เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์

เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์

ประเด็นสำคัญ

• TPE มีพฤติกรรมเหมือนยางแต่แปรรูปเหมือนเทอร์โมพลาสติก จึงขึ้นรูป อัดรีด และบดนำกลับมาใช้ได้
• ไม่ต้องมีขั้นตอนการบ่มหรือวัลคาไนซ์ ซึ่งตัดขั้นตอนทั้งขั้นออกจากกระบวนการ
• เหมาะกับการโอเวอร์โมลด์และการขึ้นรูปร่วม และผสมกับวัสดุอื่นได้ง่ายเพื่อปรับความรู้สึกสัมผัสและความแข็งแรง
• พลังงานพื้นผิวต่ำทำให้พิมพ์และยึดติดได้ยาก จึงมักต้องปรับสภาพพื้นผิวหรือใช้หมึกที่ออกแบบสูตรเฉพาะ

เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE)

เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์คือพอลิเมอร์ที่ทำงานเหมือนยางวัลคาไนซ์เมื่อใช้งาน แต่แปรรูปเหมือนเทอร์โมพลาสติก คือฉีดขึ้นรูป อัดรีด บดนำกลับมาใช้ และรีไซเคิลได้ โดยไม่มีขั้นตอนการบ่มที่ย้อนกลับไม่ได้ คุณสมบัติรวมนี้มาจากโครงสร้างสองวัฏภาค คือส่วนแข็งที่ทำหน้าที่เป็นการเชื่อมขวางทางกายภาพที่อุณหภูมิห้อง และส่วนอ่อนที่ยืดหยุ่นซึ่งให้ความยืดหยุ่น เมื่อให้ความร้อนแก่วัสดุ ส่วนแข็งจะอ่อนตัวจึงไหลได้ และเมื่อเย็นลงก็กลับมาก่อตัวใหม่

ตระกูล TPE หลัก

ความแข็งอยู่ในช่วงประมาณ Shore A 20 ถึง Shore D 70 ทั่วทั้งตระกูล การกำหนดวัสดุจึงมักเริ่มจากความแข็งและอุณหภูมิใช้งานที่ต้องการ ก่อนจะจำกัดลงเหลือเคมีชนิดใดชนิดหนึ่ง

การมาร์กเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ด้วยเลเซอร์

TPE เป็นวัสดุที่มาร์กให้สะอาดได้ยากกว่าวัสดุอื่น ด้วยเหตุผลที่สืบเนื่องโดยตรงจากสิ่งที่ทำให้ TPE มีประโยชน์

• จุดหลอมเหลวและจุดอ่อนตัวต่ำ ช่วงความร้อนระหว่างการเกิดรอยมาร์กกับการหลอมหรือบิดเบี้ยวของพื้นผิวแคบ ความร้อนที่มากเกินไปให้รอยบุ๋มที่เลอะและมันเงาแทนรอยมาร์กที่คมชัด
• การคืนตัวแบบยืดหยุ่น วัสดุเสียรูปแล้วคืนกลับ การแกะสลักตามความลึกจึงให้ความคมชัดต่ำ การมาร์กโดยอาศัยความเปรียบต่างเป็นกลยุทธ์ที่ดีกว่า
• การดูดกลืนที่ 1064 nm ต่ำในเกรดโพลิโอเลฟิน TPO และเกรด TPE-S จำนวนมากเป็นแบบอะลิฟาติกและมีพฤติกรรมเหมือนพอลิโพรพิลีน จึงต้องใช้สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์จึงจะมาร์กได้เลยด้วยไฟเบอร์เลเซอร์
• การเติม carbon black TPE จำนวนมากเป็นสีดำ ดังนั้นรอยมาร์กสีเข้มจากการเกิดคาร์บอไนเซชันจึงมองไม่เห็น รอยมาร์กสีอ่อนจากการเกิดฟอง ซึ่งสร้างได้ดีที่สุดด้วยเลเซอร์ MOPA พัลส์สั้น มักเป็นทางเลือกเดียวที่อ่านได้ชัดเจน

ในทางปฏิบัติ พัลส์สั้น กำลังเฉลี่ยต่ำ และความเร็วการมาร์กสูง ซึ่งส่งพลังงานอย่างรวดเร็วและจำกัดความร้อนสะสม ให้ผลลัพธ์ดีที่สุด

การยึดติด การพิมพ์ และการปรับสภาพพื้นผิว

TPE ชนิดโอเลฟินมีพลังงานพื้นผิวต่ำเช่นเดียวกับพอลิโพรพิลีน โดยทั่วไปประมาณ 29–31 mN/m และไม่รับหมึก กาว หรือสารเคลือบหากไม่ปรับสภาพพื้นผิว ทั้งพลาสมาความดันบรรยากาศและเฟลมพลาสมาช่วยยกระดับให้อยู่ในช่วงที่ใช้งานได้ แม้พื้นผิวอ่อนจะต้องใช้ค่าตั้งที่อ่อนโยนกว่าชิ้นงานขึ้นรูปแข็งจะทนได้ เกรด TPU และโคพอลิเอสเทอร์มีขั้วมากกว่าและโดยทั่วไปยึดติดและพิมพ์ได้ง่ายกว่า

ข้อพิจารณาเพิ่มเติมในชิ้นงานประกอบที่ขึ้นรูปทับ (โอเวอร์โมลด์) คือการยึดเกาะระหว่าง TPE กับวัสดุรองรับแข็งขึ้นอยู่กับความเข้ากันได้ทางเคมีของทั้งสอง ไม่ใช่การปรับสภาพพื้นผิว TPE-S ยึดติดดีกับสไตรีนิก TPU กับพอลิคาร์บอเนตและ ABS และ TPO กับโพลิโอเลฟิน คู่ที่ไม่เข้ากันจะล้มเหลวที่รอยต่อไม่ว่าจะแปรรูปอย่างไร

ทางเลือกการปรับสภาพพื้นผิวสำหรับ TPE

TPE มีพลังงานพื้นผิวต่ำรวมกับสารเติมแต่งที่เคลื่อนที่ได้และพื้นผิวอ่อนที่ไวต่อความร้อน ซึ่งทำให้การปรับสภาพหลายวิธีที่ใช้ได้ดีกับพอลิเมอร์แข็งใช้ไม่ได้หรือซับซ้อนขึ้น การเปรียบเทียบในทางปฏิบัติ

ไม่ว่าจะเลือกวิธีใด ช่วงเวลาระหว่างการปรับสภาพถึงการยึดติดมีความสำคัญบน TPE มากกว่าตระกูลพอลิเมอร์อื่นใด น้ำมันและพลาสติไซเซอร์ย้ายกลับมาที่ผิวอย่างรวดเร็ว การกระตุ้นพื้นผิวที่อยู่ได้หลายวันบนโพลิโอเลฟินแข็งอาจอยู่ได้เพียงไม่กี่ชั่วโมงที่นี่

ข้อพิจารณาเรื่องโอเวอร์โมลด์และการฉีดสองครั้ง

TPE ที่ใช้ในการผลิตส่วนใหญ่ถูกขึ้นรูปทับบนวัสดุรองรับแข็ง ซึ่งทำให้ความแข็งแรงของการยึดติดเป็นเรื่องของการขึ้นรูปก่อนจะเป็นเรื่องของพื้นผิว

• ความเข้ากันได้ทางเคมีเป็นตัวกำหนดการยึดติด เกรดสไตรีนิกยึดติดพอลิสไตรีนและ ABS ได้ง่าย ส่วน TPV ยึดติดพอลิโพรพิลีน การจับคู่ TPE กับวัสดุรองรับที่เข้ากันไม่ได้ให้ได้เพียงการล็อกเชิงกลอย่างดีที่สุด และการระบุเกรดที่ยึดติดได้ถูกกว่าการปรับสภาพคู่ที่ไม่เข้ากันมาก
• อุณหภูมิของวัสดุรองรับตอนฉีดครั้งที่สองมักเป็นความต่างระหว่างชิ้นงานที่ยึดติดกับชิ้นงานที่ลอกออกได้ ชิ้นแทรกที่เย็นให้การยึดติดที่ไม่ดีไม่ว่าจะใช้ TPE เกรดใด
• ควรออกแบบการล็อกเชิงกลไว้ด้วยเสมอเมื่อรอยต่อรับภาระเชิงโครงสร้าง รูทะลุ ส่วนคอดใต้ผิว และหางเหยี่ยวรับแรงได้ ซึ่งการยึดติดทางเคมีที่ก้ำกึ่งรับไม่ได้
• สารปลดแม่พิมพ์เป็นสิ่งปนเปื้อนที่พบบ่อย ในชิ้นงานประกอบที่ขึ้นรูปทับ สารปลดแม่พิมพ์ที่ใช้กับชิ้นแทรกแข็งเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวของการยึดเกาะที่รอยต่อ และถูกมองข้ามได้ง่ายเพราะเกิดจากกระบวนการต้นน้ำ

การแก้ไขปัญหาการมาร์ก การพิมพ์ และการยึดติดของ TPE

คำศัพท์และแหล่งอ่านที่เกี่ยวข้อง

• โซลูชันการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
• การปรับสภาพพื้นผิวพอลิเมอร์
• พอลิยูรีเทน
• แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการยึดติดเทอร์โมพลาสติกกึ่งผลึก
• ปัญหาการยึดเกาะ

การนำไปใช้ในการผลิตจริง

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการมาร์ก การยึดติด และการปรับสภาพพื้นผิวของเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์คืออะไร

กลุ่มพอลิเมอร์ที่รวมคุณสมบัติความยืดหยุ่นของยางเข้ากับความสามารถในการแปรรูปของเทอร์โมพลาสติก TPE ยืดและคืนรูปได้เหมือนอีลาสโตเมอร์แบบดั้งเดิม แต่ขึ้นรูป อัดรีด และนำกลับมาใช้ซ้ำได้เหมือนเทอร์โมพลาสติกทั่วไป ซึ่งช่วยลดของเสีย

TPE ต่างจากยางทั่วไปอย่างไร

ยางทั่วไปต้องผ่านการบ่มหรือวัลคาไนซ์ ซึ่งเป็นขั้นตอนทางเคมีที่ย้อนกลับไม่ได้ TPE ไม่ต้อง จึงแปรรูปซ้ำได้และนำวัสดุบดกลับมาใช้ได้ นอกจากนี้ยังเข้ากันได้กับการโอเวอร์โมลด์และการขึ้นรูปร่วมบนวัสดุรองรับแข็ง

TPE ใช้งานทั่วไปที่ใดบ้าง

ด้ามจับสัมผัสนุ่ม ซีลและปะเก็น ท่อและชิ้นส่วนอุปกรณ์การแพทย์ ชิ้นส่วนภายในและภายนอกยานยนต์ พื้นรองเท้าและอุปกรณ์กีฬา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและตัวเรือนยืดหยุ่น รวมถึงของเล่น เครื่องมือ และของใช้ในครัวเรือน

TPE พิมพ์หรือยึดติดยากหรือไม่

ใช่ โดยทั่วไป เช่นเดียวกับพอลิเมอร์พลังงานพื้นผิวต่ำอื่นๆ TPE ไม่ชอบน้ำและไม่เปียกตามธรรมชาติ หมึกและกาวจึงสัมผัสได้ไม่สนิท โดยปกติต้องปรับสภาพพื้นผิวหรือใช้หมึกยืดหยุ่นที่ออกแบบสูตรเฉพาะ

ชิ้นส่วน TPE มาร์กด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

ได้ แต่เช่นเดียวกับพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ TPE ดูดกลืนอินฟราเรดใกล้โดยธรรมชาติได้น้อย สารเติมแต่งที่ไวต่อเลเซอร์ซึ่งคอมพาวนด์เข้าไปในวัสดุคือสิ่งที่ทำให้มาร์กได้ที่ความเปรียบต่างสูง และเลเซอร์ MOPA พัลส์สั้นช่วยหลีกเลี่ยงความเสียหายจากความร้อนบนวัสดุรองรับที่อ่อน

เหตุใดหมึกจึงลอกออกจาก TPE หลายสัปดาห์หลังจากที่ดูยึดเกาะดี

โดยทั่วไปเกิดจากการย้ายตัว น้ำมันและพลาสติไซเซอร์ในอีลาสโตเมอร์ย้ายมาที่ผิวเมื่อเวลาผ่านไปและเข้าไปในชั้นหมึก ทำให้รอยต่อเสื่อมหลังจากที่ชิ้นงานผ่านการตรวจสอบไปแล้ว การปรับสภาพพื้นผิวแก้ไม่ได้ เพราะปัญหาเกิดจากเนื้อวัสดุ ให้ระบุเกรดที่ย้ายตัวต่ำ หรือเคมีของหมึกที่ออกแบบสำหรับวัสดุรองรับที่มีพลาสติไซเซอร์

การปรับสภาพพื้นผิวแบบใดเหมาะกับชิ้นส่วน TPE ที่ขึ้นรูป

พลาสมาความดันบรรยากาศมักเป็นตัวเลือกออนไลน์ที่ดีที่สุด เพราะเลือกพื้นที่ได้ ติดตั้งบนหุ่นยนต์ได้ และภาระความร้อนต่ำ พลาสมาแก๊สเย็นความดันต่ำให้การกระตุ้นที่คงทนที่สุดและเข้าถึงรูปทรงที่ถูกบังในชิ้นงานประกอบโอเวอร์โมลด์ แต่ทำได้เฉพาะแบบแบตช์ เฟลมต้องควบคุมอย่างรอบคอบเพราะภาระความร้อนอาจทำให้พื้นผิวอ่อนบิดเบี้ยว และโคโรนาเป็นกระบวนการแบบม้วนที่ไม่เหมาะกับชิ้นส่วนขึ้นรูปเลย

อะไรเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงของการยึดติดโอเวอร์โมลด์อย่างแท้จริง

ความเข้ากันได้ทางเคมีระหว่าง TPE กับวัสดุรองรับ และอุณหภูมิของวัสดุรองรับตอนฉีดครั้งที่สอง ทั้งสองอย่างมาก่อนการพิจารณาการปรับสภาพพื้นผิวใดๆ เกรดสไตรีนิกยึดติดพอลิสไตรีนและ ABS ส่วน TPV ยึดติดพอลิโพรพิลีน คู่ที่ไม่เข้ากันให้ได้เพียงการล็อกเชิงกลอย่างดีที่สุด สารปลดแม่พิมพ์บนชิ้นแทรกแข็งเป็นสิ่งปนเปื้อนที่พบบ่อยที่สุด และเกิดจากต้นน้ำซึ่งถูกมองข้ามได้ง่าย

---