از جنس فلز ساخته می شدند، اما با پیدایش پلی یورتان و به کمک فرایند ریخته گری (Cast) مش های غربالگری پلی یورتان کاربرد گسترده ای در معادن پیدا کرده اند. علاوه بر سبک بودن مش های پلی یورتانی نسبت به فلزات، این مش ها مزایای دیگری همچون تولید نویز بسیار کم و عدم چسبندگی به مخلوط های آبی نیز دارند. همچنین مش های فلزی با روکش پلی یورتان نیز در معادن به کار می روند.

علاوه بر مش ها، پلی یورتان در دیگر بخش های معادن نیز کاربرد دارند. از جمله دیگر کاربردهای این پلیمر با ارزش می توان به استفاده از آن ها در پوشش دهی خطوط لوله به منظور جلوگیری از خوردگی، پوشش دهی کانوایرها و غلتک ها به منظور جلوگیری از سایش و همچنین لاستیک های ماشین آلات مورد استفاده در معادن اشاره کرد. پلی یورتان ها به خصوص در پوشش دهی لوله های انتقال پالپ های معدنی که شامل آب و کلوخه های مواد معدنی هستند، اهمیت ویژه ای دارند و از خوردگی و صدمه دیدن این لوله ها جلوگیری می کنند. 

کاربردهای پلی یورتان ها در معادن به همین چند مورد ذکر شده در بالا ختم نمی شود و این پلیمر با استعداد در تولید هیدروسیکلون های صنایع معدنی نیز به کار می رود. هیدروسیکلون ها قطعات پر کاربردی هستند که بدون داشتن قطعه متحرک و با هزینه نگهداری بسیار کم در جداسازی مخلوط های معدنی بر اساس وزن مخصوص ذرات موجود در مخلوط، استفاده می شوند. امروزه تمامی هیدروسیکلون ها از جنس پلی یورتان هستند.

در حقیقت پلی یورتان ها صنایع معدنی را متحول کرده اند و در کاربردهای ذکر شده توانسته اند طول عمر قطعات مورد استفاده در فرایندهای صنایع معدنی را افزایش دهد، کیفیت عملیات های معدنی را بهبود دهد و آسایش بیشتری را برای کارکنان زحمت کش معدن فراهم آورد. اما تمامی مزایای ذکر شده در گرو انتخاب گرید و فرایند تولید مناسب پلی یورتان برای کاربردهای ذکر شده است.

انجمن بین المللی تولید کنندگان رابرهای سنتزی (International Institute of Synthetic Rubber Producer (IISRP))، تعریف زیر را برای TPE ها ارائه کرده است:

“پلیمرها، کامپاند یا آلیاژ آن ها که در دمای ذوب خود رفتار فرایندی مشابه ترموپلاستیک ها دارند و می توان به کمک روش های شکل دهی معمول، انواع قطعات را با آن ها تولید کرد؛ از طرف دیگر در دمای کاربرد رفتار مشابه الاستومرهای پخت شده را بدون اعمال فرایند پخت دارند. این مواد قابلیت ذوب و شکل دهی مجدد دارند و بازیافت پذیر هستند.”

استحکام مکانیکی و مانایی فشار کم قطعات رابری پخت شده توسط اتصالات عرضی شیمیایی آن ها حاصل می شود (این اتصالات تنها با سوزاندن یا اعمال واکنش شیمیایی برگشت پذیر هستند) و در TPE ها توسط فاز سخت که در قسمت قبلی این مقاله توضیح داده شد، ایجاد می گردد. در بخش قبلی TPE های راکتوری و آلیاژی معرفی شدند، در این قسمت اجزای مورد استفاده در  تولید TPE های آلیاژی مطرح خواهند شد.

در حالت کلی فرمولاسیون یک TPE شامل اجزای زیر است:

• پلیمر ترموپلاستیک سخت ( مانند پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن (PE)، پلی آمید (PA)، PVC، …)
• فاز نرم رابری ( مانند POE, EPDM, SEBS, SBS, NBR, …)
• نرم کننده (Plasticizer, Oil)
• پر کننده (Filler)
• رنگدانه (Pigment)
• افزودنی ها برای ایجاد خواص ویژه مانند مقاوم در برابر شعله، مقاوم در برابر اشعه UV، آنتی استاتیک، هادی حرارت، هادی الکتریسیته، Laser Mark، …
• سازگار کننده (Compatibilizer)
• عامل پخت ( تنها در مورد TPV ها استفاده می شود)

تمامی یا بخشی از اجزای نامبرده شده در بالا بر اساس خواص مورد انتظار از محصول نهایی به کمک اکسترودرهای کامپاندینگ ( عموما اکسترودرهای دو پیچه (Twin screw extruder) با نواحی خوراک دهی متفاوت) آلیاژ سازی می شوند.

از جمله مهمترین TPE های بدون پخت می توان به خانواده های زیر اشاره کرد:

• PP, PE/ POE, SBS, SEBS, SIS, SIBS, SEEPS
• PVC/ NBR

و در مورد TPV ها مهمترین آلیاژهای تجاری سازی شده گروه های زیر هستند:

• PP/ EPDM, NBR
• PA/ ACM, Silicone
• TPU/ Silicone
• Polyester/ ACM
• PVDF/ FKM

در بین گروه های مختلف TPE ذکر شده ارزانترین گروه، TPE های پایه Polyolefin و رابرهای استایرنی مانند SBS هستند. هر چند پایداری حرارتی و خواص مکانیکی این گروه نیز نسبت به سایر گروه های TPE های مهندسی مانند TPU و انواع بر پایه PA ضعیف تر است. اما از طرفی تنظیم سختی قطعات تولیدی به کمک TPE های مهندسی محدودیت بیشتری دارد ( TPE های پایه TPU و PA سختی های بالاتر از 60 Shore A دارند. این مقدار در مورد TPV و TPE های پایه Polyolefin/ SBS, SEBS, EPDM می تواند مقادیر بسیار کمتر، 20 Shore A و بالاتر، نیز داشته باشد.)

با انتخاب صحیح اجزای یک TPE می توان محدوده گسترده ای از خواص مختلف مکانیکی، فیزیکی، حرارتی و … را در کامپاند نهایی ایجاد کرد. برای مثال دمای سرویس دهی TPE های مهندسی مانند پایه Polyester, PA می تواند تا 250 °C و در مورد TPE های حاوی SBS، دمای کاربری می تواند تا°C  -50 پایین باشد.

TPE ها با امکان تنظیم خواص مختلف کاربردهای بیشماری در آینده ای نزدیک خواهند داشت.