TPO هاي خودروئي: فرآيند بهبود يافته و ظاهر بهتر

در همايش سالانه SPE Automotive TPO كه پاييز گذشته در Sterling Heights,Mich., برگزار شد، سخنراني هايي در مورد فرمول‌بندي‌‌هاي جديد كه با حذف مرحله آميزه‌كاري هزينه‌ها را كاهش مي دهند و نيز فرمول‌بندي‌‌هايي كه فاصله بين قطعات پوشرنگ خورده و قطعاتي كه در مرحله قالب‌گيري رنگي مي‌شوند را پر مي‌كنند، ايراد گرديد. ساير موارد مهم در همايش عبارت بودند از كائوچوهاي متالوسني بهبود يافته براي TPO و روش‌هاي جديد براي تهيه چندسازه‌هاي نانويي PP و TPO .

فرمول‌بندي‌‌هاي جديد
TPO هاي جديد شركت Dow Automotive ، تركيب بي نظيري از براقيت پايين و مقاومت سايشي را براي قطعات رنگ شده در مرحله قالب‌گيري (MIC) ايجاد مي‌كنند. محققان Dow گزارش داده اند كه كائوچوهاي پيشرفته تقويت شده Velvex ، فاصله موجود بين MIC و TPO پوشرنگ خورده از نظر كيفيت سطح و دوام را پر مي‌كنند. Velvex TPO داراي سطح يكنواخت و با براقيت بسيار كم مي باشد، هم‌چنين مدول كشسان آن شبيه TPO مات پرشده با تالك (TF-TPO) و مواد نايلون/ABS مي‌باشد. در Velvex TPO ، كائوچو مخلوط شده با PP يك فاز پيوسته ايجاد مي كند كه خطوط جوشي با قابليت رؤيت پايين و شبيه PP خالص توليد مي‌كنند. اما در TF-TPO ، فازهاي مجزاي كائوچو (فاز غير پيوسته) و PP (فاز پيوسته) تمايل به توليد خطوط جوش با قابليت رؤيت بيشتر به همراه حالت نوار ببري (براقيت نواحي مختلف بطور متناوب كم و زياد است) دارند.Dow نشان داده است كه در يك قطعه قالب‌گيري شده با گلوئي‌هاي چند‌گانه‌ي زيردريائي (multiple submarine gates) كه چهار خط جوش در اطراف آن ايجاد مي شود، بين Velvex و TF-TPO تفاوت فاحشي در ميزان قابليت رؤيت خط جوش وجود دارد. همچنين Velvex TPO در آزمون‌هاي مقاومت خراش، عملكرد بهتري نسبت به TF-TPO دارد.آزمون هاي خراش با استفاده از يك سوزن با قطر يك ميلي متر و با نيروي N 18 انجام مي‌شوند. هم‌چنين Velvex يك بهبود واضح در مقاومت خراشي از خود نشان داد كه اين به دليل بازيابي كشسان بيشتر ساختار ميكروسكوپي آن در مقايسه با TF-TPO مي باشد. براقيت قبل از آزمون خراش براي Velvex 9/0 و براي TF-TPO 3/1 بود و بعد از انجام آزمون اين مقدار به ترتيب 1 و 8/1 بود. Advanced Composites Inc. از يك TPO جديد با جريان پذيري بالا و استحكام مذاب زياد براي قالب‌گيري ورق‌هاي اسفنجي درب خودرو و قطعات تزييني داخل خودرو، پرده‌برداري كرد. ADX-1047 به همراه عوامل پف‌دهنده شيميايي براي ايجاد سطح Class A طراحي شده است. طبق گفته مدير فني فروش، اين TPO جديد نسبت به تركيبات TPO رقيب و PP ساخته شده در واكنشگاه (راكتور)، جريان‌پذيري و خواص فيزيكي بهتري دارد و تا %30 سبك‌تر (بعد از اسفنجي شدن) مي‌باشد. MFI آن 65 است در نتيجه مي‌توان از آن براي پركردن قطعات با ديواره نازك استفاده كرد.

كارايي آميزه‌سازي
هم‌چنين واحد R&D شركت Dow Automotive گزارشي از سامانه At-Press TPO blending خود را ارائه داد. اين سامانه باعث صرفه‌جويي اقتصادي و همچنين انعطاف پذيري براي تغيير جمع‌شدگي ،CLTE ، سختي، چقرمگي و مقاومت حرارتي مي‌شود. سامانه شامل PP ، مستربچ تالك و يك كائوچوي متالوسني مي‌باشد. اين فرمول‌بندي‌‌ها براي اختلاط در دستگاه‌هاي قالب‌گيري طراحي شده‌اند و پراكندگي تالك و كائوچو در شرايط معمول قالب‌گيري، عالي است. اولين بار براي كاربردهاي خارجي توسعه داده شد و به گفته Dow نيازمندي‌هاي مربوط به يكنواختي رنگ، براقيت پايين، بو و انتشار كم، مقاومت خراش و عدم حضور نوارهاي ببري را برآورده مي‌كند. فناوري At-Press به ميزان وسيعي مورد تاييد تامين‌كنندگان سطح يك( Tier 1 ) براي كاربردهاي داخلي قرار گرفته است. فرآيند At-Press نسبت به TPO هاي آميزه‌كاري‌شده‌ي معمولي داراي يكنواختي عالي در اختلاط، تكرارپذيري در قالب‌گيري، جمع شدگي و وزن يكنواخت قطعات مي باشد. طبق گفته محققان Dow ، اندازه گيري ميزان تالك از يك قطعه به قطعه ديگر از طريق خاموش شدن خاكستر ، شناساگر خوبي براي يكنواختي اختلاط مي باشد. معمولاً ميزان تغييرات در فرآيند At-Press كمتر از % 35/0 است كه با تغييرات مشاهده شده در TPO هاي آميزه شده قابل مقايسه است. شركت‌هاي Chrysler و Flint Hills Resources (FHR) كه در سال 2007 بخش PP شركت Huntsman را خريده‌اند، گزارشي در مورد يك فرآيند درون‌واكنشگاهي (in-reactor ) براي توليد TPO هاي جديد با عملكرد كارآ ارائه دادند. اين TPO خواص دماي پايين مورد نياز در كاربردهايي چون اجزاي آزادكننده كيسه هوا و ضربه گير سر را برآورده مي‌كنند و نسبت به TPO هاي آميزه شده ارزان‌تر هستند. Chrysler ماده‌اي با مدول خمشي حداقل MPa 1000 ، كم‌ترين چگالي ممكن، چكش‌خواري در ºC 40- و ازدياد طول بالاي % 450 نياز داشت. FHR دريافت كه تنها روش براي رسيدن به اين خواص استفاده از يك آلياژ درون واكنشگاهي مي‌باشد. FHR ، AP7810-HS را كه داراي مدول خمشي MPa 1053 و چكش خواري ºC 30- است را توليد كرد. جريان پذيري عالي در حين قالب‌گيري، مقاومت خراشي و خوب و پايداري ابعادي عالي از ديگر خواص آن مي باشد.
كائوچوهاي جديد و به روز
گروه كائوچوهاي شركت Dow ، آخرين پيشرفت‌ها در زمينه كائوچوهاي پلي اولفيني كه عملكرد TPO را افزايش مي‌دهند ، مورد بحث قرار داد. يكي از موضوعات مورد بحث، ورق TPO منعطف با براقيت پايين براي عمليات گرماشكل‌دهي بود. محققان، كائوچوهاي پلي‌اولفيني موجود با استحكام مذاب بالا كه قادر بودند بافتار سطحي استثنايي و براقيت كمتر از %2 ( در زاويه º60 ) را بعد از شكل‌دهي از طريق خلا در ورق TPO ايجاد كنند، بررسي كردند. Dow گزارش كرد كه با يك PP داراي استحكام مذاب بالا و MFR برابر 5/2 ، تنها در سه كائوچو از كائوچوهاي خود كنترل خوب شره (در حين عمليات گرماشكل‌دهي) ، براقيت كم و بافتار سطح خوب قابل مشاهده بود. هر سه مورد كائوچوهاي اتيلن-بوتن با گرانروي كششي متوسط و MFR كمتر از 5/0 بودند:
- Flexomer DFDB 1088NT با نقطه ذوب ºC 114 و چگالي g/cc 885/0
-Engage 7387 با نقطه ذوب ºC 47 و چگالي g/cc 870/0
-Engage 7487 با نقطه ذوب ºC 37 و چگالي g/cc 860/0
اين سه كائوچو هم از كائوچو اتيلن-پروپيلني Engage 6386 كه بالاترين گرانروي كششي را داراست (داراي نقطه ذوب ºC 55 ، چگالي g/cc 875/0 و MFR كمتر از 5/0 است ) و هم از كائوچو اتيلن-اكتني Engage 8150 كه گرانروي كششي كمي دارد (داراي نقطه ذوب ºC 56 و چگالي g/cc 870/0 و MFR 5/0 است)، عملكرد بهتري دارند. هر يك از اين سه كائوچو با افزودن مواد افزودني ضد خراش، مقاومت خراشي تا N 20 را نشان مي‌دهند و تنها به ميزان كمي باعث افزايش براقيت مي‌شوند. براقيت كم و مقاومت خراشي پس از قرار گرفتن در شرايط آب و هوايي kJ 2000 و بدون استفاده از پوشش رويه ، حفظ مي شود. در سخنراني ديگر، Dow Elastomers گزارشي درباره پيشرفت‌هاي حاصله در زمينه كائوچوهاي مقاوم به ضربه براي TPO هاي سخت ارائه كرد. كاربرد PP مقاوم به ضربه پرشده با تالك و اصلاح شده با اتيلن/آلفا اولفين ها (EAO) از دهه 1990 به سرعت در صنعت خودرو گسترش يافته است و در حال حاضر عمده پلاستيك سخت مصرفي را به خود اختصاص داده است. به هر حال تمايل به به كاهش ضخامت با حفظ سختي موجود باعث مي شود كه صنايع OEM نياز به افزايش تا % 80 در مدول خمشي بدون تغيير در چكش‌خواري دماي پايين، داشته باشند. جريان پذيري بالاتر براي سازگاري فرآيند توليد قطعات نازكتر يك روند مهم ديگر مي‌باشد. بعلاوه مقاومت خراشي يك موضوع قديمي براي قطعات TPO ، بويژه در حين نصب در خطوط مونتاژ مي‌باشد. در نتيجه نياز به اصلاح‌كننده‌هاي جديد ضربه با كارايي بالا براي PP وجود دارد. Dow Elastomers قصد دارد در اواسط سال، توليد بسپارهاي جديد اتيلن/آلفا اولفين با استحكام مذاب بالا را كه باعث بهبود در تعادل بين سختي و چقرمگي مي‌شود را آغاز كند.
فرآيند SCF براي توليد نانو PP
بخش مواد و نانو فناوري گروه پلاستيك شركت Ford Motor Co گزارشي درباره استفاده از فرآيند سيال فوق بحراني (SCF) براي كمك به پوسته‌پوسته كردن و پراكنش چندسازه‌هاي نانوي PP /كاني رسي ارائه كرد. به گفته محققان دستيابي به چندسازه‌هاي نانو با پراكنش و پوسته شدن خوب، كار دشواري است زيرا صفحات نانورسي به شدت تمايل دارند كه به هم بچسبند. از سوي ديگر نانورس آبدوست و بسپار آب‌گريز است. گرانروي زياد مذاب بسپار، مانع ديگري براي پراكنش نانورس در فرآيندهاي متداول آميزه‌سازي مي‌باشد. يك روش جديد براي پوسته‌پوسته كردن لايه‌هاي سيليكاتي كاني رسي و كاهش گرانروي مذاب استفاده از SCF ها مثل دي اكسيد كربن يا نيتروژن در حين اكستروژن مي‌باشد. در شرايط مناسب دمايي و فشاري، اين گازها مانند سيالاتي كه به آساني در مذاب پلاستيك حل مي‌شوند، رفتار مي‌كنند. SCF بين لايه‌هاي سيليكاتي نفوذ مي‌كند و سپس وقتي كه فشار مخلوط كاهش يافت منبسط مي شود و لايه‌هاي نانورس را از هم جدا مي‌كند. كاهش گرانروي كلي مذاب نيز پراكنش نانورس را بهبود مي‌دهد. Ford براي بكارگيري فناوري Mucell SCF مورد استفاده در قالب‌گيري تزريقي و اكستروژن چندسازه‌هاي سبك و حفره‌دار نانوي PP و TPO ، با Trexel شريك شده است.
روش IP جديد
يك روش جديد براي تهيه ورق TPO دورنگي با بازنمائي خوب ‌بافتار سطح در قالب براي 2008 Chevy Malibu ، موضوع سخنراني ديگري بود كه توسط Faurecia Interior Systems,Auburn Hills,Mich., ، O'Sullivan Films و KTX Americas ارائه گرديد. براي اين كار، Faurecia فرآيند بافتارسازي در قالب (IMG) خود را كه شامل شكل‌دهي يك پوسته TPO ( از شركت O'Sullivan ) از طريق خلا منفي در قالب KTX بود را اصلاح كرد. اين كار با قرار دادن اسفنج پلي يورتان بين پوسته و زيرآيند پلاستيك سخت همراه شد. Faurecia تعداد مراحل فرآيند را كاهش داد و هم‌چنين وزن قطعات را با استفاده از يك فرآيند جديد لايه‌بندي IMG تا حدود %15 كاهش داد. اين فرآيند از يك دو لايه با پوسته TPO (از شركت O'Sullivan) و يك لايه زيرين پلي الفين اسفنجي شبكه‌اي شونده با تابش براي جاي‌گزيني اسفنج PUR استفاده مي‌كند. اين دولايه مانند قبل بوسيله خلا شكل‌دهي شده بود اما زيرآيند سخت بعنوان كمكي استفاده مي‌شد. چسب در زيرآيند يا دولايه‌ي پوسته/اسفنج استفاده مي‌شود تا آنها را در حين شكل‌دهي به هم بچسباند. بعد از شكل‌دهي، قطعه پوشانده مي‌شود و پوشرنگ پايه آبي در دو سايه‌ي مختلف روي آن پاشيده مي‌شود.
واژه نامه
خط جوش knit-line
گرماشكل‌دهي thermoforming
سيال فوق بحراني supercritical fluid
پوسته پوسته شدن exfoliation
پراكنش dispersion
چندسازه composite
كاني رس clay
گرانروي كششي Extensional viscosity
بازنمائي بافتار grain replication
چقرمگي toughness
چكش‌خواري ductility
Multiple submarine gates
In-mold graining
عوامل پف‌دهنده blowing agent

برگردان: مهندس طیبه دولت آبادی