مصرف فراوان و متنوع الاستومرهای مصنوعی در صنعت خودروسازی، ما را بر آن داشت تا به معرفی و کاربرد الاستومرها، در صنعت خودرو بپردازیم. گفتنی است که با توجه به وسعت کاربردی هر یک از این الاستومرها، سعی شده است اطلاعات در حد آشنایی خوانندگان محترم منتقل شود.
پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن، پلیمرهایی هستند با دمای انتقال شیشه‌ای بسیار پایین و دارای ماهیت بلورینگی که به دلیل همین ماهیت، فاقد خواص لاستیک بوده و به‌عنوان پلاستیک مورد مصرف قرار می‌گیرند. با کوپلیمر کردن اتیلن و پروپیلن و برهم‌زدن نظم ساختمانی هر یک از این هموپلیمرها، می‌توان ویژگی بلورینگی را از پلیمر سلب و پلیمری با ویژگی لاستیکی پدید آورد. کوپلیمر تشکیل شده با این روش، EPR نامیده می‌شود 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 منومر سومی (منومر DN) در واکنش با اتیلن و پروپیلن استفاده می‌شود. به این ترتیب، ترپلیمری حاصل می‌شود که حاوی پیوند دوگانه بوده و قابلیت پخت گوگردی را پیدا خواهد کرد. این ترپلیمر EPDM نامیده می‌شود.
خواص و ویژگی‌ها
از جمله خواص ویژه این الاستومر، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. مقاومت بالای حرارتی (تا دمای 150درجه)
2. مقاومت عالی در برابر عوامل جوی و ازن
3. انعطاف‌پذیری در دمای پایین
4. مقاومت در برابر رطوبت و بخار
5. خواص الکتریکی بسیار خوب
6. مقاومت در برابر روغن‌های قطبی، اسیدها و مواد شوینده
7. فرایندپذیری بسیار خوب
در جدول 1، مشخصات الاستومر EPDM با دیگر الاستومرها مقایسه شده است.
الاستومر EPDM توسط شرکت‌های مختلف اروپایی، امریکایی و آسیایی، با اسامی تجاری ویستالون، کلتان، رویالن، دوترال، kep و... تولید می‌شود. 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 منومر سوم است که در ادامه مقاله به تاثیر هر یک از این عوامل اشاره خواهیم کرد.
1. جرم مولکولی
میزان جرم مولکولی الاستومر، ارتباط مستقیم با مونی ویسکوزیته آن دارد که مقدار آن در دمای 125 درجه از 25 تا 90 متغیر است. با افزایش مونی ویسکوزیته، مقاومت کششی و پارگی، استحکام در حالت خام[1] الاستومر افزایش می‌یابد. همچنین می‌توان از مقدار بیشتری فیلر و روغن در فرمولاسیون کامپاند (با حفظ خواص) استفاده کرد که این امر به کاهش قیمت تمام‌شده کامپاند منجر خواهد شد. از نظر فرایندپذیری، هرچه جرم مولکولی افزایش یابد، خواص فرایندپذیری همانند اختلاط و اکسترودپذیری، مشکل‌تر خواهد شد.
2. درصد میزان اتیلن
افزایش درصد اتیلن بین 55 تا 75درصد، باعث ایجاد مقدار کمی بلورینگی در الاستومر می‌شود که می‌تواند در خواص نهایی تاثیرگذار باشد. افزایش در میزان درصد اتیلن باعث افزایش در مقاومت کششی، سختی، استحکام خام و مانایی کششی می‌شود. همچنین، میزان مواد افزودنی در کامپاند افزایش می‌یابد. با افزایش درصد اتیلن، خواص پخت پراکسیدی بهبود می‌یابد.
3. درصد منومر غیراشباع (منومر DN)
درصد منومر غیراشباع، تاثیری عمده بر سرعت پخت گوگرد دارد که با توجه به درصد آن به چهار گروه ضعیف (1 تا 3%) متوسط (4 تا 3%) زیاد (7 تا 4%) و بسیار زیاد (11 تا 7%) تقسیم می‌شود. افزایش درصد منومر DN باعث افزایش سرعت پخت، مدول و کاهش زمان ایمنی و نگهداری کامپاند، درصد ازدیاد طول و مانایی فشاری می‌شود. همچنین با افزایش درصد منومر DN مقاومت در برابر حرارت (پیرشدگی) کاهش می‌یابد.
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 (0.86G/CM3) قطعات تولیدشده از آن اقتصادی هستند. افزودن مواد پرکننده، به‌منظور افزایش خواص فیزیکی، افزایش فرایندپذیری (مانند اکسترودپذیری) و کاهش قیمت، صورت می‌پذیرد. مواد پرکننده می‌توانند شامل فیلرهای تقویت‌کننده نظیر انواع دوده و سیلیکا، نیمه تقویت کننده همانند ترکیبات سیلیکات و غیر تقویت‌کننده همانند کربنات کلسیم باشند.
الاستومر EPDM با روغن‌های نفتنیک و پارافینیک نظیر روغن بهران 840 و 845 سازگار است و هرچه لزجت روغن افزایش یابد، خواص فیزیکی و مقاومت حرارتی آن افزایش می‌یابد. همچنین، میزان جمع‌شدگی[2] قطعات پس از پخت کاهش می‌یابد. کاهش لزجت روغن باعث بهبود جهندگی و انعطاف‌پذیری در دمای پایین می‌شود. برای پخت پراکسیدی، فقط باید از روغن پارافینیک استفاده شود.
هنگام فرمولاسیون کامپاند، باید بهترین بالانس بین رفتار فرایندپذیری، سرعت پخت، خواص فیزیکی و قیمت در نظر گرفته شود. با توجه به خواص موردنیاز، 25 تا 50درصد از وزن کامپاند مربوط به وزن الاستومر EPDM در نظر گرفته می‌شود.
انواع سیستم پخت
1. پخت پراکسیدی
پراکسیدها، ترکیباتی با ساختار R-O-O- هستند و پیوند اکسیژن- اکسیژن با اعمال حرارت و یا استفاده از پرتو پرانرژی، شکسته شده و پراکسید به رادیکال آزاد تجربه می‌شود. این رادیکال آزاد با حمله به زنجیر پلیمر و گرفتن هیدروژن، رادیکال آزاد را بر روی زنجیر پدید می‌آورد. به این ترتیب، زنجیرهای مجاور از طریق این رادیکال‌ها به هم متصل و بین زنجیرها اتصال کربن-کربن تولید می‌شود. پراکسیدها، انواع بسیار متنوعی دارند و هر یک در محدوده دمایی خاصی فعال می‌شوند. آنها می‌توانند به‌صورت خالص یا ترکیب با پودر و یا خمیر باشند.
از جمله انواع پراکسیدها، می‌توان به دی‌کیومیل پراکساید (DCP)، پرکادوکس و تری‌گانوکس متعلق به شرکت AKZO اشاره کرد. از مزایای پخت پراکسیدی، می‌توان به خواص حرارتی (پیرشدگی) عالی و همچنین میزان مانایی فشاری [3] پایین اشاره کرد... از آنجایی که پراکسید می‌تواند با مواد افزودنی در کامپاند، وارد واکنش شود، باید در انتخاب نوع و مقدار آن کاملاً دقت شود. در پخت پراکسیدی همانند پخت گوگردی، می‌توان با استفاده از مواد فعال‌کننده، بازده پخت را تا 20درصد افزایش داد. تری‌آلیل سیانورات (TAC) و اتیلن گلیکول دی‌اکریلات، مهم‌ترین فعال‌کننده‌های پخت پراکسیدی هستند. در اغلب موارد، محصولات پراکسیدی بویی نامطلوب دارند که برای رفع آن باید پخت تکمیلی صورت پذیرد.
2. پخت گوگردی
پخت گوگردی، از طریق واکنش گوگرد با منومر DN صورت می‌گیرد. سرعت پخت به نوع و درصد منومر DN بستگی دارد. EPDM از پخت آرامی برخوردار است، لذا استفاده از شتاب‌دهنده‌های سریع و فوق‌العاده سریع برای پخت گوگردی، امری ضروری است. سیستم پخت، شامل گوگرد و مواد گوگرد‌دهنده، شتاب‌دهنده اولیه شامل ترکیبات تیازول و شتاب‌دهنده فوق‌العاده سریع شامل تیورام و دی‌تیوکربامات است. یکی از دیگر عوامل مهم در زمینه سرعت پخت میزان توزیع جرم مولکولی EPDM است. هر چه میزان این توزیع باریک‌تر[4] باشد، سرعت پخت سریع‌تر خواهد بود.
از مزایای پخت گوگردی می‌توان 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 می‌توان با استفاده از ترکیباتی که حلالیت بیشتری در الاستومر EPDM دارند همانند MBT و zdbc، برطرف کرد.
در جدول 2، مقاومت حرارتی گریدهای EPDM با دیگر الاستومرها مقایسه شده است.
کاربرد الاستومر EPDM در صنعت خودرو
1. تولید نوارهای آببندی
با توجه به مقاومت عالی الاستومر EPDM در برابر عوامل جوی و ازن و نیز سطح کاملاً صاف و یکنواخت نوارهای اکسترودشده، از این الاستومر به صورت solid و یا فوم در تولید قطعات نواری دور درب‌ها، پنجره‌ها و شیشه‌های خودرو، استفاده می‌شود.
2. تولید انواع شیلنگ رادیاتور
با توجه به مقاومت حرارتی بالا در برابر آب جوش و همچنین حلال‌های قطبی از جمله اتیلن گلیکول، از این الاستومر برای شیلنگ‌های رادیاتور و بخاری خودرو استفاده می‌شود.
3. تولید عایق‌های صوتی
از این الاستومر در تولید عایق‌های صوتی ورقه‌ای در کف خودرو و همچنین سینه داشبورد، استفاده می‌شود تا از انتقال صدای موتور و محیط بیرون به داخل خودرو جلوگیری گردد. به منظور کنترل NVH[5] در خودرو، به‌صورت فوم بین قطعات فلزی نظیر فوم لولای درب و اسفنج میله جک درب موتور، استفاده می‌شود.
4. تولید قطعات پرسی
از این الاستومر در تولید انواع درپوش‌ها، بست‌های اگزوز، لچکی‌ها، واشرهای آببندی، گردگیر میل غربیلک فرمان و لاستیک پدال استفاده می‌شود.
سایر کاربردها
1. عایق و روکش کابل‌های با ولتاژ متوسط
2. نوارهای آببندی برای شیشه‌های دوجداره و درب‌های ساختمان
3. ورقه‌های یک لایه ایزولاسیون سقف
4. انواع اورینگ‌ها، تسمه‌های نقاله، شیلنگ‌ها و گسکت‌ها
5. سایدوال تایرهای رنگی
جدول 1: مقایسه خواص الاستومر EPDM با دیگر الاستومرها
جدول 2: مقایسه مقاومت حرارتی انواع الاستومرها
منابع:
1. Journal OF Exxon Chemical Company
2. Journal OF Enichem Chemical company
