นาโกย่า ประเทศญี่ปุ่น – มหาวิทยาลัยนาโกย่าและ Zeon Corporation ได้พัฒนาวัสดุยางเทอร์โมพลาสติกชนิดใหม่ โดยใช้บล็อกโพลีเมอร์ที่เรียกว่า “i-SIS” ซึ่งมีความต้านทานแรงกระแทกที่สูงกว่าพลาสติกเสริมใยแก้ว
เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPEs หรือบางครั้งเรียกว่ายางเทอร์โมพลาสติก) เป็นการรวมตัวกันทางเคมีของโพลีเมอร์หลายชนิด (“โคพอลิเมอร์”) ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นพลาสติกและยาง ซึ่งมีคุณสมบัติทั้งเทอร์โมพลาสติกและอีลาสโตเมอร์ คุณสมบัติของเทอร์โมพลาสติกมีประโยชน์ในการฉีดขึ้นรูป ในขณะที่คุณสมบัติของยางช่วยให้วัตถุสามารถยืดและกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้เกือบทั้งหมด วัสดุเหล่านี้มีอยู่ทั่วไป ตัวอย่างเช่น วัสดุภายในและภายนอกของยานพาหนะ TPE ที่รู้จักกันดีที่สุด ได้แก่ “โพลีเมอร์บล็อกสไตรีน” ซึ่งมีบล็อกโมเลกุลของโพลีสไตรีนซึ่งเป็นของแข็งและโพลีเดียนซึ่งเป็นยาง ตัวอย่างที่สำคัญ 2 ตัวอย่าง ได้แก่ polystyrene-b-polyisoprene-b-polystyrene (SIS) และ polystyrene-b-polybutadiene-b- polystyrene (SBS) โพลีเมอร์บล็อกสไตรีนได้รับการพัฒนาโดยบริษัทเชลล์เคมิคอลในปี 1960 และได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยนักวิจัยจำนวนมากทั้งในเชิงวิชาการและอุตสาหกรรม แม้ว่าตลาดประจำปีทั่วโลกสำหรับ TPE ที่ทำจากโพลีเมอร์ที่ใช้บล็อกสไตรีนมีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐ แต่อีลาสโตเมอร์ที่มีคุณสมบัติทางกลที่ได้รับการปรับปรุง โดยเฉพาะด้านความเหนียว ยังคงเป็นที่ต้องการอย่างมาก
เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของโพลีเมอร์บล็อกสไตรีน เมื่อเร็ว ๆ นี้มหาวิทยาลัยนาโกย่าและซีออนคอร์ปอเรชั่นได้รายงานการสังเคราะห์ SIS ดัดแปลงทางเคมีที่เป็นมิตรต่ออุตสาหกรรม เช่น SIS พันธะไฮโดรเจน (h-SIS) และ "SIS ที่มีฟังก์ชันไอออนิก" (i-SIS) ซึ่ง คือ SIS ที่มีไอออนบวก เช่น โซเดียมถูกเชื่อมติดกัน "ไอออนบวก" มีอิเล็กตรอน (โมโนวาเลนต์) หนึ่งตัวถูกดึงออกจากเปลือกนอก (ดู https://doi.org/10.1016/j.polymer.2021.123419 ) การวัดเบื้องต้นพบว่า i-SIS มีความเหนียวทนแรงดึงสูงมากที่ 480 MJ/m3 ซึ่งเป็นค่าสูงสุดของวัสดุยางเทอร์โมพลาสติก
แม้ว่าการทดสอบแรงดึงเบื้องต้นจะมีประโยชน์ในการตรวจสอบคุณสมบัติทางกลทั่วไปของวัสดุ แต่ก็ไม่ได้เปิดเผยคุณสมบัติทางกลทั้งหมดของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทนต่อแรงกระแทกที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานจริง นอกจากนี้ การวัดความต้านทานแรงกระแทกยังเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจกลไกที่คุณสมบัติทางกลที่ต้องการเกิดขึ้นในวัสดุ
การศึกษานี้โดยมหาวิทยาลัยนาโกย่าและซีออน คอร์ปอเรชั่น เป็นครั้งแรกในการประเมินความทนทานต่อแรงกระแทกของวัสดุอิลาสโตเมอร์ชนิดใหม่โดยอิงตาม i-SIS และเปรียบเทียบกับความทนทานต่อแรงกระแทกของวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงทั่วไปซึ่งใช้พลาสติกเสริมใยแก้ว (GFRP) ซึ่งมีความต้านทานแรงดึง 330 MPa การทดสอบแรงกระแทกของ Drop Weight แสดงให้เห็นว่า i-SIS ที่มีไอออนบวกแบบ monovalent หรือ divalent มีความทนทานต่อแรงกระแทกมากกว่า SIS ที่ไม่ผ่านการดัดแปลงทางเคมี 3 หรือ 4 เท่า นอกจากนี้ ยังพบว่า i-SIS ที่มีไอออนบวกแบบ divalent มีความทนทานต่อแรงกระแทกมากกว่า GFRP ที่มีความแข็งแรงสูงทั่วไปถึง 1.2 เท่า โดยรวมแล้ว i-SIS โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับไอออนแบบ divalent พบว่ามีความทนทานต่อแรงกระแทกสูง แม้ว่าสารตัวเติมอนินทรีย์ ซึ่งเป็นสารเติมแต่งทั่วไปสำหรับโพลีเมอร์ที่ชุบแข็ง จะไม่ถูกรวมไว้ในพอลิเมอร์และโครงสร้างโมเลกุลของโพลีเมอร์ไม่ผ่านสารเคมี
ผู้ผลิตรถยนต์และผลิตยานพาหนะรายอื่นๆ ยังคงค้นหาวัสดุน้ำหนักเบาที่ทนทานต่อความเสียหายอย่างต่อเนื่อง เนื่องจาก i-SIS สามารถสังเคราะห์ได้ในระดับอุตสาหกรรม มันจึงมีศักยภาพที่ดีที่จะเป็นวัสดุอีลาสโตเมอร์แห่งอนาคตสำหรับใช้ ไม่เพียงแต่ในชิ้นส่วนรถยนต์ภายในและภายนอกเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับตัวรถยนต์และแม้แต่แผงด้านนอกของรถยนต์ รถไฟและยานพาหนะอื่นๆ ที่ต้องการวัสดุโครงสร้างที่มีความทนทานต่อแรงกระแทกสูง รวมถึงความสะดวกในการผลิต ความสำเร็จในการวิจัยเหล่านี้จะนำไปสู่การพัฒนายานยนต์น้ำหนักเบาและการก่อตั้งสังคมปลอดคาร์บอน
บทความเรื่อง “Highly Impact-Resistant Block Polymer-Based Thermoplastic Elastomers with an Ionically Functionalized Rubber Phase” ได้รับการตีพิมพ์ใน ACS Omega เมื่อวันที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2021
ที่มา https://rubberworld.com/new-rubber-materials-impact-resistance-surpasses-that-of-glass-fiber-reinforced-plastic/