الاستومر (Elastomer)

پلی‌ اتیلن و پلی‌ پروپیلن، پلیمرهایی هستند با دمای انتقال شیشه‌‌ای بسیار پایین و دارای ماهیت بلورینگی که به دلیل همین ماهیت، فاقد خواص لاستیک بوده و به‌ عنوان پلاستیک مورد مصرف قرار می‌ گیرند. با کوپلیمر کردن اتیلن و پروپیلن و برهم‌ زدن نظم ساختمانی هر یک از این همو پلیمر‌ها، می‌ توان ویژگی بلورینگی را از پلیمر سلب و پلیمری با ویژگی لاستیکی پدید آورد. کوپلیمر تشکیل شده با این روش، EPR نامیده می‌ شود که دارای ماهیت کاملاً اشباع بوده و به دلیل همین ماهیت، از مقاومت جوی و حرارتی بالایی برخوردار است، اما این الاستومر به‌علت عدم وجود پیوند دوگانه در ساختار شیمیایی فاقد قابلیت پخت گوگردی و فقط با سیستم پخت پراکسیدی پخت می‌شود. برای حل این مشکل، از مونومر سومی (مونومر DN) در واکنش با اتیلن و پروپیلن استفاده می‌ شود. به این ترتیب، ترپلیمری حاصل می‌ شود که حاوی پیوند دوگانه بوده و قابلیت پخت گوگردی را پیدا خواهد کرد. این ترپلیمر EPDM نامیده می‌ شود.

پلی‌ اتیلن و پلی‌ پروپیلن، پلیمرهایی هستند با دمای انتقال شیشه‌‌ای بسیار پایین و دارای ماهیت بلورینگی که به دلیل همین ماهیت، فاقد خواص لاستیک بوده و به‌ عنوان پلاستیک مورد مصرف قرار می‌ گیرند. با کوپلیمر کردن اتیلن و پروپیلن و برهم‌ زدن نظم ساختمانی هر یک از این همو پلیمر‌ها، می‌ توان ویژگی بلورینگی را از پلیمر سلب و پلیمری با ویژگی لاستیکی پدید آورد. کوپلیمر تشکیل شده با این روش، EPR نامیده می‌ شود که دارای ماهیت کاملاً اشباع بوده و به دلیل همین ماهیت، از مقاومت جوی و حرارتی بالایی برخوردار است، اما این الاستومر به‌علت عدم وجود پیوند دوگانه در ساختار شیمیایی فاقد قابلیت پخت گوگردی و فقط با سیستم پخت پراکسیدی پخت می‌شود. برای حل این مشکل، از مونومر سومی (مونومر DN) در واکنش با اتیلن و پروپیلن استفاده می‌ شود. به این ترتیب، ترپلیمری حاصل می‌ شود که حاوی پیوند دوگانه بوده و قابلیت پخت گوگردی را پیدا خواهد کرد. این ترپلیمر EPDM نامیده می‌ شود.
خواص و ویژگی‌‌ها

از جمله خواص ویژه این الاستومر، می‌ توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱. مقاومت بالای حرارتی (تا دمای ۱۵۰درجه)

۲. مقاومت عالی در برابر عوامل جوی و ازن

۳. انعطاف‌ پذیری در دمای پایین

۴. مقاومت در برابر رطوبت و بخار

۵. خواص الکتریکی بسیار خوب

۶. مقاومت در برابر روغن‌‌های قطبی، اسید‌ها و مواد شوینده

۷. فرایند پذیری بسیار خوب

الاستومر EPDM توسط شرکت‌‌های مختلف اروپایی، آمریکایی و آسیایی، با اسامی تجاری ویستالون، کلتان، رویالن، دوترال، kep و... تولید می‌ شود. این الاستومر دارای تنوع بسیاری در گریدهای تولیدی است. این امر ناشی از تنوع در جرم مولکولی پلیمر، نسبت درصد اتیلن به پروپیلن و درصد و نوع مونومر سوم است که در ادامه مقاله به تاثیر هر یک از این عوامل اشاره خواهیم کرد.

۱. جرم مولکولی

میزان جرم مولکولی الاستومر، ارتباط مستقیم با مونی ویسکوزیته آن دارد که مقدار آن در دمای ۱۲۵ درجه از ۲۵ تا ۹۰ متغیر است. با افزایش مونی ویسکوزیته، مقاومت کششی و پارگی، استحکام در حالت خام الاستومر افزایش می‌ یابد. همچنین می‌ توان از مقدار بیشتری فیلر و روغن در فرمولاسیون کامپاند (با حفظ خواص) استفاده کرد که این امر به کاهش قیمت تمام‌ شده کامپاند منجر خواهد شد. از نظر فرایند پذیری، هرچه جرم مولکولی افزایش یابد، خواص فرایند پذیری همانند اختلاط و اکسترودپذیری، مشکل‌‌تر خواهد شد.

۲. درصد میزان اتیلن

افزایش درصد اتیلن بین ۵۵ تا ۷۵ درصد، باعث ایجاد مقدار کمی بلورینگی در الاستومر می‌ شود که می‌ تواند در خواص نهایی تاثیرگذار باشد. افزایش در میزان درصد اتیلن باعث افزایش در مقاومت کششی، سختی، استحکام خام و مانایی کششی می‌ شود. هم چنین، میزان مواد افزودنی در کامپاند افزایش می‌ یابد. با افزایش درصد اتیلن، خواص پخت پراکسیدی بهبود می‌یابد.

۳. درصد منومر غیراشباع (منومر DN)


درصد منومر غیراشباع، تاثیری عمده بر سرعت پخت گوگرد دارد که با توجه به درصــد آن به چهـــار گـروه ضـــعیف (۱ تا ۳%) متوسط (۳ تا ۴%) زیاد (۴ تا ۷%) و بسیار زیاد (۷ تا ۱۱%) تقسیم می‌ شود. افزایش درصد مونومر DN باعث افزایش سرعت پخت، مدول و کاهش زمان ایمنی و نگهداری کامپاند، درصد ازدیاد طول و مانایی فشاری می‌ شود. هم چنین با افزایش درصد مونومر DN مقاومــت در برابر حرارت (پیر شدگی) کاهش می‌ یابد.

تاثیر مواد پرکننده و روغن

EPDM از جمله الاستومر‌های دارای قابلیت جذب زیاد روغن و پرکننده است. با توجه به وزن مخصوص پایین این الاستومر (۰. ۸۶G/CM۳) قطعات تولید شده از آن اقتصادی هستند. افزودن مواد پرکننده، به‌منظور افزایش خواص فیزیکی، افزایش فرایند پذیری (مانند اکسترودپذیری) و کاهش قیمت، صورت می‌ پذیرد. مواد پر کننده می‌ توانند شامل فیلرهای تقویت‌ کننده نظیر انواع دوده و سیلیکا، نیمه تقویت کننده همانند ترکیبات سیلیکات و غیر تقویت‌ کننده همانند کربنات کلسیم باشند.
الاستومر EPDM با روغن‌های نفتنیک و پارافینیک نظیر روغن بهران ۸۴۰ و ۸۴۵ سازگار است و هرچه لزجت روغن افزایش یابد، خواص فیزیکی و مقاومت حرارتی آن افزایش می‌ یابد. هم چنین، میزان جمع‌ شدگی قطعات پس از پخت کاهش می‌ یابد. کاهش لزجت روغن باعث بهبود جهندگی و انعطاف‌ پذیری در دمای پایین می‌ شود. برای پخت پراکسیدی، فقط باید از روغن پارافینیک استفاده شود.
هنگام فرمولاسیون کامپاند، باید بهترین بالانس بین رفتار فرایند پذیری، سرعت پخت، خواص فیزیکی و قیمت در نظر گرفته شود. با توجه به خواص موردنیاز، ۲۵ تا ۵۰ درصد از وزن کامپاند مربوط به وزن الاستومر EPDM در نظر گرفته می‌ شود.

انواع سیستم پخت
۱. پخت پراکسیدی

پراکسید‌ها، ترکیباتی با ساختار R-O-O- هستند و پیوند اکسیژن-اکسیژن با اعمال حرارت و یا استفاده از پرتو پر انرژی، شکسته شده و پراکسید به رادیکال آزاد تجربه می‌ شود. این رادیکال آزاد با حمله به زنجیر پلیمر و گرفتن هیدروژن، رادیکال آزاد را بر روی زنجیر پدید می‌ آورد. به این ترتیب، زنجیرهای مجاور از طریق این رادیکال‌‌ها به هم متصل و بین زنجیر‌ها اتصال کربن-کربن تولید می‌ شود. پراکسید‌ها، انواع بسیار متنوعی دارند و هر یک در محدوده دمایی خاصی فعال می‌ شوند. آن‌ها می‌ توانند به‌صورت خالص یا ترکیب با پودر و یا خمیر باشند.

از جمله انواع پراکسید‌ها، می‌ توان به دی‌ کیومیل پراکساید (DCP)، پرکادوکس و تری‌ گانوکس متعلق به شرکت AKZO اشاره کرد. از مزایای پخت پراکسیدی، می‌ توان به خواص حرارتی (پیرشدگی) عالی و هم چنین میزان مانایی فشاری پایین اشاره کرد. از آنجایی که پراکسید می‌ تواند با مواد افزودنی در کامپاند، وارد واکنش شود، باید در انتخاب نوع و مقدار آن کاملاً دقت شود. در پخت پراکسیدی همانند پخت گوگردی، می‌ توان با استفاده از مواد فعال‌ کننده، بازده پخت را تا ۲۰ درصد افزایش داد. تری‌ آلیل سیانورات (TAC) و اتیلن گلیکول دی‌ اکریلات، مهم‌‌ترین فعال‌ کننده‌‌های پخت پراکسیدی هستند. در اغلب موارد، محصولات پراکسیدی بویی نامطلوب دارند که برای رفع آن باید پخت تکمیلی صورت پذیرد.

۲. پخت گوگردی

پخت گوگردی، از طریق واکنش گوگرد با مونومر DN صورت می‌ گیرد. سرعت پخت به نوع و درصد مونومر DN بستگی دارد. EPDM از پخت آرامی برخوردار است، لذا استفاده از شتاب‌ دهنده‌‌های سریع و فوق‌ العاده سریع برای پخت گوگردی، امری ضروری است. سیستم پخت، شامل گوگرد و مواد گوگرد‌ دهنده، شتاب‌ دهنده اولیه شامل ترکیبات تیازول و شتاب‌ دهنده فوق‌ العاده سریع شامل تیورام و دی‌ تیوکربامات است. یکی از دیگر عوامل مهم در زمینه سرعت پخت میزان توزیع جرم مولکولی EPDM است. هر چه میزان این توزیع باریک‌‌تر باشد، سرعت پخت سریع‌‌تر خواهد بود.

از مزایای پخت گوگردی می‌ توان به خواص دینامیکی و سایشی بهتر نسبت به پخت پراکسیدی اشاره کرد. یکی از معایب پخت گوگردی، سفیدک زدن قطعات (مخصوصاً در پخت پرسی) است. این نقص را می‌ توان با استفاده از ترکیباتی که حلالیت بیشتری در الاستومر EPDM دارند همانند MBT و zdbc، بر طرف کرد.


کاربرد الاستومر EPDM در صنعت خودرو

۱. تولید نوارهای آببندی

با توجه به مقاومت عالی الاستومر EPDM‌ در برابر عوامل جوی و ازن و نیز سطح کاملاً صاف و یکنواخت نوارهای اکسترود شده، از این الاستومر به صورت Solid و یا فوم در تولید قطعات نواری دور درب‌‌ها، پنجره‌‌ها و شیشه‌‌های خودرو، استفاده می‌ شود.

۲. تولید انواع شیلنگ رادیاتور

با توجه به مقاومت حرارتی بالا در برابر آب جوش و هم چنین حلال‌‌های قطبی از جمله اتیلن گلیکول، از این الاستومر برای شیلنگ‌‌های رادیاتور و بخاری خودرو استفاده می‌ شود.

۳. تولید عایق‌های صوتی

از این الاستومر در تولید عایق‌‌های صوتی ورقه‌ای در کف خودرو و هم چنین سینه داشبورد، استفاده می‌ شود تا از انتقال صدای موتور و محیط بیرون به داخل خودرو جلوگیری گردد. به منظور کنترل NVH‌ [۵] در خودرو، به‌ صورت فوم بین قطعات فلزی نظیر فوم لولای درب و اسفنج می‌له جک درب موتور، استفاده می‌ شود.

۴. تولید قطعات پرسی

از این الاستومر در تولید انواع درپوش‌ها، بست‌‌های اگزوز، لچکی‌‌ها، واشرهای آببندی، گردگیر میل غربیلک فرمان و لاستیک پدال استفاده می‌ شود.

سایر کاربرد‌ها

۱. عایق و روکش کابل‌‌های با ولتاژ متوسط

۲. نوارهای آببندی برای شیشه‌‌های دوجداره و درب‌های ساختمان

۳. ورقه‌‌های یک لایه ایزولاسیون سقف

۴. انواع اورینگ‌‌ها، تسمه‌‌های نقاله، شیلنگ‌‌ها و گسکت‌‌ها

۵. سایدوال تایرهای رنگی

منابع:

۱. Joual OF Exxon Chemical Company

 Joual OF Enichem Chemical company. ۲