به گزارش تارک خودرو: اصطلاح الاستومر ( Elastomer ) اغلب به همراه اصطلاح لاستیک ( Rubber ) بکار برده می شود، و هنگامی که به ولکانیزه کردن استناد می کنیم، الاستومر یک کلمه ی مقدم و قابل بررسی است.
الاستومر از دو کلمه تشکیل شده است: ۱- الاستیک ( Elastic ) ( توانایی بازگشت پذیری مواد تحت بار، زمانی که بار از روی آنها برداشته می شود ) ۲- مر ( Mer ) ( از پلیمر می آید، که ” پلی ” به معنای زیاد و ” مر ” به معنای اجزاء است).
الاستومر شبکه ای زنجیری است، که هر حلقه از این شبکه زنجیری یک ” مر ” است، که معمولا از کربن، هیدروژن، اکسیژن و یا سیلیکون ساخته شده است. برای تشکیل یک زنجیر، اجزاء یا مرهای بسیاری باید به یکدیگر قلاب یا پلیمریزه شوند. آنها پلیمرهای بی شکل، در دمای بالای گذار کریستالی ( Glass Transition Temperature ) هستند که می توانند حرکت های قابل ملاحظه ای داشته باشند. در دمای محیط، لاستیک ها نسبتا نرم و شکل پذیر بوده و برای مصارف اولیه ای نظیر آب بندی، چسباندن یا فرم دادن به شکل قطعات انعطاف پذیر، بکار می روند.
در توضیح دمای گذار کریستالی باید گفته شود که در دماهای پایین تر از این دما، خواص فیزیکی مواد بی شکل به فاز کریستالی ( حالت شیشه ای – Glass State ) منحرف شده، و در دماهای بالاتر از این دما، مواد بی شکل رفتاری شبیه به مایعات ( حالت لاستیکی – Rubbery State ) دارند. این تغییر فازها را برحسب دما می توانید در نمودار پایین مورد مطالعه قرار دهید.
دمای گذار کریستالی مواد ( Tg ) دمای پایینی است که در آن دما مولکول ها حرکت نسبی کمی دارند. Tg معمولا برای تمام یا قسمتی از فازهای بی شکلی، نظیر فازهای شیشه ای یا پلاستیکی، قابل استفاده است.
الاستومرها معمولا ترموست هستند ( نیازمند ولکانیزه شدن )؛ اما نوع ترموپلاست آنها نیز موجود است. ترموست ها بر اساس حرارت تغییر شیمیایی یافته و سخت می گردند؛ اما ترموپلاست ها در اثر حرارت نرم شده و مادامیکه حرارت وجود داشته باشد، به همان صورت باقی می مانند، و بعد از سخت شدن نیز قابلیت شکل گیری مجدد را دارند.
بین اجزاء شبکه ی زنجیری پلیمرها، در طول پروسه هایی که در آنها بیشتر لاستیک های مصنوعی تغییر شکل داده و به ترکیباتی با وزن مولکولی بیشتر تبدیل می شوند، برخوردهایی صورت می گیرد.
در شکل زیر، A طرحی شماتیک از پلیمری بدون بار وارده است که نقطه ها برخورد اجزاء را نشان می دهند؛ همچنین B همان پلیمر در زیر بار را نشان می دهد که وقتی بار ( استرس ) از روی آن برداشته شود دوباره به شکل A باز می گردد.
ساختار مولکولی الاستومرها را می توان به صورت اسپاگتی با گوشت چرخ کرده هایی به شکل توپ تصویر کرد، که توپ های کوچک نشان دهنده ی برخورد و تقاطع اجزاء هستند.
خاصیت الاستیکی الاستومرها با توجه به توانایی شکل گیری زنجیره ی تشکیل دهنده ی آنها به نحوی که بارهای وارده را تقسیم کنند، حاصل می شود. پیوند کووالانسی اتصالات، بازگشت الاستومر به حالت اولیه خود را بعد از برداشته شدن بار از رویش تامین می کند. در نتیجه این انعطاف پذیری زیاد، الاستومرها می توانند از ۵ تا ۷۰۰ درصد کشیدگی برگشت پذیر داشته باشند؛ که مقدار این برگشت پذیری به مواد ویژه ی بکار رفته در ساختار آنها بستگی دارد.
بدون وجود اتصالات متقاطع ( Cross – Linkages ) یا وجود شبکه های زنجیره ای کوتاه ( Short Chains )، در صورت وارد شدن استرس، تغییر شکل همیشگی بوجود خواهد آمد.
الاستومرهایی که تا فاز کریستالی سرد می شوند، تحرک و شکل پذیری کمتر و در نتیجه الاستیسیته و خاصیت کشسانی کمتری نسبت به پلیمرهای در دماهای بالاتر از دمای گذار کریستالی دارند.
با استفاده از قوانین ترمودینامیکی، مشخصه های استرس و ویژگی های پلیمری، می توان رفتار استرس ایده آل را بررسی کرد:
این یافته ها برای مقادیر بالایی درست هستند، تقریبا تا ۴۰۰%. در این نقطه امتداد بین زنجیرهای کشیده شده شروع به کریستالی شدن و اتصالات غیر کووالانسی می کند.
برای آشنایی بیشتر با الاستومرها تعدادی مثال در ادامه آورده می شود:
۱- لاستیک های غیر اشباعی که می توانند با گوگرد ولکانیزه شوند:
- کائوچوی ( لاستیک ) طبیعی ( Rubber Natural )
- پلی ایزوپرن ( Polyisoprene )
- پلی بوتادین ( Polybutadiene )
۲- لاستیک های اشباعی که نمی توانند با گوگرد ولکانیزه شوند:
- لاستیک اتیلن پروپیلن ( Ethylene Propylene Rubber )
- لاستیک پلی اکریلیک ( Polyacrylic Rubber )
- لاستیک سیلیکون ( Silicone Rubber )
- لاستیک فلوروسیلیکون ( Fluorosilicone Rubber )
- فلورو الاستومرا ( Fluoroelastomers )
- تترا فلورو اتیلن / لاستیک های پروپلینی ( Tetrafluoro – Ethylene / Propylene )
- اتیلن وینیل استات ( Ethylene – Vinyl Acetate )
۳- گونه های دیگری از الاستومرها:
- الاستومرهای ترموپلاستیک ( Thermoplastic Elastomers )
- ترموپلاستیک های ولکانیزه شده ( Thermoplastic Vulcanizates )
- لاستیک پلی ارتان ( Polyurethane Rubber )
- لاستیک پلی سولفاید ( Polysulfide Rubber )
- الاستومرهای ترموپلاستیک ( Thermoplastic Elastomers ( TPE ) ):
الاستومرهای ترموپلاستیک که بعضا لاستیک های ترموپلاستیک نیز نامیده می شوند، گونه ای از کوپلی مرزها ( بسپارها – Copolymers ) یا مخلوطی طبیعی از پلیمرها ( معمولا یک پلاستیک و یک لاستیک ) هستند، که هر دو خاصیت گونه های ترموپلاستیک و الاستومریک را دارا می باشند.
با وجود اینکه بیشتر الاستومرها ترموست هستند، اما نوع ترموپلاستیک در تقابلی توانسته است در کاربردهای صنعتی بکار گرفته شود. برای مثال، با استفاده از روش قالب ریزی تزریقی می توان از این مواد برای ساختن اشیاء مختلفی استفاده کرد.
الاستومرهای ترموپلاستیک دو مزیت مواد لاستیکی و مواد پلاستیکی را از خود بروز می دهند. برای مثال، آنها همانند پلاستیک ها قابلیت بازگشت به حالت اولیه ( بازیافت ) خود را دارند، و به مانند لاستیک های ترموست می توانند خاصیت الاستیکی داشته و ضربات را جذب کنند.
تفاوت اصلی میان الاستومرهای ترموپلاستیک و ترموست در نوع پیوندهای موجود در ساختمان آن هاست. در حقیقت پیوند بین اجزاء، فاکتور بنیادی مهمی است که در میزان قابلیت الاستیکی آنها نقش بسزایی دارد.
پیوند اجزاء پلیمرهای ترموست از نوع پیوند کووالانسی می باشد، که در طول پروسه ی ولکانیزه کردن حاصل می شود. در صورتیکه پلیمرهای ترموپلاستیک پیوند قطبی ضعیف یا پیوند هیدروزنی دارند، و گاها فقط در یکی از فازهای مواد تشکیل می شوند.
گونه ای از الاستومرهای ترموپلاستیک، الاستومرهای ولکانیزه شده ی ترموپلاستیک هستند ( Thermoplastic Elastomers Vulcanizates ( TPE – V ) ). الاستومرهای ولکانیزه شده ی ترموپلاستیک موادی چند فازی هستند که ترکیبی از فاز پلاستیکی ( Plastic Phase ) و فاز لاستیکی ( Rubbery Phase ) را بوجود آورده و پیوند زده اند.
عموما TPE – V می تواند خواص الاستیکی – مکانیکی مناسبی را در دماهای بالاتر از ۱۱۰ درجه ی سانتی گراد از خود نشان دهد؛ بطوریکه برخی از TPE – V های ویژه می توانند قابلیت های خوبی را در دماهای بالا تضمین نمایند.
- پلاستیک های ترموست ( Thermosetting Plastics ):
ترموست ها مواد پلیمری اند که به واسطه انرژی مضاعفی که بر روی آن ها صرف می گردد، عمل آوری می شوند. این انرژی وارده ممکن است به شکل حرارت ( معمولا بالای ۲۰۰ درجه ی سلسیوس )، واکنش های شیمیایی یا پرتو افکنی باشد. مواد ترموست معمولا به شکل مایع، پودر یا مواد اولیه نرمی می باشند، که می توانند به شکل نهایی خود قالب ریزی شده، و یا به عنوان ماده ای چسبنده بکار روند.
پروسه ی پروراندن با ایجاد پیوندهایی، رزین ( Resin ) را به پلاستیک یا لاستیک تبدیل می کند. پروسه ی پیوندسازی نیز، وزن مولکولی مواد را افزایش می دهد، که نتیجه آن داشتن موادی با نقطه ی ذوب بالاست. در طول پروسه، زمانی که وزن مولکولی از حدی بالاتر می رود، همچنان که نقطه ذوب از دمای محیط پیرامون بالاتر می رود، مواد به شکل جامع در می آیند. البته مواد ترموست نمی توانند بعد از عمل آوری، ذوب شده و سپس به شکل اولیه خود درآیند.
مواد ترموست معمولا مستحکم تر از مواد ترموپلاستیک هستند؛ که دلیل آن ساختار سه بعدی و عمل آوری آنها تا رسیدن به قابلیت دمایی بالاتر از دمای تجزیه و اضمحلال است.
مثال هایی از ترموست ها عبارتند از:
۱- لاستیک ولکانیزه شده ( Vulcanized Rubber )
۲- رزین فنل فرم آلدئید ( با کلیت ) ( Phenol Formaldehyde Resin ( Bakelite ) )
۳- اوره فرم آلدئید ( Urea – Formaldehyde )
۴- رزین ملامین ( Melamine Resin )
۵- رزین پلی استر ( Polyester Resin )
۶- رزین اپوکسی ( Epoxy Resin )
روش های بکارگیری ترموست ها:
۱- قالب ریزی تزریقی ( Injection Moulding ) ( برای ساختن اشیایی مانند جعبه های حمل بطری های شیر )
۲- قالب ریزی اکستروژن ( Extrusion Moulding ) ( برای ساختن لوله ها، عایق کابل های برق )
۳- غلطک زنی ( Calendering ) ( برای ساخت ورق های بزرگ پلاستیکی )
۴- قالب ریزی تحت فشار ( Compression Moulding ) ( برای شکل دهی به بیشتر پلاستیک های ترموست )
۵- قالب ریزی با دمیدن هوا ( برای ساختن بطری )
منبع: تکنولوژی شاسی خودرو، انتشارات پارتیان، مهندس حسین رمضانی
