عند الاختيار بين أنواع المواد لاستخدام معين، من المهم التمييز بين الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية (TPE) والبولي يوريثين الحراري البلاستيكي (TPU). كلاهما عبارة عن بوليمرات متعددة الاستخدامات ولها بعض الخصائص الخاصة. وهذا يسمح بتطبيقها في العديد من المجالات. تشتهر TPEs بمرونتها وجاهزيتها للمعالجة وتكلفتها المنخفضة. لذا، فإن هذا يجعل TPEs مناسبة لتلك التطبيقات التي لا تحتاج إلا إلى أداء معتدل. على عكس TPUs، توفر صلابة وتآكلًا وخصائص كيميائية محسنة لخدمة التطبيقات الصعبة بالإضافة إلى متطلبات الأداء الأعلى. لذلك، في هذه المقالة، سوف نستكشف TPE مقابل TPU، واختلافاتهما وتشابهاتهما وخصائصهما.
ما هو TPE؟
TPEs are the short form of Thermoplastic Elastomers. It’s a type of polymer that has characteristics of rubber with recyclable thermoplastic material. It is as flexible as rubber but at the same time as manageable as thermoplastics. TPEs are mostly used in those areas in which flexibility, strength, as well as ease of formulating, are considered vital. Go to هل TPE آمن؟ لمعرفة المزيد عن TPE.
ما هو TPU؟
يُوصف البولي يوريثين الحراري البلاستيكي بأنه إلاستومر حراري بلاستيكي يتمتع بمرونة عالية جدًا وقوة ومقاومة للتآكل والمواد الكيميائية والزيت. يتميز البولي يوريثين الحراري بخصائص كل من المواد البلاستيكية والمرنة ويُظهر أداءً رائعًا في العديد من التطبيقات الشديدة. هل TPU آمن؟ لمعرفة المزيد عن TPU.
عملية كاملة لتصنيع TPE و TPU؟
دعونا نناقش العملية الكاملة لتصنيع كل من TPE و TPU.
1. عملية تصنيع TPE
فيما يلي عملية تصنيع الإيلاستومرات الحرارية خطوة بخطوة.
1. المزج
في حالة TPEs مثل Styrenic Block Copolymers (SBCs)، تتم عملية التصنيع عن طريق خلط البوليسترين مع البوليمرات المرنة، أي البولي بوتادين. يتم تسخين التركيبة لإذابتها ثم يتم إجراء عملية التصلب للحصول على المنتج النهائي.
2. البلمرة
في تكوين TPEs، يجب أن يتفاعل البروبيلين مع مونومرات أخرى بطريقة محكومة. وبالتالي، يمكن أن ينتج إلاستومر ترموبلاستيكي. يمكن إجراء هذه العملية من خلال بعض التقنيات بما في ذلك البلمرة السائبة أو المحلولية.
3. عملية الفلكنة
فيما يتعلق بإنتاج البوليمرات الحرارية البلاستيكية (TPVs)، فإن الطريقة المستخدمة أثناء التشكيل تسمى الفلكنة الديناميكية. أثناء معالجة ذوبان هذا البوليمر الحراري البلاستيكي، يتم إضافة عامل ربط متقاطع، أي الكبريت في هذه العملية. المنتج النهائي عبارة عن مزيج حيث يتم ربط الجزء المطاطي جزئيًا على الأقل. ثم يساعد ذلك في تحسين مرونة المادة وخصائصها الميكانيكية.
4. البثق والقولبة
بعد عملية المزج أو البلمرة، يجب معالجة TPEs من خلال البثق أو القولبة بالحقن. من ناحية أخرى، تتضمن عملية البثق استخدام قالب لبثق أشكال مستمرة من TPE المنصهر. بينما تتم عملية القولبة بالحقن عن طريق حقن المادة المنصهرة في قوالب لصنع الأشكال والمنتجات المرغوبة.
2. عملية تصنيع TPU
فيما يلي عملية تصنيع مادة البولي يوريثين الحرارية (TPU) خطوة بخطوة.
1. البلمرة
نقوم بتصنيع TPU باستخدام ثنائيات الأيزوسيانات (على سبيل المثال ثنائي إيزوسيانات الميثيلين ثنائي الفينيل أو ثنائي إيزوسيانات التولوين) والديولات (على سبيل المثال ثنائيات البولي إيثر أو البوليستر). لذا، يتم تنفيذ هذا التفاعل بطريقة خاضعة للرقابة لإنتاج بوليمر البولي يوريثين.
2. التركيب
بعد عملية البلمرة، يتم خلط بوليمر TPU مع مواد مالئة مثل الملدنات والمثبتات والمواد الملونة، لتسهيل تطوير الخصائص المطلوبة. في هذه العملية، يتم إجراء عملية الخلط المنصهر باستخدام آلة البثق. على الرغم من أنه قد يتم استخدام طرق أخرى في هذه المرحلة.
3. البثق والقولبة بالحقن
يتم معالجة TPU مثل أي مادة مطاطية حرارية أخرى عن طريق البثق أو القولبة بالحقن. على الرغم من استخدام طرق أكثر تقدمًا في معالجة TPU مقارنة بـ TPEs. البثق هو العملية التي يتم فيها دفع TPU عبر قالب وتشكيله في مقاطع طويلة. في حين أن القولبة بالحقن هي عملية حقن TPU في قالب لصنع أجزاء معينة.
4. التقويم والصب
بالنسبة لبعض التطبيقات، يمكن أيضًا معالجة TPU من خلال عملية الصقل حيث يتم تحويل TPU إلى صفائح رقيقة جدًا من خلال الدرفلة أو الصب. هنا يتم سكب TPU مباشرة في الأفلام أو الصفائح.
خصائص TPU
- المرونة: توفر مادة TPU مرونة كبيرة للتحليلات.
- متانة: يتميز بميزات الجودة مثل مقاومة التآكل والتلف.
- المقاومة الكيميائية: يتحمل الزيوت والشحوم والمواد الكيميائية بشكل جيد إلى حد ما.
- نطاق درجة الحرارة: نظرًا لقدرتها على العمل بسرعات عالية، يمكن استخدام تصميم مصابيح LED فوق البنفسجية هذا في نطاق واسع من درجات الحرارة من -40 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية.
- الشفافية: من الممكن جعل مادة TPU شفافة مما قد يكون مفيدًا في بعض الاستخدامات.
خصائص TPE
- مرونة: يظهر مرونة تشبه المطاط.
- قابلية المعالجة: إنها سهلة المعالجة وكذلك القوالب مع خصائص تدفق جيدة.
- المرونة: عادةً ما يكون له قابلية تشغيل معتدلة ولكن يمكن تحضيره بشكل خاص لإعطائه صلابة منخفضة أو عالية.
- قابلية إعادة التدوير: يمكن إعادة تدويرها مما يجعلها مرتبة صديقة للبيئة.
- فعالية التكلفة: عادة ما تكون أرخص مقارنة ببعض الإيلاستومرات الأخرى.
خصائص مادة TPE و TPU
- مواد TPE: تعتمد مواد TPE على العديد من البوليمرات، مثل البوليمرات الكتلية المصنوعة من ستيرين، والبولي أوليفينات، والمبركنات الحرارية البلاستيكية. يتم خلطها بانتظام مع إضافات مثل الملدنات، والمثبتات، والحشوات، والأصباغ للحصول على الخصائص المطلوبة. أما المضافات الأخرى فهي مساعدة المعالجة والمضافات المتخصصة والتي يمكن استخدامها أيضًا لتحسين الأداء وقابلية التشغيل.
- مواد TPU: يتم إنتاج TPU إما من ثنائيات الأثير البوليستر أو بولي إيثر مع ثنائيات الأيزوسيانات. وهي تحتوي على مواد ملينة ومثبتات وحشوات وألوان. في حين تحتوي المواد الأخرى على عوامل ربط متقاطعة لتحسين الأداء. المواد المضافة الوظيفية التي يشار إليها أيضًا باسم موارد المعالجة والمواد المضافة المتخصصة مخصصة لتغيير الخصائص الفيزيائية والأداء.
ما هو الفرق بين TPE و TPU؟
دعونا نناقش الاختلافات الرئيسية بين TPE و TPU بعمق
1. التركيب الكيميائي
- مادة TPE: هذا تصنيف عام يحتوي على مجموعة من البوليمرات التي تندرج تحت هذه الفئة بما في ذلك SBCs وTPOs وTPVs. وهي بوليمرات تتميز بخصائص المرونة واللدائن الحرارية. لذا، قد تكون إما مخاليط أو بوليمرات مشتركة.
- TPU: وبشكل أكثر دقة، يتم إنتاجها من البولي يوريثين، والتي تتشكل من خلال عمل ثنائيات الأيزوسيانات والديولات. تعتبر TPU أمثلة على الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية، ومع ذلك، فهي تختلف كيميائيًا عن الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فهي مصنوعة من البولي يوريثين.
2. خصائص المواد
- مادة TPE: يوفر نعومة ومرونة للمنتج. يمكن تصنيع TPEs بحيث تتمتع بمرونة متوسطة أو عالية حسب متطلبات التطبيق الذي سيتم استخدامه فيه. وهذا يجعلها أسهل في المعالجة والتشكيل بشكل عام بسبب درجات حرارة المعالجة المنخفضة واللزوجة.
- TPU: تتمتع هذه المادة بمقاومة ممتازة للتآكل وقوة ميكانيكية عالية كما أنها مقاومة للمواد الكيميائية والزيوت. لا تفقد TPU أدائها عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة أو عالية.
3. المعالجة والتصنيع
- مادة TPE: أسرع في التحلل، أو ذو لزوجة ذوبان أقل. من السهل معالجته وبالتالي يكون تصنيعه أرخص. تخضع المنتجات المصنوعة من TPE في الغالب للحقن والبثق وكذلك النفخ.
- TPU: يجب معالجتها في درجات حرارة أعلى، كما أن لزوجة الذوبان العالية تجعل المعالجة أكثر صعوبة. ومع ذلك، يمكن معالجة TPU بنفس الطريقة باستخدام تكتيكات شائعة مثل حقن القالب والبثق.
4. خصائص الأداء
- مادة TPE: يتمتع بمقاومة ضعيفة للتآكل والقوة الميكانيكية مقارنة بالبولي يوريثين الحراري. كما قد لا يتحمل المواد الكيميائية الشديدة أو درجات الحرارة العالية/المنخفضة بشكل أفضل من الأنواع الأخرى.
- TPU: إنه يتميز بقوة شد عالية جدًا وخصائص كاشطة فائقة ونتائج مرضية في درجات الحرارة المنخفضة والعالية. كما أنه يوفر مقاومة كيميائية أفضل لأنه يمكنه التعامل مع البيئات الكيميائية الصعبة.
5. التكلفة وإمكانية إعادة التدوير
- مادة TPE: عادةً ما تكون أرخص من TPU كما أنها أسهل في إعادة التدوير. وبالمقارنة بالمعادن، تكون تكاليف معالجتها والمواد المستخدمة فيها أقل عادةً. لذا فهي مناسبة لمعظم الاستخدامات.
- TPU: تكلفتها أقل من تكلفة TPE لأنها توفر خصائص أداء أفضل. قد يكون إعادة تدوير TPU أكثر صعوبة. لذا، قد يتأثر تأثيرها البيئي.
6. التطبيقات
- مادة TPE: تُستخدم في المنتجات الاستهلاكية وتطبيقات السيارات وتطبيقات الختم والحشيات والأجهزة الطبية. يتم اختيارها للتطبيقات التي تكون فيها المرونة والتكاليف من المتطلبات الأساسية بدلاً من البحث عن درجة عالية من المتانة.
- TPU: يُستخدم بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا، مثل تصنيع أجزاء السيارات والأجزاء الصناعية ونعال الأحذية الرياضية والأجهزة الطبية وغيرها. وهو الأنسب للمنتجات التي تتطلب أو تريد تآكلًا عالي المستوى، وكيميائيًا بشكل واضح، ودرجات عالية من النطق.
| مميزة | TPE (إلاستومرات حرارية بلاستيكية) | TPU (البولي يوريثين الحراري) |
| التركيب الكيميائي | وهي مصنوعة عمومًا من بوليمرات مختلفة (على سبيل المثال، SBCs، TPOs، TPVs) | وهي عبارة عن تركيبة من البولي يوريثين (ثنائي إيزوسيانات + ثنائيات الكحول) |
| خصائص المواد | مرنة نسبيًا وناعمة ويمكن أن تكون صلبة أو مرنة | يظهر مقاومة عالية للتآكل، وقوي، ومقاوم للمواد الكيميائية |
| يعالج | أسهل كثيرًا، ويحتاج إلى درجات حرارة أقل، ويتطلب تشكيلًا أبسط | قد يتطلب الأمر درجات حرارة أعلى ويكون له معالجة أكثر تعقيدًا |
| خصائص الأداء | بشكل عام، تتمتع بمقاومة تآكل وقوة ميكانيكية أقل. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع بمقاومة كيميائية محدودة | تتمتع بمقاومة فائقة للتآكل وقوة عالية وأداء في درجات الحرارة القصوى |
| التكلفة وإمكانية إعادة التدوير | تكلفة أقل بشكل عام، وأسهل في إعادة التدوير | تكلفة أعلى ويصعب إعادة تدويرها |
| التطبيقات | تطبيقات واسعة في السلع الاستهلاكية وقطع غيار السيارات والأختام والأجهزة الطبية | العديد من الاستخدامات في الأجزاء الصناعية والأحذية ومكونات السيارات والأجهزة الطبية |
ما هي أوجه التشابه بين TPE و TPU؟
ينتمي كل من TPE وTPU إلى عائلة المواد البلاستيكية الحرارية. لذا، فإن لديهما العديد من الأشياء المشتركة. دعنا نناقش هذه الميزات المشتركة بالتفصيل.
- الطبيعة الحرارية البلاستيكية: يمكن إعادة استخدام كليهما وإعادة تدويرهما عدة مرات عن طريق تسخين العملية.
- خصائص المرونة: كما أنها تتشوه، ولكن هاتين المادتين مرنتان، وتستعيدان حالتهما الأصلية بمجرد تحريرهما من قوة التشويه.
- طرق المعالجة: يتم استخدام جميع طرق المعالجة الثلاثة، وهي القولبة بالحقن، والبثق، والقولبة بالنفخ لكليهما.
- قابلة للتخصيص: يمكن أن يكون كلاهما بدرجات مختلفة من الصلابة والمرونة والقوة اعتمادًا على متطلبات الهندسة.
- المنتجات الاستهلاكية: يمكن تطبيق كلاهما في مكونات السيارات والأجهزة السريرية والأجهزة المنزلية.
- حالات الاستخدام المتداخلة: إنها جيدة للاستخدام عندما تكون هناك حاجة إلى المرونة والصلابة للمنتج المطلوب.
- قابلية إعادة التدوير: كلاهما قابلان لإعادة التدوير في معظم الحالات على الرغم من أن عملية إعادة التدوير قد تكون مختلفة.
- المقاومة البيئية: إنها توفر قدرًا من الحماية ضد الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية، اعتمادًا على التركيبة.
قالب حقن TPE
ما هي البدائل المتبادلة لـ TPE و TPU؟
| مادة | وصف | المزايا | العيوب |
| مطاط السيليكون | وهو عبارة عن مادة مطاطية مرنة ذات مرونة عالية ومقاومة للحرارة. | استقرار ممتاز في درجات الحرارة ومقاومة للمواد الكيميائية. | عادة ما تكون أكثر تكلفة، وأصعب في المعالجة. |
| مطاط EPDM | هو في الأساس مطاط صناعي ذو مقاومة جيدة للطقس والأوزون. | يظهر متانة عالية، جيد للاستخدام في الهواء الطلق. | إنها تتمتع بمرونة أقل من TPE و TPU. |
| النيوبرين | وهو أيضًا مطاط صناعي معروف بمرونته ومقاومته للعوامل الجوية. | تتمتع بمقاومة كيميائية ومرونة جيدة. | إنها تتمتع بقوة شد أقل ومقاومة للتآكل. |
| فيتون (FKM) | وهو عبارة عن مادة مطاطية فلوروإيلاستومر ذات مقاومة كيميائية عالية. | تتمتع بمقاومة ممتازة للمواد الكيميائية ودرجة الحرارة. | تتمتع بالتكلفة العالية والصلابة. |
| إلاستومرات البولي أوليفين (POE) | مادة مرنة ومتعددة الاستخدامات تشبه TPE. | يتميز بمرونة جيدة وكثافة منخفضة. | إن مقاومته الكيميائية محدودة مقارنة بـ TPU. |
ما هي فوائد TPE مقارنة بـ TPU؟
- فعالة من حيث التكلفة: عادة ما تكون تكلفة الإنتاج أعلى عند تصنيع الأطعمة الصلبة، ولكن التكلفة تكون أقل عمومًا.
- سهولة المعالجة: انخفاض درجات الحرارة التي يمكن معالجة المواد عندها، وتسهيل تشكيل المواد.
- المرونة والنعومة: تتوفر معلمة شاملة لمدى ليونة ومرونة الدباسات الجراحية.
- قابلية إعادة التدوير: إن قابلية إعادة التدوير أو إعادة الاستخدام من حيث الشكل والمادة هي المعيار الرابع، وينص على أن يكون الكائن سهلاً لإعادة التدوير أو إعادة المعالجة.
- تركيبات متعددة الاستخدامات: توجد بأشكال مختلفة لتلبية خصائص محددة للتطبيق المحدد.
ما هي عيوب TPE مقارنة بـ TPU؟
- مقاومة أقل للتآكل: يترك الكثير مما يفضل في التطبيقات عالية التآكل.
- المقاومة الكيميائية: بشكل عام، أكثر عرضة للهجمات الكيميائية والزيتية والمذيبات.
- تحمل درجة الحرارة: انخفاض الأداء عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة أو منخفضة.
- القوة الميكانيكية: بشكل عام، فإنه يظهر قوة شد وقوة تمزق أقل.
ما هي فوائد TPU مقارنة بـ TPE؟
- مقاومة فائقة للتآكل: توفر طبيعة التآكل الشديد أداءً جيدًا للغاية في التطبيقات التي من المرجح أن تتآكل بسرعة.
- مقاومة المواد الكيميائية والزيت: لا تتحلل بسهولة بواسطة المذيبات الكيميائية والمواد الكيميائية الأخرى.
- أداء عالي في الظروف القاسية: مقاوم لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة للثلج المحيط والجاف.
- خصائص ميكانيكية قوية: قوة تحمل متفوقة وخصائص تأثير متزايدة.
- قابلة للتخصيص: جمال الصلابة والمرونة، خيارات.
ما هي عيوب TPU مقارنة بـ TPE؟
- التكلفة الأعلى: وباعتباره منتجًا محلي الصنع، فإن إنتاجه سيكون أكثر تكلفة من المنتجات الاستهلاكية التقليدية.
- تعقيد المعالجة: يحتاج إلى درجات حرارة عالية وأجهزة أو أدوات خاصة.
- تحديات إعادة التدوير: عندما يتعلق الأمر بإعادة التدوير، يكون القيام بذلك أكثر صعوبة مقارنةً بـ TPE.
- تركيبات محدودة: هناك أنواع أقل مقارنة بـ TPE نتيجة للتطوير.
متى يجب اختيار TPE؟
- فعالية التكلفة: عندما تكون الميزانية مشكلة، كما هو الحال مع TPE، فإن استخدام هذا النموذج يمكن أن يكون أقل تكلفة.
- المعالجة البسيطة: للتطبيقات التي تتطلب عملية صب سهلة ودرجة حرارة الصب منخفضة نسبيًا.
- المرونة: عندما يتضمن تطبيق المنتجات المطاطية عناصر تتطلب النعومة والمرونة مثل المقابض أو الأختام.
- قابلية إعادة التدوير: بينما بالنسبة للإنتاج الذي يكون صديقًا للبيئة فيما يتعلق بتأثيره وسهل إعادة التدوير.
- الاستخدام العام: هذه هي التطبيقات التي لا تتطلب أداءً عالي المستوى من الفرش.
متى تختار TPU؟
- متانة: حيث سيكون هناك تآكل واحتكاك عاليين ويتطلب كشطًا عاليًا.
- المقاومة الكيميائية:عند العمل مع المواد الكيميائية أو الزيوت أو المذيبات، يتعين على الأفراد ارتداء القفازات عند العمل مع.
- درجات الحرارة القصوى: عندما يتعلق الأمر بدرجات الحرارة العالية وحتى بالنسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة، يمكن أيضًا تحقيق ذلك.
- القوة الميكانيكية: إذا كانت هناك حاجة إلى تطبيقات ذات قوة شد وتأثير عالية.
- احتياجات الأداء الخاصة:لتلبية مثل هذه الاحتياجات المحددة من خلال البيئات المبنية المختلفة، يمكن للمرء الرجوع إلى خصائص مخصصة مثل
قالب حقن TPU
خاتمة
في الختام، على الرغم من أوجه التشابه بين TPE و TPU، فإن TPE و TPU عبارة عن مواد مختلفة لها ميزاتها وعيوبها الملحوظة في جوانب الاستخدام. تعتبر TPE أرخص نسبيًا، كما أن معالجتها أسهل مقارنة بغيرها من الإيلاستومر. وهذا يجعلها متعددة الاستخدامات. في الوقت نفسه، تم تصميم TPU لتحمل أعلى الأحمال والمتطلبات من حيث مقاومة التآكل والحرارة والمواد الكيميائية. أما بالنسبة للاختلافات في خصائص TPE و TPU، فمن الممكن ذكر ما يلي: تعتمد تفوق أو نقص TPE مقارنة بـ TPU على المتطلبات الخاصة للمادة واعتبارات التكلفة والقدرات التكنولوجية لمزيد من معالجة المنتج.
الأسئلة الشائعة
س1. ما هو الفرق الأساسي بين TPE و TPU؟
إن أهم ما يميز TPU هو أنه نوع خاص من TPE. ومع ذلك، فإنه يتمتع بإمكانات أعلى فيما يتعلق بقوته ومقاومته للمواد الكيميائية أو المذيبات ودرجات الحرارة الملائمة.
س2. هل يمكن إعادة تدوير TPU وTPE؟
من الممكن إعادة تدوير TPE و TPU على الرغم من أن الخيارات المتاحة لإعادة التدوير محدودة مقارنة بغيرها من الإيلاستومرات الحرارية البلاستيكية.
نعم، TPE قابلة لإعادة التدوير؛ وينطبق نفس الأمر على مواد TPU أيضًا.
س3. أيهما أرخص، TPE أم TPU؟
تتمتع مادة TPE بتكلفة أقل قليلاً مقارنةً بـ TPU.
س4. كيف يختلف TPU عن TPE فيما يتعلق بتطبيقاتهما؟
يعد TPU مناسبًا في الأماكن التي يكون فيها التعزيز ضروريًا، ويتعرض التطبيق للمواد الكيميائية أو البيئات القاسية، ويحتاج التطبيق أيضًا إلى تحمل الحرارة العالية.
س5. هل يمكن استخدام TPE في المناطق ذات الظروف المناخية غير العادية؟
هناك بعض العيوب المتعلقة بـ TPE. ونتيجة لهذا، قد لا تكون بنفس فعالية تي بي يو وخاصة في الظروف القاسية.