TPE (Termoplastik Elastomer) nedir?

TPE (Termoplastik Elastomer) nedir?

ASTM D1566 standardında termoplastik elastomerler, vulkanize geleneksel kauçuk malzemelerin aksine termoplastik malzemeler gibi işlenebilen ve geri dönüştürülebilen bir grup kauçuk benzeri malzeme olarak tanımlanmaktadır. Termoplastik Elastomerler, işleme sırasında kürleme veya vulkanizasyon gerektirmez ve enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon ve şişirme kalıplama gibi geleneksel termoplastik tekniklerle işlenebilir.

Polimer nedir?

Termoplastik Elastomerler (TPE) hakkında detaylı bilgi vermeden önce bazı temel noktaları açıklamak gerekir.

Polimer, tekrar eden küçük ve basit kimyasal birimlerden oluşan büyük bir moleküldür. Formasyon kabiliyetlerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar. TPE’ler (termoplastik elastomerler) elastomer sınıfına aittir.

TPE'lerin Polimerik Malzemeler Grubundaki Yeri

TPE’ler piyasaya sürülmeden önce kauçuk ve plastikler arasında belirgin bir ayrım vardı. Kauçuklar yumuşak, esnek ve elastik olarak, plastikler ise sert ve katı olarak bilinmektedir. TPE malzemeler termoplastikler gibi işlenebilir ve geri dönüştürülebilir ancak termoset kauçuk malzemelere benzer özelliklere ve performansa sahiptirler. Polimerik malzemeler içinde TPE’leri sınıflandırmanın en iyi yolu onları sertlik derecelerine göre değerlendirmektir.

TPE'lerin Sınıflandırılması

TPE’ler blok kopolimerler veya termoplastik/elastomer karışımları olarak iki gruba ayrılır. Blok kopolimerler, tek bir polimer zincirinde 2 farklı monomer içeren yapılardır. Termoplastik/elastomer karışımları, ayrı bir şekilde elastomer ve termoplastik yapının erimiş halde karıştırılmasıyla oluşturulur.

TPE'lerin Morfolojisi

Tüm TPE çeşitleri, biri sert diğeri yumuşak olmak üzere iki veya daha fazla polimerik faz içerir. Katılaştığında (erime sıcaklığının altında), farklı zincirlerin sert bölgeleri bir araya gelerek sert termoplastik parçalar oluştururken, yumuşak bölgeler elastomerik parçalar oluşturur.

Bir blok kopolimer erime sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında, sert bölgelerin zincirleri arasındaki bağlar kırılır ve kalıplama, ekstrüzyon veya diğer işleme yöntemleri için uygun erimiş bir malzeme haline gelir. Erimiş TPE erime sıcaklığının altındaki derecelerde soğutulduğunda, sert bölgeler bir araya gelir ve tekrar katılaşarak nihai kalıp formunu alır.

Tüm TPE çeşitleri, biri sert diğeri yumuşak olmak üzere iki veya daha fazla polimerik faz içerir. Katılaştığında (erime sıcaklığının altında), farklı zincirlerin sert bölgeleri bir araya gelerek sert termoplastik parçalar oluştururken, yumuşak bölgeler elastomerik parçalar oluşturur. Bir blok kopolimer erime sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında, sert bölgelerin zincirleri arasındaki bağlar kırılır ve kalıplama, ekstrüzyon veya diğer işleme yöntemleri için uygun erimiş bir malzeme haline gelir. Erimiş TPE erime sıcaklığının altındaki derecelerde soğutulduğunda, sert bölgeler bir araya gelir ve tekrar katılaşarak nihai kalıp formunu alır.
Sert kısımlar plastik özelliklere sunar.
  • Termal direnç
  • İşlemesi kolay
  • Mekanik özellikler (Çekme mukavemeti – Modüller – Yırtılma direnci)
Yumuşak kısımlar elastik özelliklere sunar.
  • Kalıcı deformasyon
  • Esneklik
  • Düşük ısı performansı
TPE'lerin Avantajları

TPE'lerin Avantajları

  • %100 geri dönüştürülebilir – atık yok
  • Daha kolay işleme
  • Statik çapraz bağlama işlemi yok
  • Daha kısa döngü süresi, daha az enerji tüketimi
  • Düşük yoğunluk (0,9 g/cm3 )
  • Renklendirilebilir
  • Üüflemeli kalıplama, termoform, ısı kaynağı, üflemeli filmleme gibi işlemler uygulanabilir.

Termoplastik Elastomer Çeşitleri

TPE-V
TPE-S
Density (g/cm3)
0,94 - 1
0,9 - 1,20
Low Tempature Limit (°C)
35A - 50D
20A - 60D
Low Tempature Limit (°C)
-60
-70
High Tempature Limit (Continuous) (°C)
115
100
Permanent Deformation at 100 (°C)
Good / Very Good
Medium
Resistance to Aqueous Fluids
Good / Very Good
Good / Very Good
Resistance to Hydrocarbon Fluids
Medium / Good
Weak
Termoplastik Elastomer Çeşitleri

SBCs are multi-phase compounds in a poly (styrene-b-elastomer-b-styrene) structure in which the phases are chemically bonded by block copolymerization. Styrenics are most commonly used among the basic TPE categories. This is because styrenic block copolymers can successfully blend with many materials including fillers, extenders, additives, and other resins.

The properties of the block copolymer vary according to the chemical structure of the elastomer phase. The most commonly used soft phases are butadiene, isoprene, and ethylene-butylene monomers.

SBS, whose soft phase is butadiene, are not resistant to external conditions due to double bonds in their structures; as a result, they are prone to oxidation, UV degradation, and thermal aging, limiting their long-term outdoor performance.

SBS

On the other hand, SEBS whose soft phase is ethylene butylene, are produced by hydrogenating
SBS. They have very good heat, UV, oil, and chemical resistance due to the lack of double bonds in their structures. SEBS is the most commonly used styrenic block copolymer.

SEBS

Thermoplastic vulcanizates (TPVs) are formed with homogeneous dispersion of crosslinked rubber parts in the thermoplastic phase through dynamic vulcanization.

Dynamic curing refers to the vulcanization or crosslinking of a polymer while mixing with another polymer in the molten state. Unlike static vulcanization, two polymer phases (elastomer and plastic) are required for dynamic vulcanization. Crosslinks and three-dimensional polymer structures are formed in dynamic vulcanization, as in static vulcanization. However, dynamic vulcanization entails the formation of these structures within small rubber particles dispersed in a non-crosslinked thermoplastic matrix. Phase transformation takes place during dynamic vulcanization that enables the formation of structures in this way. Phase transformation is the most important process determining TPV properties.

Thermoplastic polyolefins (TPO) are raw materials obtained by the mixing of uncrosslinked amorphous rubbers and semi-crystalline polyolefin thermoplastics in a molten state. Most commercial TPOs are physical mixtures of EPRs and PPs that do not contain double bonds. Production processes do not include a vulcanization step. It stands out with its resistance to impact and chemicals.