وضعیت ورود
درحال حاضر شما وارد سایت نشده اید.
آمار بازدیدکنندگان
  • کاربران حاضر: 0
  • بازدید امروز: 15
  • بازدید ماه: 72,109
  • بازدید سال: 353,798
  • کل بازدیدکنند‌گان: 137,467
قیمت روز

مقالات

نکات مربوط به انتخاب مواد هسته ­زا و شفاف کننده ­ها برای پلی‌پروپیلن  (قسمت اول)

پلی­ پروپیلن به دلیل ترکیب عالی خواص، از جمله پلیمر­های پرکاربرد به حساب می ­آید. خواص فیزیکی، مکانیکی و نوری پلی­پروپیلن را می ­توان با استفاده مناسب از عوامل هسته­ زا و شفاف­ کننده ­ها بیش تر افزایش داد. این مواد افزودنی به تبلور PP در حین فرایند کمک می­ کنند و در نتیجه منجر به ارتقای بیشتر خواص اولیه می­ شوند.

در این مقاله به بررسی نحوه استفاده از عوامل هسته­ زا و شفاف­ ساز و هم­چنین بیان نکات مهم در انتخاب این عوامل جهت افزایش مؤثر نرخ تولید، اصلاح ساختار و مورفولوژی و کاهش کدری در فرمولاسیون­ های پلی پروپیلن پرداخته شده است.

نقش عوامل هسته­ زا و شفاف­ ساز در پلی پروپیلن

تبلور پلیمرهای نیمه بلوری منجر به ایجاد بسیاری از خواص مانند پایداری ابعادی، شفافیت و چقرمگی است. برای یک قطعه و فرآیند مشخص، بلورینگی توسط ساختار پلیمر، فرمولاسیون، و شرایط فرآیند کنترل شده و منجر به ایجاد تعادلی ویژه بین تجمع گرما و خنک سازی می­ شود. در نتیجه، تبلور اغلب ناهمگن بوده و تاریخچه­ ی حرارتی در پوسته و هسته قطعات متفاوت است. عوامل هسته ­زا و شفاف کننده­ ها منجر به افزایش و نیز تنظیم سرعت بلورینگی می­ شوند تا بدین ­وسیله امکان تنظیم خواص نهایی پلیمرهای نیمه بلوری با نیازهای عمل کردی فراهم شود.

در فرمولاسیون­ های پلی ­پروپیلن، افزودن عوامل هسته­ زا باعث بهبود عمل کرد و خواص فرآیندی از جمله:

  • بهبود استحکام و سفتی
  • بهبود دمای نرم­شدگی حرارتی (HDT)
  • کاهش زمان سیکل
  • کاهش تاب­ خوردگی و یکنواخت­ تر کردن جمع­ شدگی
  • کاهش حساسیت به رنگدانه (در ارتباط با تغییر خواص با رنگ ­های مختلف)
  • بهبود فرآیند­پذیری در برخی کاربردهای مشخص

بنابراین، هسته­ زایی روشی قدرتمند برای بهبود خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و نوری پلی پروپیلن به­ شمار می­ آید. وضوح، پایداری ابعادی، تاب­ خوردگی، جمع ­شدگی، CLTE ، HDT، خصوصیات مکانیکی و اثر ممانعتی را می­ توان با انتخاب دقیق هسته ­زاها یا شفاف کننده ­ها بهبود بخشید.

تبلور در پلی ­پروپیلن

پلی­ پروپیلن یک پلیمر نیمه بلورین و پرکاربرد است که از پلیمریزاسیون مونومر پروپن ساخته می­ شود. در طول پلیمریزاسیون، PP می­ تواند بسته به موقعیت گروه ­های متیل سه ساختار زنجیره­­ای اصلی (اتاکتیک، ایزوتاکتیک، و سیندیوتاکتیک) را تشکیل دهد.

بلورینگی یک پلیمر به وسیله­ موارد زیر ارزیابی می­شود:

  • شکل و اندازه­ بلورها
  • نرخ بلورینگی و در نهایت،
  • جهت­ گیری بلورها

پلی پروپیلن ایزوتاکتیک (iPP) یک پلیمر نیمه بلوری است که مشخصه­ مهم آن نسبت عالی قیمت به عمل کرد بوده و در طیف گسترده ­ای از کاربردها مانند خودرو، لوازم خانگی، لوله کشی، بسته بندی و غیره قابل استفاده است.

شاخص ایزوتاکتیسیته iPP مستقیماً با درجه تبلور ارتباط و تأثیر عمده­ ای بر عملکرد پلیمر دارد. ایزوتاکتیسیته سینتیک تبلور، مدول خمشی، سختی و شفافیت را افزایش داده و منجر به کاهش مقاومت در برابر ضربه و نفوذ پذیری می­ شود.

در جدول زیر، خواص دو هموپلیمر پلی­ پروپیلن که دارای شاخص ایزوتاکتیسیته متفاوت هستند مقایسه شده است.

Untitled

بسته به شرایط، پلی­ پروپیلن ایزوتاکتیک می ­تواند در چهار فاز مختلف که با نام ­های α ، β ، γ و مورفولوژی میان ­گونه ­ای  اسمکتیک مشخص می­ شوند، متبلور شود. که از این بین فازهای α و β مهم تر هستند.

Untitled

فرآیند هسته ­گذاری در پلی ­پروپیلن

می­ دانیم که نقطه­ آغاز فرآیند تبلور هسته­ های کوچک (ذرات بسیار ریز) هستند که عموماً در بقایای کاتالیست ­های مذاب، ناخالصی ها، گرد و غبار و غیره وجود دارند. بنابراین، می­ توان مورفولوژی بلور را به وسیله­ وارد کردن هسته­ های مصنوعی به مذاب پلیمر اصلاح و کنترل کرد. به این فرآیند هسته ­گذاری می ­گویند.

  • عوامل هسته ­زا به این دلیل استفاده می ­شوند که مکان ­هایی برای شروع بلورها فراهم آورند.
  • شفاف­ سازها زیرمجموعه­ عوامل هسته­ زا به ­شمار می­ آیند که بلورهای کوچک ­تری را فراهم می­ کنند و نور کم تری را متفرق کرده و در نتیجه، منجر به بهبود شفافیت دیواره­ قطعه با همان ضخامت قبل می ­شوند.

نقش این عوامل هسته ­زا بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی قطعات نهایی است.

عوامل هسته­ زای PP چگونه کار می ­کنند؟

یک عامل هسته ­ساز به طور معمول یک ذره­ نامحلول است (در ادامه بحث خواهد شد) که منجر به افزایش سرعت تبلور می­شود. هنگامی که پلیمرهای نیمه بلوری از مذاب متبلور می ­شوند (به طور معمول در طول مرحله­ خنک ­کاری یک فرآیند)، لاملاها از یک هسته اولیه تشکیل می ­شوند و ساختارهای پیچیده­ ای به نام اسفرولایت ایجاد می ­کنند. این اسفرولایت ­ها تا زمانی که به اسفرولایت مجاور در حال رشد برخورد نکنند به رشد خود ادامه می ­دهند.

خواص پلیمرها از جمله خواص نوری و فیزیکی آن­ها به:

  • اندازه­ نهایی ساختارهای اسفرولایتی
  • آرایش یافتگی بلورها در ماتریس

بستگی دارد.

در پلی پروپیلن هسته­ گذاری شده، تبلور در فرآیند خنک ­سازی زودتر و با سرعت بیش تری اتفاق می ­افتد. در نتیجه این امکان فراهم می ­آید تا زمان خنک شدن پلیمر کاهش یابد. هم­چنین، چگالی هسته ­گذاری بسیار بیش تر و اندازه کروی بلورها بسیار کوچک تر خواهد بود.

شکل زیر تصویری از فرآیند هسته ­گذاری ناهمگن را در مقابل رزین بدون عامل هسته ­زا جهت مقایسه نشان می ­دهد:

Untitled

پلی ­پروپیلن به عنوان ماده­ای شناخته می­ شود که هسته­ گذاری در آن نسبتاً آسان است. دلیل این امر آن است که سرعت تبلور در آن به اندازه کافی پایین بوده و به عامل هسته­ زا اجازه می ­دهد تأثیر مستقیمی بر دانسیته­ی هسته­ گذاری داشته باشد. به علاوه، تأثیر عامل هسته­ زا به پارامترهای زیادی از جمله:

  • ماهیت پلی­ پروپیلن (هموپلیمر، کوپلیمر تصادفی، کوپلیمر بلوکی)
  • شاخص ذوب
  • شاخص پراکندگی
  • شرایط فرآیندی و حتی
  • فرآیند پلیمریزاسیون

بستگی دارد.

از فرمولاسیون­ های قالب­ گیری PP هسته ­گذاری شده اغلب برای تولید قطعات تزریق با دیواره نازک (کمتر از ۰٫۴ میلی متر) استفاده می­ شود که نیازمند سفتی هستند. در بعضی موارد، زمان چرخه می ­تواند تا ۳۰٪ کاهش یابد. عوامل هسته ­زا هم­چنین به عنوان شفاف­ ساز برای فیلم­ ها، ورق­ ها و قطعات قالب گیری شده، به ویژه برای کوپلیمرهای تصادفی PP نیز استفاده می­ شوند.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

 

عوامل هسته زا

پلیمرها تحت شرایط ذیل از حالت مذاب متبلور می‌شوند:

  1. ساختار مولکولی پلیمر باید به اندازه کافی منظم باشد تا اجازه نظم بلورین را فراهم کند.
  2. دمای تبلور می‌بایست زیر دمای ذوب و با فاصله از دمای انتقال شیشه‌ای باشد.
  3. هسته سازی می‌بایست قبل از تبلور رخ دهد.
  4. نرخ تبلور باید به اندازه کافی بالا باشد.

به دلیل اتصال زنجیرها، تنها تبلور مشروط به دست می‌آید. بنابراین اغلب به پلیمرها مواد نیمه بلورین گفته می‌شود. این اتصال زنجیرها دلیل اصلی تبلور پلیمرها در دمای پایین‌تر از دمای ذوب است. هنگام تبلور پلیمرها از حالت مذاب، بلورهای پلیمری (لاملا) از هسته‌ی اولیه سازماندهی می‌شوند و ماکروساختارهای کروی پیچیده را تشکیل می‌دهند که اسفرولایت نامیده می‌شود. اسفرولایت‌ها حاوی لاملا و  همچنین مناطق آمورف بین آن‌ها است. اسفرولایت‌ها به شرد خود ادامه داده تا رشد آن‌ها تحت تاثیر جبهه‌ی اسفرولایت همسایه قرار گیرد. شروع تحول فاز با ظهور ذرات بسیار کوچک فاز جدید نشان داده می‌شود. سرانجام هسته اولیه تشکیل خواهد شد و رشد بلور را به دنبال خواهد داشت. هسته زایی وابستگی شدیدی به دما دارد. تعداد و اندازه اسفرولایت‌های تشکیل شده، تخمین زده می‌شوند تا میزان همگونی هسته مشخص شود. تشکیل هسته‌ها با افزودن ماده خارجی تحت عنوان عامل هسته زا افزایش می‌یابند. از آنجا که هسته‌های بیشتری در حضور عامل هسته زا تشکیل می‌شوند، تحت شرایط خنک سازی مشابه اسفرولایت‌های حاصل به طور قابل توجهی نسبت به حالت عدم استفاده از عامل هسته زا کوچکتر است. این پلیمرها به دلیل هسته‌های تشکیل شده دارای ساختار دانه‌ای ریزتر هستند؛ این موضوع در خواص فیزیکی و مکانیکی منعکس می‌شود. بنابراین در درصد بلورینگی یکسان پلاستیک‌های دارای اسفرولایت درشت، شکننده‌تر و دارای شفافیت کمتر نسبت به پلاستیک‌های با اسفرولایت ریز هستند. هسته سازی باعث افزایش دمای تبلور و سرعت آن می‌شود. بنابراین قطعات را می‌توان در دمای بالاتر از قالب خارج کرد و به این ترتیب سیکل زمانی قالبگیری کاهش می‌یابد. همچنین این مواد دارای مقاومت کششی، سختی، مدول خمشی، دمای HDT بالاتر هستند. اما به طور کلی مقاومت ضربه آن‌ها کمتر است. وضوح با افزایش سرعت خنک سازی افزایش می‌یابد و کاهش اندازه اسفرولایت باعث کاهش تفرق نور هنگام عبور نور از مواد می‌شوند.

عوامل هسته زا را تقریباً می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

  1. مواد افزودنی غیر آلی مانند تالک، سیلیس، خاک رس
  2. ترکیبات آلی مانند نمک‌های مونور اسیدهای پلی کربوکسیلیک ( مانند بنزوات سدیم) و برخی رنگدانه‌ها
  3. پلیمرها مانند کوپلیمرهای استری آکریلیک و کوپلیمرهای اتیلن

مقدار استفاده معمول از این مواد هسته زا تا ۰/۵ است و معمولاً مقادیر بالاتر پیشرفت بیش تری ایجاد نمی‌کند. این مواد به صورت پودر، سوسپانسیون، محلول و یا به صورت مستربچ ترکیب می‌شوند. صرف نظر از روش مورد استفاده پراکنش مناسب عامل هسته زا برای ایجاد یک اثر مطلوب لازم است.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

روان کننده‌ها Lubricants

روان کننده‌ها معمولاً با تغییر ویسکوزیته مذاب توسط ورود انرژی‌های مختلف سطح در فصل مشترک عمل می‌کنند. اما چسبندگی ساده بین مذاب و ماشین آلات فرآیند (ماریپچ، سیلندر و دای) نیز می‌تواند ترمز قابل توجهی برای توان عملیاتی باشد (نیاز به ذکر نیست که برای تمیزکاری نیاز به توقف‌های مکرر است)

اغلب اوقات می‌توان از همین ماده برای روانکاری داخلی (با افزودن کم) و آزاد ساز قالب (در مقدار بالاتر) استفاده کرد. با این حال اضافه کردن سیستم‌های چند منظوره که با استفاده از روان سازی با قیمت بالا انجام می‌شود، بیشتر از هزینه منجر به تغییرات خواص ذیل می‌شود:

  • مقاومت ضربه
  • کارایی در دمای پایین
  • بهبود توزیع سایر افزودنی‌ها
  • خواص مربوط به رطوبت و سدگری

مقدار استفاده از آن معمولاً وابسته به دستورالعمل‌ها و فرآیند‌های مختلف در حدود ۰/۵ تا ۳ درصد است، اما یک افزودنی با کارایی بالا می‌تواند در حداقل دوز ۰/۱ درصد نیز مؤثر باشد.

استفاده از روان ساز کم می‌تواند باعث تخریب و ویسکوزیته بالاتر شود؛ اما استفاده بیش از حد می‌تواند باعث لغزش بیش از حد و کاهش تولید شود. عدم تعادل روان کننده و پایدار کننده می‌تواند باعث ورقه شدن یا مهاجرت پبگمنت (رنگ دانه) از مذاب شود. بنابراین داشتن دانش عمیق در مورد روان کننده‌ها قبل از شروع فرمولاسیون مهم است.

خواص مورد نظر روان کننده‌ها:

خواص فیزیکی و شیمیایی روان کننده‌ها بسیار متنوع است. استفاده از مواد آرایشی و شیمیایی به کنترل دقیق خواص نیاز دارند. کاربردهای فلزکاری و مایع حفاری نیاز کمتری به خلوص کلی و خصوصیات شیمیایی دارند.

رنگ:

رنگ نشان دهنده خلوص روان کننده‌ها ( به ویژه مواد مصنوعی) است. فراتر از رنگ APHA، وجود ناخالصی‌های نامطلوب در روان کننده‌ها بالاتر است. منسوجات به رنگ‌های روان کننده بسیار حساس هستند؛ چرا که ممکن است بر روی سفیدی اثر بگذارند. روان‌کننده‌ها ممکن است برای مدت طولانی پس از تولید با این سطح تماس داشته باشند و تحت تاثیر شرایط شرایط ذخیره سازی و حمل و نقل قرار گیرند. فلزات تمایل به استفاده از روان کننده‌ها به صورت گذرا را دارند، روان کننده ممکن است فقط برای مدت کوتاهی وجود داشته باشد. بنابراین، وجود و خواص روان کننده ممکن است برای کیفیت مهم باشد یا نباشد. از منابع رنگی کیفیت APHA در بررسی کیفیت بصری استفاده می‌شود. رنگ بررسی خوبی در کیفیت روان کننده است.

Untitled

نمودار زیر یک مقایسه کلی رنگ در مقابل عمل کرد و نیازهای کیفی را نشان می‌دهد، جایی که رنگ یک شاخص جزئی از ناخالصی‌ها است.

Untitled

ویسکوزیته:

ویسکوزیته برای بررسی خواص اصطکاک بسیار حیاتی است. با این حال طبیعت سطح روغن کاری شده ممکن است به خوبی ویسکوزیته مورد نیاز را دیکته کند. سطوح پلیمری نرم ممکن است بیشتر به روان کننده‌های با ویسکوزیته کم متکی باشد در حالی که فلزات به راحتی می‌توانند از روان کننده‌های با ویسکوزیته بسیار بالا استفاده کنند. بنابراین انتخاب ویسکوزیته به یکی از متعدد متغیرهایی تبدیل می‌شود که می‌بایست توسط محقق بررسی شود.

پایداری حرارتی:

پایداری حرارتی تابع مهم وزن مولکولی است. هرچه وزن مولکولی بیشتر باشد، به طور معمول پایداری گرمایی روان کننده بیشتر است. پایداری حرارتی را می‌توان از طریق شاخه‌ای شدن ساختار شیمیایی به دست آورد. همانطور که قبلاً اشاره شد وزن مولکولی و شاخه‌ها (انشعابات) مستقیما با اثرات ویسکوزیته در ارتباط است. می‌توان با دستکاری در ساختار شیمیایی یعنی انشعابات جهت ثبات حرارتی در راستای افزایش وزن مولکولی و متعادل سازی اثرات ویسکوزیته دست یافت. برخی از خانواده‌های روان کننده مانند پلی اترها ذاتا در جرم مولکولی بالا از نظر حرارتی ناپایدارتر هستند.

خواص شیمیایی:

عدد اسید شاخص اصلی اسید آزاد باقی مانده است. اسید‌های باقی مانده ممکن است با ماده‌ای که روغن کاری می‌شود تداخل داشته باشد. اثر اسیدی بر روی مواد روان کاری باید قبل از انتخاب روان کننده و مقدار اسید مربوط آن بررسی شود.

نمودار زیر یک مثال ساده از رابطه خواص مختلف روان کننده با استفاده در صنعت مربوطه است. برای هرکدام مقدار اهمیت تقریبی به پنج عامل اولیه در انتخاب روان کننده در هر صنعت اختصاص داده شده است.

Untitled

صنایع آرایشی، دارویی و هوافضا به خلوص بسیار بالایی نیاز دارند. شفافیت (بدون مه، رسوب و…) و فراریت اسیدی کم از معیارهای شروع برای انتخاب است. هزینه ملاکی با اهمیت کمتر است.

مایعات حفاری و کاربردهای روغن گرمایشی به کیفیت بسیار کمتری در اطراف رنگ نیاز دارند، اگرچه به هزینه‌ها بسیار حساس هستند.

منسوجات و خودرو به طور گسترده‌ای متغیر هستند زیرا بسیاری از فرایندها، نیازها و استفاده نهایی قابل اجرا هستند و انتخاب، بسیار وابسته به ارزیابی مورد به مورد است.

تئوری روان کاری

هیدرودینامیک (Full Film Lubrication)

منطقه اصطکاک با سرعت بالا که در حرکت دو جسم در کنار یکدیگر با یک فیلم کامل از مایع جدا می‌شود.

روغن کاری مرزی

رژیم کم سرعت و با فشار بالا که حرکت توسط روان کننده‌ها از نظر شیمیایی یا فیزیکی کنترل می‌شود و به سطوح جسم متصل می‌شود.

Untitled

 

بسته به میزان بار و سرعت به چه نوع روانکاری نیاز دارید؟

Untitled

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

کمک‌فرآیندها Processing Aids

در زمینه پلاستیک‌های گرمانرم، روان‌کننده‌ها در نقش کمک فرآیند عمل می‌کنند. رزین‌های گرما نرم در دماهای بالا فرآیند می‌شوند. با این حال ویسکوزیته مذاب اغلب به اندازه‌ای نیست که اجازه فرآیند کردن آسان را بدهد بنابراین کمک فرآیند (روان‌کننده‌ها) افزوده می‌شوند.

روان‌کننده‌ها می‌توانند فعال باشند. آن‌ها همچنین می‌توانند ویسکوزیته مذاب پلیمری را کاهش داده یا کاهش اصطکاک ناهمگن پلیمر با سطح ثابت یا در حالت حرکت تجهیزات فرآیندی را باعث شود.

یک روان‌کننده سطح رزین نهایی تولید شده را نرم می‌کند بنابراین توانایی فرآیندپذیری آن بهتر خواهد شد. هر دو روان‌کننده داخلی و خارجی می‌توانند استفاده شوند .

روان‌کننده داخلی در داخل پلیمر اقامت دارد تا ویسکوزیته رزین را کاهش دهد. بدین وسیله خاصیت جریان‌پذیری آن بهبود می‌یابد.

روان‌کننده خارجی فشار اکستروژن که بین سطح مذاب پلیمری و سطح فلزی تجهیزات اکسترودر است را کاهش می‌دهد.

پروفایل جریان پلیمر بدون روان‌کننده و همراه با روان‌کننده در شکل زیر نشان داده شده است.

Untitled

اثر روان کننده بر پروفایل سرعت مذاب

شکل سمت چپ مربوط به مذاب پلیمر بدون روان‌کننده، شکل وسط مربوط به مذاب پلیمر همراه با روان‌کننده داخلی و مربوط به مذاب پلیمر همراه با روان‌کننده خارجی است.

روانکننده

از دیدگاه شیمی روان‌کننده‌ها اصولاً واکس‌ها یا چربی‌ها فرض می‌شوند. این مفهوم را می‌رساند که زنجیره اصلی کربن در محدوده ۱۰ تا ۷۰ اتم کربن متداول است. انواع روان‌کننده‌ها در زیر خلاصه شده است :

-الکل‌ها

-صابون فلزات

-آمیدها

-استرها

-واکس پارافین

-واکس پلی‌اتیلن

عمل‌کرد روان‌کننده‌های افزوده شده به پلیمرها متفاوت بوده و باعث می‌شود تا آن‌ها را به سه تنوع اصلی تقسیم‌بندی کنند:

  • موادی که باعث کاهش اصطکاک مواد قالب‌گیری با دیگر محصولات تمام شده می‌شوند. نمونه این مواد عبارتند از گرافیت و سولفید روی مولیبدن که به میزان ۱% تا ۲%، در نایلون‌ها و دیگر ترموپلاستیک‌های دارای کاربرد چرخ‌دنده و یاتاقان، اضافه می‌شوند.
  • روان‌کننده‌های بیرونی: این مواد حین فرآیند از آمیزه پلیمری خارج شده و در سطح مشترک پلیمر مذاب و سطوح فلزی دستگاه‌های فرآیندی که با آن‌ها در تماس هستند، قرار گرفته فیلمی نازک ایجاد می‌کنند که مانع از چسبندگی آمیزه پلاستیکی با دستگاه‌ و در پلیمر متفاوت باشد. این مواد، عمدتاً قطبی بوده و با توجه به نوع پلیمر مورد استفاده و دمای فرآیند انتخاب می‌شوند. برخی روان‌کننده های بیرونی در مورد pvc عبارتند از: اسید استئاریک و نمک‌های استئارات (کلسیم، سرب، کادمیم و باریم)، پارافین، واکس، پلی‌اتیلن سبک و برخی استرها نظیر اتیل پالمیتات.
  • روان‌کننده‌های درونی: این روان‌کننده‌ها، موادی سبک هستند که جریان پلیمر در حالت مذاب را افزایش داده و بر خلاف نرم‌سازها، تأثیری ناچیز بر خواص حالت جامد پلیمر دارند. مثلاً در مورد PVC می‌توان با واکس‌های آمینی، مشتقات استری واکس مونتان، گلیسیریل استرها و استرهای زنجیر بلند اشاره کرد. این مواد عموماً از پارامتر انحلال‌پذیری مشابه با پلیمر پایه برخوردارند اما در دمای فرآیند، ویسکوزیته‌ای به مرتب کم‌تر دارند.

مهم‌ترین تأمین‌کنندگان این مواد در جدول زیر معرفی شده‌اند.

Untitled

بهبود دهنده‌های سطح

این دسته از آمیزه‌ها جزء کمک فرآیندهای پلیمری محسوب می‌شوند. همانند روان‌کننده‌ها، عامل لغزش و… در تولید پلیمرهای اکسترودر شده نقص‌های سطحی همواره وجود دارد از قبیل پوست پرتقالی شدن و شکست مذاب که همه این موارد به طور خاص به رئولوژی مذاب پلیمری برمی‌گردد.

شکست مذاب یک پدیده جریانی است که برای جریان مذاب پلیمری در سراسر دای رخ می‌دهد. این پدیده از دهانه دای شروع می شود به صورت بی‌نظمی‌های زمخت روی شکل سطح دیده می‌شود.

Untitled

پدیده شکست مذاب در فرایند اکستروژن

نرخ تنش برشی روی سطح مذاب پلیمری بسیار بالاست که باعث شکستن سطح مذاب پلیمری می‌شود. همچنین باعث لغزش سطح مذاب نسبت به توده مذاب پلیمری می‌شود.

به طور کلی سطح مذاب نمی‌تواند به اندازه کافی سریع جریان‌‌ بیابد چرا که با تنش زیادی مواجه است. این امر باعث گرادیان سرعت نسبت به توده مذاب می‌شود و نهایتاً شکست مذاب رخ خواهد داد.

این بی‌نظمی‌ها روی شکل سطح ناخواسته و نامطلوب است. برای مثال در فرآیند تولید فیلم دمشی شاهد الگوی غیر جذابی از بی‌نظمی‌ها و زخمتی روی سطح هستیم.

با توجه با پدیده‌هایی که در بالا بررسی شد کمک فرآیندها به پلیمر اضافه می‌شوند و به سطح مذاب مهاجرت می‌کند. باعث روان‌کنندگی، افزایش خروجی اکسترودر و کاهش شکست مذاب می‌شود.

کمک فرآیند اصطلاحی است که به برخی موارد اشاره می‌شود که به منظور بهبود فرآیندپذیری و مدیریت وزن مولکولی بالا به کار می‌روند. مزایای آن عمدتاً در مرحله ذوب شدن پلیمر است. دو گروه اصلی کمک فرآیندها روان کننده‌ها و فلوروپلیمرها هستند. هرکدام تأثیر مشخصی بر روی مذاب پلیمری دارند. روان‌کننده‌ها در فرآیند پلیمرها برای کاهش ویسکوزیته مذاب یا جلوگیری از چسبندگی پلیمر به سطوح فلزی استفاده می‌شوند. روان‌کننده‌های داخلی بین مولکولی عمل می‌کنند و لغزش زنجیرهای پلیمری را آسان‌تر می‌کنند. کاهش ویسکوزیته سبب بهبود جریان پلیمر می‌شود. روان‌کننده‌های مورد استفاده شامل صابون‌های فلزی، واکس‌های هیدروکربنی، پلی‌اتیلن، واکس پلی‌آمید، اسیدهای چرب، الکل‌ها و استرها هستند. کمک فرآیندهای مبتنی بر فلوروپلیمر بیش‌تر کوپلیمرهای وینیلیدین فلوراید و هگزا فلوروپروپیلن هستند. این مواد تحت عنوان فلورو الاستومر شناخته می‌شوند حتی اگر کراسلینک نشده باشند. بنابراین خواص الاستومری ندارند. بارزترین اثر این کمک فرآیندها حذف شکست مذاب در حین اکستروژن پلیمرها است.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

عوامل لغزش و ضد لغزش Slip Agents/AntiSlip Agents

ترکیبات لغزش مسئول کاهش قابل توجه ضریب اصطکاک سطح یک پلیمر هستند. علاوه بر تأمین روان‌کننده برای سطح فیلم، از آن‌ها برای تقویت پلیمر با خواص ضد استاتیکی، امکان آزاد سازی بهتر قالب، کاهش ویسکوزیته مذاب و خاصیت ضد چسبندگی نیز استفاده می شود. برخی از ترکیبات لغزنده‌ای که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، آمیدهای اسید چرب (اروکامید اولیه و اولآمید ( primary erucamideوoleamide ))، استرهای اسید چرب، استئارات‌های فلزی (به عنوان مثال، استئارات روی) و واکس‌ها هستند.

عوامل لغزش در فیلم‌ها و ورق‌های پلاستیکی جهت فراهم کردن روان‌کاری سطحی در حین و بلافاصله پس از فرآیند استفاده می‌شود. این مواد سازگاری محدودی دارند و به سطح مهاجرت می‌کنند. این مواد پوششی را فراهم می‌کنند که باعث کاهش ضریب اصطکاک می‌شود. عوامل لغزش باعث کاهش چسبندگی پلاستیک‌ها به خود شده و فرآیند بسته بندی پر سرعت را تسهیل می‌کند. این مواد همچنین می‌توانند خواص ضد الکتریسته ساکن و انعطاف‌پذیری کم را بهبود ببخشند و به عنوان رهاساز قالب عمل کنند. عوامل لغزش معمولاً استرهای اسید چرب اصلاح شده اند و به میزان ۱ تا ۳ قسمت به ازای ۱۰۰ قسمت پلیمر (Phr) استفاده می‌شود.

اسیدها

A

اسید استئاریک به خصوص در بسیاری از کاربردهای PVC به طور مکرر به عنوان روان‌کننده خارجی استفاده می‌شود.

می‌توان آن را به عنوان یک عامل مشترک مشاهده کرد، که در همکاری با سایر افزودنی‌های ضد لغزش و ضد انسداد، به یک اثر نهایی کمک می کند و غلظت مورد نیاز سایر مواد افزودنی را کاهش می‌دهد.

استرها

b

انواع عمومی

آمیدهای اسید چرب

C

این فرآیند از تابش مایکروویو به عنوان عنصر گرم کننده برای واکنش بین اسیدهای چرب و آمونیاک گازی آزاد شده توسط اوره در حضور یک کاتالیزور لوئیس در فشار جو و دمای بالا استفاده می کند.

واکس طبیعی و جای‌گزین‌هایش

D

نمک‌ها

E

پلیمرها

Untitled

سایر

f

بخش قبلی نشان داد که عمل‌کرد اصلی افزودنی لغزش، کاهش ضریب اصطکاک است.

همچنین، گروه شیمیایی آمیدهای چرب که در بخش قبلی به طور مختصر در مورد آن بحث شد، متشکل از محبوب‌ترین مواد افزودنی لغزش است که توسط صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مکانیسم عمل‌کرد آن‌ها قابل درک است.

شکل‌های زیر مهم‌ترین جنبه‌های این ساز و کار را نشان می دهند.

Untitled

توزیع عامل لغزش

شکل بالا نشان می‌دهد که هنگامی که یک عامل لغزنده با مذاب پلیمر مخلوط می‌شود، به مناطق آمورف پلیمری که در آن قرار دارد جذب می‌شود تا زمانی که مواد پلیمری به شکل مذاب درآید. با خنک شدن ، افزودنی لغزشی به دلیل انرژی متفاوت سطح، ناسازگار می‌شود و مهاجرت خود را به سطح مواد آغاز می‌کند. سرعت انتقال به تفاوت بین انرژی سطح پلیمر و مواد افزودنی بستگی دارد (هرچه اختلاف بیش‌تر باشد، سرعت انتقال نیز سریع‌تر است). ابتدا یک لایه در سطح پلیمر تشکیل می شود، به دنبال آن رسوب لایه‌های بعدی با رسیدن مولکول‌های جدید ماده ضد لغزش به سطح، تشکیل می‌شود.

Untitled

شکل بالا نشان می‌دهد که آرایش مولکول‌ها در سطح بی‌نظم نیست اما ساختاری دارد که از تمایل دو سگمنت حاصل می‌شود که عامل لغزش را دربردارد. آمیدهای چرب که توسط این ساز و کار دو جزء ساختاری دارد، تشریح می‌شود. یک گروه آمیدی و یک زنجیر هیدروکربنی. زنجیر هیدروکربن تمایل زیادی به پلی‌اتیلن دارد که خواص خیلی مشابه دارد، و به این دلیل زنجیره‌های هیدروکربن در لایه اول در پلیمر با گروه‌های آمیدی‌شان که رویه مقابل هوا را تشکیل می‌دهند، قرار می‌گیرند.

زمانی که مولکول‌های عامل لغزش به سطح می‌رسند، لایه دوم رو تشکیل می‌دهند. مولکول‌های لایه دوم خودشان را با گروه‌های آمیدی رو به یکدیگر آرایش می‌دهند. این امر کاملاً طبیعی است، با توجه با این که گروه‌های عاملی مشابه تمایل به یک‌دیگر دارند مخصوصاً به این دلیل که آن‌ها  هر دو گروه اکسیژن و هیدروژن را دارند که به راحتی پیوند هیدروژنی ضعیف ایجاد می‌کنند.

نمودار بالا نشان می‌دهد که تا شروع به تشکیل یک لایه دوتایی، ضریب اصطکاک کاهش نمی یابد. فهم این مطلب آسان است، این را در نظر بگیرید که پیوندهای ضعیف به راحتی شکسته می‌شوند (به انرژی قابل توجهی برای شکستن آن‌ها نیاز نیست) و سطح فیلم‌ها لایه‌های روان‌کننده‌ای دارند که به راحتی روی هم سُر می‌خورند و این امر منجر به ارائه خواص لغزشی می‌شود که از این مواد انتظار داریم.

علاقه‌مندی بیش‌تر به ساز و کار به اطلاعات در مورد وضعیت عامل لغزش تراوش شده در حین عملیات تولید و فرآورش دارد که در آن فیلم‌ها با یاتاقان‌های راهنما و غلتک‌های فلزی بسیار تماس دارند که می‌توانند بر روی توزیع عامل لغزش روی سطح تأثیر بگذارند.

Untitled

سازوکار بازپرسازی پوشش در حین تماس سطح فیلم پلیمری با اجزای مکانیکی خط تولید

 

این سازوکار پیشنهادی در شکل بالا نشان داده شده است. تماس فیلم با دستگاه قسمتی از عامل لغزش را از سطح فیلم حذف می­ کند اما تجمع عامل لغزش بر روی سطح قطعات فلزی در نهایت منجر به انتقال عامل لغزش به سطح فیلم می شود و از بین رفتن عامل لغزش به تدریج کاهش می­ یابد. فیلم­ ها در حین تولید و انبارداری تحت فشارهای پیچ در پیچ قرار می ­گیرند. تأثیر فشار بر مهاجرت عامل لغزش یکی از عناصر اصلی سازوکار عمل‌کرد آن است. نتایج مطالعات در این زمینه هنوز قطعی نیست. مشاهده شده است که زمانی که فشارهای زیادی بر روی یک فیلم اعمال شود، مقدار عامل لغزنده موجود در سطح کاهش می یابد. اگر فیلم­ ها روی هم انباشته می ­شدند و به فیلم­ ها فشار وارد می­ شد، مقدار عامل لغزش روی سطح فیلم­ها در مقایسه با سطح فیلم­ های جدا از هم افزایش می­ یافت. هم­چنین مشخص شده است که در مقایسه با سطوح مشترک فیلم/هوا و فیلم/تفلون، ترجیحاً به سطح مشترک فیلم/ فیلم مهاجرت می ­کند. این مطابق با مشاهدات صورت گرفته روی فیلم­های انباشته بر روی هم و تکی است اما هنوز هم توضیح اینکه چرا با افزایش فشار عامل لغزش کم‌تری به سطح مهاجرت می­کند دشوار است. به نظر می رسد یک فشار بحرانی وجود دارد که در فشارهای بیشتر از آن نفوذ عامل لغزش کاهش می­ یابد. در زیر این فشار بحرانی، فشار هیچ تأثیری بر فرآیند نفوذ را نشان نداده است. اختلاط مواد افزودنی منجر به توزیع یکنواخت آن در بالک ماده می­ شود اما ممکن است ماده افزودنی به طور مؤثری به سطح مهاجرت کند و در نتیجه توزیع یکنواختی در سطح فیلم ایجاد شود.

نرخ مهاجرت یک عامل اساسی است و به موارد متعددی از جمله ساختار شیمیایی ربط دارد. با طیف سنجی XPS مشخص شد که غلظت سطحی اولئامید به مدت ۳۰ روز افزایش یافت تا ثابت شد. در همین بازه­ زمانی، غلظت استئارامید در سطح ۳ برابر کم‌تر از اولئامید بود. اولئامید به دلیل وجود پیوندهای دوگانه در ساختار خود، تحت اکسیداسیون سطح قرار می ­گیرد. لازم به ذکر است که سازوکار فوق مبتنی بر مطالعات آمیدهای اسید چرب است در حالی که از سایر عوامل لغزش نیز برای اهداف مختلفی در ارتباط با کاهش ضریب اصطکاک استفاده می‌شود. به عنوان مثال، از افزودنی ­های فلوئورپلیمر برای بهبود اکستروژن فیلم استفاده می ­شود و در حین فرآیند به همان روشی عمل می ­کنند که آمیدها در فیلم نهایی عمل می­ کنند. افزودنی فلوروپلیمر با ماتریس پلیمر نیز سازگار نیست. در هنگام اکستروژن، به سطح فلز مهاجرت کرده و یک فیلم تشکیل می­ دهد که تأثیر قابل توجهی بر پارامترهای تولید دارد. کسر مذاب، گران‌روی، سرعت برش و فشار گلویی (gate) را کاهش می ­دهد. این امر باعث تولید سریع‌تر و مصرف انرژی کم‌تر می­ شود. برخی از این افزودنی ­ها به گونه ­ای تولید می­ شوند که فقط در حالت مذاب مهاجرت می ­کنند اما پس از جامد شدن در داخل مواد بی­ حرکت می ­شوند. این موضوع باعث می­ شود این مواد به طور کلی از سطح فیلم پاک شوند که این عدم حضورشان در سطح در برخی از عملیات­ های پساتولید یکی از نیازمندی­ های مهم به شمار می­ رود.

با توجه به توضیحات فوق، بدیهی است که عمل‌کرد افزودنی ­های لغزش به سازگاری آن‌ها با ماتریس و پدیده­ نفوذ بستگی دارد. هر دو مورد از نظر تئوری کاملاً خوب درک شده­ اند اما از لحاظ کاربرد این تئوری­ ها در سیستم ­های پیچیده که در آن­ ها از افزودنی­ ها استفاده شده باشد درک عملی بسیار کم‌تری وجود دارد. چنین سیستم­ هایی حاوی مواد افزودنی مختلفی هستند که با یکدیگر رقابت می­ کنند و عمل‌کرد یک‌دیگر را تحت تأثیر قرار می ­دهند (از جمله سازگاری و نفوذ که در عمل‌کرد عوامل لغزش بسیار مهم هستند).

عوامل ضد لغزشUntitled

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

مواد محافظت‌کننده در برابر باکتری‌ها و قارچ‌ها در پلاستیک ها

موادی که جهت جلوگیری از رشد قارچ، کپک و باکتری به مواد پلاستیکی افزوده می‌شوند، مواد محافظت‌کننده (Biocides) نامیده می‌شوند. بدوم افزودن این مواد در اثر شرایط محیطی و حضور مواد آلی و رشد باکتری‌ها و قارچ‌ها بر روی پلاستیک‌ها، مسائلی مانند ایجاد حساسیت‌های پوستی، بوی نامطلوب، لکه، تردی قطعه و بعضاً عمل‌کرد نامناسب قطعه بروز می‌نماید. این نکته لازم به ذکر است که استفاده از Biocide‌‌ها به دلیل حفاظت از مواد پلیمری می‌باشد نه محافظت از فرد استفاده‌کننده از قطعه نهایی.

به طور کلی قارچ‌ها، کپک‌ها و باکتری‌ها در محیط‌های گرم، مرطوب و همراه مواد غذایی رشد و تکثیر می‌یابند. در محیط‌های کثیف که رشد میکروب‌ها و باکتری‌ها زیاد خواهد بود، محافظت در برابر باکتری‌ها اهمیت می‌یابد. همچنین در محیط‌های مرطوب محافظت در برابر رشد قارچ‌ها اهمیت بیش‌تری دارد. البته برخی Biocide‌‌ها دامنه استفاده گسترده‌تری را در برابر آلودگی‌ها دارند.

مواد Biocide‌‌ غالباً از درجات مختلفی از نظر سمی بودن برای عوامل قارچ، کپک و باکتری برخوردارند. یکی از عمومی‌ترین این مواد، ۱۰-۱۰ اکسی‌بس‌فونکزارسین (OBPA) می‌باشد که کاربرد عمومی در پلاستیک‌ها و حدود ۰/۰۴% در محصول نهایی مصرف می‌گردد. البته مواد دیگری که از قدرت کم‌تری برخوردار می‌باشند را تا ۱% نیز به مواد اولیه اضافه می‌نمایند تا همان میزان محافظت را پاسخ‌گو باشد. تعدادی از مهم‌ترین این مواد به همراه نام عرضه‌نندگان آن‌ها در جدول معرفی شده‌اند.

e

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

 

مواد پرکننده (Fillers)

پرکننده معمولاً به افزودنی‌های جامدی گفته می‌شود که خواص فیزیکی پلیمر را اصلاح می‌کنند. تعدادی از انواع پرکن‌ها معمولاً در صنعت پلیمر شناخته شده اند.

Untitled

مواد پرکننده ذره‌ای

پرکننده‌های ذره ای به دو نوع پرکن‌های خنثی و پرکن‌های تقویتی تقسیم می‌شوند. پرکننده‌هایی که معمولاً به دلیل کاهش هزینه به آمیزه‌های پلیمری افزوده می‌شود را اصطلاحاً پرکننده خنثی می‌نامند و از میان آن‌ها می‌توان به کربنات کلسیم، خاک چینی، تالک و سولفات باریم اشاره کرد.

در کاربردهای عادی، مواد پرکننده باید در مایعی که پلیمر با آن تماس دراد، نامحلول باشند. خواص و شرایط ماده پرکننده می‌توانند خواص مختلفی را در آمیزه پلیمری حاصل ایجاد کند. تفاوت‌های زیر در این خصوص قابل ملاحظه اند:

  • متوسط اندازه و منحنی توزیع اندازه ذرات ماده پرکننده
  • شکل و تخلخل ذرات
  • طبیعت شیمیایی سطح ذره
  • ناخالصی‌ها و یون‌های فلزی همراه با ماده پرکننده

در استفاده از مواد پرکننده، معمولاً مشاهده می‌شود که هر چه اندازه ذرات ریزتر باشد، خواصی نظیر استحکام کششی، مدول و سختی، بالاتر خواهند بود. این پدیده به عنوان عامل تقویت شناخته می‌شود.

شکل ذره نیز مؤثر است. مثلاً ذرات صفحه‌ای نظیر خاک چینی، در طول فرآیند جهت‌گیری می‌کنند. در مقابل، ذرات دیگر سطحی ناهموار را فراهم می‌سازند و به سختی با پلیمر اصلی ممزوج می‌شوند. برخی از دیگر ذرات، متخلخل بوده و با جذب افزودنی های دیگر، آن‌ها را بی‌تأثیر می‌سازند.

طبیعت شیمیایی سطح نیز می‌تواند مؤثر باشد. به همین منظور برای اصلاح خاصیت خیس‌کنندگی و امتزاج‌پذیری با پلیمرها، معمولاً مواد پرکننده معدنی را آماده‌سازی می‌کنند. مثلاً کربنات کلسیم با اسید استئاریک آماده‌سازی می‌شود.

ناخالصی‌های پرکننده معدنی معمولاً اثراتی جدی و منفی بر پلیمر دارند. ذرات درشت ناخالصی، منجر به ایجاد نقاط ضعیف در پلیمرهای تهیه شده می‌شوند. مقادیر ناچیز مس، منگنز و آهن، بر پایداری اکسایشی پلیمر اثر منفی دارند.

پرکننده‌های ذره‌ای تقویتی، بسته به نوع و مقدار خود باعث افزایش استحکام و مقاومت پلیمر می‌شوند. ساز و کار تقویت به این صورت است که دانه های پرکن، زنجیره‌های پلیمر را بر روی خود نگه می‌دارد و اگر نیرویی به ماده پلیمری اعمال شود، مقداری از تنش بر روی ماده تقویت‌کننده و مقداری تیز روی ماده پلیمری توزیع می‌شود. مثلاً دوده باعث افزایش استحکام کششی PVC و افزایش در مدول، مقاوت پارگی و مقاومت سایشی لاستیکی نظیر SBR می‌شود.

در این آمیزه‌ها، اندازه‌ و ذرات و میزان افزایش تقویت‌کننده، عواملی مؤثر بوده و بعضاً ممکن است به جای تقویت خواص استحکامی، موجب ضعف این خواص نیز شوند. از پرکننده‌های ذره‌ای تقویتی می‌توان به دوده، سیلیس، هیدروکسید آلومینیوم، اکسید روی و سیلیکات کلسیم اشاره کرد.

پرکننده‌های لاستیکی

از پرکننده‌های لاستیکی، اغلب به منظور چقرمگی در ترموپلاستیک‌های بی‌شکل استفاده می‌شود. این مواد، به دو نوع واکنش‌پذیر و واکنش‌ناپذیر تقسیم شده‌اند. از نمونه‌های شناخته شده می‌توان به استفاده از SBR و پلی‌بوتادی‌ان در پلی‌استایرن، لاستیک‌های بوتادی‌ان‌آکریلونیتریل در PVC و لاستیک‌های اتیلن‌پروپیلن اشاره کرد.

رزین‌ها (پرکننده‌های پلاستیکی)

در صنعت لاستیک، اغلب از رزین های مصنوعی (پلاستیک‌‌ها) به عنوان پرکنندخ استفاده می‌شود. به طور نمونه، رزین‌های بوتادی‌ان-استایرن حاوی دست کم ۵۰% استایرن است که به منظور تولید آمیزه‌هایی برای تولید کفی کفش، با لاستیک آلیاژ می‌شوند. رزین‌های فنلی که در دمای فرآیند از ویسکوزیته کمی برخوردارند، باعث افزایش جریان و فرآیندپذیری آمیزه‌های لاستیکی می‌شوند و هم‌زمان در حین واکنش ولکانیزاسیون لاستیک شبکه‌ای‌شده، محصولی نسبتاً سخت را به دست می‌دهند.

پرکننده‌های لیفی

استفاده از پرکننده‌های لیفی نظیر خاک اره، خرده پنبه، الیاف کوتاه آلی مصنوعی نظیر الیاف نایلون می‌توانند استحکام ضربه‌ای و نیز سختی و چقرمگی آمیزه‌های قالب‌گیری شده را بهبود بخشند.

الیاف معدنی نظیر پنبه نسوز و الیاف شیشه نیز در ترمپلاستیک‌ها و ترموست‌ها در جایی که به ترتیب مقاومت گرمایی و استحکام مد نظر باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. پرکننده‌های لیفی، اغلب به شکل لایه‌ای قرار داده می‌شوند. الیاف مصرفی در مقایسه با پلاستیک‌هایی که در ان قرار می‌گیرند، از مدول بالاتری برخوردارند، به طوری که وقتی سازه‌ تولید شده با الیاف کشیده می‌شود، قسمت اعظم تنش وارده توسط لیف گرفته می‌شود. این امر منجر به افزایش استحکام و مدول در مقایسه با پلاستیک اصلاح نشده می‌شود.

از جمله معایب استفاده از پرکننده‌های لیفی این است که به شفافیت پلیمر لطمه زده و ممکن است ویسکوزیته پلیمر را در فرآیند افزایش دهند. هر چه الیاف طویل‌تر باشند، ویسکوزیته بیش‌تر شده، اما توانمندی کامپوزیت نیز تقویت می‌شود.

استحکام ایجاد شده در کامپوزیت‌های پلیمری الیاف‌دار به عوامل زیر بستگی دارد:

  • غلظت الیاف در شبکه پلیمر
  • جهت آرایش الیاف
  • نسبت طول به قطر الیاف مورد استفاده
  • سازگاری الیاف با پلیمر
  • میزان استحکام و مدول الیاف نسبت به پلیمر اصلی
  • استحکام پلیمر پایه

از جمله مهم‌ترین الیاف پرکننده در پلاستیک‌ها، می‌توان به انواع الیاف شیشه، الیاف پنبه، الیاف پلی‌استر، الیاف پلی‌وینیل‌الکل، الیاف پلی‌اکریلونیتریل و الیاف چتایی اشاره کرد. از دیگر پرکننده‌های لیفی، می‌توان به پرکننده‌های الیاف کربن/گرانیت اشاره کرد که کاربرد آن برای ساخت کامپوزیت‌هایی با استحکام بالا و وزن کم در صنایع است.

پرکننده‌ها و تقویت‌کننده‌ها

پرکننده‌ها مواد جامد نسبتاً ارزان هستند که در مقادیر نسبتاً زیاد به پلیمر جهت تنظیم حجم، وزن، هزینه، سطح، رنگ رفتار فرآورش (رئولوژی)، جمع‌شدگی، ضریب انبساط، رسانایی، نفوذپذیری و خواص مکانیکی افزوده می‌شوند.

آن‌ها می‌توانند به طور کلی به پرکننده‌های غیر فعال یا بسط‌دهنده ‌‌و پرکننده‌های فعال یا عاملی یا تقویت‌کننده تقسیم‌بندی شوند.

پرکننده‌های غیر فعال به طور همده برای کاهش هزینه به کار می‌روند، در حالی که پرکننده‌های فعال تغییرات ویژه در خواص ایجاد می‌کنند به طوری که ترکیب نیازهای مور تقاضای خود را برآورده می‌کند؛ اما درواقعیت، پرکننده‌ای وجود ندارد که کاملاً غیر فعال باشد و فقط هزینه‌ها را کاهش دهد.

تعدادی از پرکننده‌های تقویت‌کننده از طریق تشکیل پیوندهای شیمیایی با پلیمر عمل می‌کند. دیگر محصولات خواص مکانیکی را با افزایش حجم افزایش می‌دهند. آن‌ها به زنجیرهای پلیمرهای اطراف متصل می‌شوند، در حالی که تحرک زنجیره‌های پلیمر را کاهش و آرایش‌یافتگی پلیمر در سطح پرکننده افزایش می‌دهد.

تحرک کاهش یافته منجر به دمای انتقال شیشه‌ای بالاتر می‌شود. اثر دیگری که برخی پرکننده‌ها دارند بر روی تبلور با تقویت هسته‌گذاری است.

شکل و اندازه ذارت و نیز خصوصیات مشتق شده مانند سطح ویژه و فشردگی ذرات عمده‌ترین عوامل تأثیرگذار بر روی ویژگی‌های مکانیکی ترکیب است. علاوه بر این تخلخل و تمایل به کلوخه شدن (پیوند ضعیف) و/یا تجمع می‌تواند اثرات مهمی روی هر دو رفتار فرآورش و خواص مکانیکی داشته باشد. چگالی واقعی پرکننده به موفولوژی ترکیب‌‌بندی شیمیایی بستگی دارد.

پرکننده‌های سبک، نظیر کره‌های شیشه‌ای توخالی، چگالی ترکیب را کاهش می‌دهند، در حالی که پرکننده‌های سنگین آن را افزایش می‌دهند و می‌توانند برای مثال برای کاربردهای عایق‌سازی صدا به کار روند. اکثر پرکننده‌های تجاری چگالی بین ۵/۴-۵/۱ دارند. چون اکثر پرکننده‌ها به شکل پودر استفاده می‌شوند، چگالی توده یا چگالی شُل (loose density) به طور قابل توجه‌ای بر نحوه کار و خوراک‌دهی در حین فرآورش مؤثر است.

پرکننده‌های ریز می‌‌توانند چگالی بالک زیر (gr/cm3) 2/0 به دلیل گیرانداختن ها و بارهای الکتریکی ساکن داشته باشند، بنابراین در حالی که استفاده از آن‌ها در تجهیزات فرآورش مرسوم را محدود می‌کند.

این مشکلات را می‌توان به وسیله خوراک‌دهی چند قسمتی، گاز زدایی بهتر، و آماده‌سازی سطحی و/یا متراکم تر کردن پرکننده‌ها تا حدودی حل کرد.

مساحت سطح ویژه به این صورت تعریف می‌شود مجموع مساحت سطح به واحد وزن پرکننده. پرکاربردترین روش استفاده شده تعینن سطح ویژه استفاده از روش جذب نیتروژن BET است. روش ساده برای حصول ارقام مربوط به مساحت سطح ویژه تعیین جذب روغن است.

نتیجه به صورت مقدار سیال به میلی‌لیتر به ازای گرم فیلر داده می‌شود و تخمینی تقریبی از مقدار حداقل پلیمر مورد نیاز برای پراکنش فیلر ارائه می‌دهد.

خواص دیگر پرکننده‌ها و تقویت‌کننده ها که موثر است بر روی خواص ویژه ترکیبات هستند:

خواص نوری

سختی و سایندگی

خواص مغناطیسی و الکتریکی

حلالیت اسید

افت حرارتی loss on ignition

pH

میزان رطوبت

خصوصیات تقویت‌کنندگی پرکننده را می‌توان از طریق عوامل اتصال‌دهند افزایش داد.

عوامل اتصال‌دهنده، معمولاً سیلان‌ها و تیتانات‌ها پیوند بین سطحی میان پرکننده و رزین را بهبود می‌دهند.

آن‌ها مولکول‌ه‌ای دو عمل‌کردی هستند، که در آن یک انتهای آن با مواد قطبی واکنش می‌دهد، مواد غیر آلی، در حالی که دیگری با مواد آلی، مواد غیر قطبی، واکنش می‌دهد. آن‌ها به عنوان پل‌هایی میان پرکننده و رزین عمل می‌کنند. عوامل اتصال‌دهنده موجود در بازار دارای گروه‌های مختلف عمل‌کردی متناسب برای رزین خاص هستند. اثر نهایی، چسبندگی بهبودیافته میان پرکننده و پلیمر است که منتج به افزایش خواص مکانیکی، نظیر استحکام کششی، مدول خمشی، استجکام ضربه و دمای انحراف گرمایی می‌شود.

الیاف شیشه (رشته خرد شده) تقویت کننده‌ای است که اغلب در ترموپلاستیک استفاده می‌شود. آن‌ها مقرون به صرفه هستند و می‌توان طیف وسیعی از خصوصیات فیزیکی را برای تعداد زیادی از کاربردها به دست آورد. تقویت کننده‌های الیاف شیشه رشته‌هایی از تارها هستند که به قطرهای مختلف بین ۳٫۸ تا ۱۸ میلی‌متر کشیده می‌شوند. تعداد تارها در هر رشته، آرایش رشته و نسبت طول به وزن الیاف می‌تواند بسته به خصوصیات مورد نظر متنوع باشد. رشته های خرد شده و ممتد در قالب‌گیری تزریقی در بارگذاری‌های ۳۰%-۵% استفاده می‌شوند. نمد می‌تواند از رشته‌های ممتد و خردشده ساخته می‌شود. رزین‌های تقویت شده با الیاف شیشه استحکام کششی، سفتی بالا و مدول خمشی، مقاومت خزشی بالا، مقاومت ضربه و HDT بالا دارند. علاوه بر این ، آنها از ثبات ابعادی عالی و CLTE پایین برخوردار هستند. بازده تقویت الیاف شیشه با استفاده از عوامل اتصال‌دهنده (به عنوان مثال، سیلان‌ها) می‌تواند ارتقای بیش‌تری پیدا کند.

به دلیل این که الیاف شیشه در جهت جریان در حین قالب‌گیری تزریقی آرایش می‌یابند، جمع شدگی تا حد زیادی در جریان کاهش می‌یابد. در جهت عرضی، کاهش جمع‌شدگی خیلی زیاد نیست. معایب الیاف شیشه تاب‌ برداشتن، مقاومت کم در خط جوش و کیفیت پایین سطح هستند.

به دلیل ساینده بودن آن‌ها، آن‌ها می‌توانند به ماشین‌الات و ابزار آسیب برسانند. پوشش‌های سخت شده بر روی محفظه‌ها (barrels)، پیج‌ها (screws) و ابزار می‌توان ساییدگی را به حداقل رساند.

الیاف کربن و الیاف آرامید از ویژگی‌های تقویت‌کننده استثنایی برخوردار هستند، اما به دلیل هزینه بالای آن‌ها فقط در کاربردهای تخصصی مانند هوافضا، دریایی، نظامی و پزشکی کاربرد دارند.

پرکننده‌های نانو به عنوان پرکننده‌هایی با اندازه ذرات در محدوده ۱۰۰-۱ نانومتر تعریف می‌شوند.

چنین پرکننده‌هایی، برای مثال، دوده، سیلیکا سنتزی، کربنات کلسیم رسوبی، برای مدت‌های طولانی پیرامون ما وجود داشته است. اما ذرات اولیه آن‌ها، ذرات ثانویه بزرگ‌تر و پایدارتر به واسطه انباشتگی تشکیل می‌دهند، بنابراین در نهایت آن‌ها نمی‌توانند به عنوان نلنوپرکننده طبقه‌بندی شوند.

اخیراً نانوپرکننده‌های مختلف، نظیر نانوکلی‌ها (montmorrilonite, smectite) و نانوویسکرهای سوزنی‌شکل به صورت تجاری در دسترس قرار گرفته اند.

نانورس‌ها ورقه‌ای ‌(Exfoliation) می‌شوند (به لایه‌های مجزا جدا می‌شوند) و ذرات اولیه تقویت کننده با نسبت‌های بسیار بالا (بیش‌تر از ۲۰۰) تشکیل می‌شوند.

لایه‌ها توسط آماده‌سازی سطح که بین لایه‌ای (intercalation) نامیده می‌شود، از طریق ترکیبات از جمله گروه‌های عاملی فسفونیوم یا آمونیوم افزایش می‌یابند.

این سطح را از آب‌دوستی به آلی‌دوستی تبدیل می‌کند.

مزایای این قبیل پرکننده‌ها این است که آن‌ها خواص مکانیکی خیبی خوب در بارگذاری‌های کم، مقاومت در برابر خراش، خواص ممانعتی بالاتر، خواص مقاومت در برابر آتش افزایش یافته، و عملکرد اعوجاج گرمایی بهبودیافته هنگام مقایسه با پلیمر خالص ایجاد می‌کند.

عمده‌تربن کاربرد فعلی فیلم‌های بسته‌بدی و ظروف سخت، قطعات صنعتی و خودرویی هستند.

پرکننده‌ها مواد جامد نسبتاً ارزان هستند که در مقادیر نسبتاً زیاد به پلیمر جهت تنظیم حجم، وزن، هزینه، سطح، رنگ رفتار فرآورش (رئولوژی)، جمع‌شدگی، ضریب انبساط، رسانایی، نفوذپذیری و خواص مکانیکی افزوده می‌شوند.

آن‌ها می‌توانند به طور کلی به پرکننده‌های غیر فعال یا بسط‌دهنده ‌‌و پرکننده‌های فعال یا عاملی یا تقویت‌کننده تقسیم‌بندی شوند.

پرکننده‌های غیر فعال به طور همده برای کاهش هزینه به کار می‌روند، در حالی که پرکننده‌های فعال تغییرات ویژه در خواص ایجاد می‌کنند به طوری که ترکیب نیازهای مور تقاضای خود را برآورده می‌کند؛ اما درواقعیت، پرکننده‌ای وجود ندارد که کاملاً غیر فعال باشد و فقط هزینه‌ها را کاهش دهد.

تعدادی از پرکننده‌های تقویت کننده از طریق تشکیل پیوندهای شیمیایی با پلیمر عمل می‌کند.

پرکننده‌هایی که معمولاً در پلیمرهای ترموپلاستیک استفاده می‌شوند

پرکننده‌های مکعبی و کره‌ای

کربنات کلسیم طبیعی که بسته به منبع مواد اولیه خام به صورت گچ، سنگ آهک یا سنگ مرمر موجود است.

کربنات کلسیم طبیعی بدون تغییر چشم‌گیر در خصوصیاتش، هزینه یک ترکیب را کاهش می‌دهد.

کربنات کلسیم رسوبی معمولاً از سنگ آهک کلسینه شده (CaO) و دی‌اکسید کربن تهیه می‌شود. اغب سطحی که آماده سازی می‌شود با اسیدهای چرب، ارائه می‌شود.

به دلیل سطح ویژه بالایش (m2/gr20-40) تأثیر عمده روی خواص رئولوژیکی و خواص جذب دارد (پایدارکننده‌ها و نرم‌کننده‌ها). سولفات باریم به عنوان ماده معدنی طبیعی (باریت) و هم به عنوان تولیدات سنتزی (blanc fixe) موجود است.

آن بالاترین وزن مخصوص را در میان پرکننده‌های تجاری دارد، بی‌اثر، بسیار روشن و به آسانی پراکنده می‌شود.

سولفات باریم به طور گسترده‌‌ای برای کاربردهای عایق صوتی (فوم‌ها، لوله‌کشی)، در پشت فرش، کاشی کف، وسایل ورزشی، روکش ترمز و کلاچ، در محافظت در برابر اشعه و به عنوان رنگدانه سفید استفاده می‌شود.

دانه‌های شیشه و سرامیک به طور گسترده‌ای در سامانه‌های رزینی استفاده می‌شود. آن‌ها اغلب توسط سیلان برای افزایش پیوند میان رزین و ذارت آماده‌سازی می‌شوند یا توسط فلزات (نقره، مس) پوشش داده می‌شوند و به عنوان پرکننده رسانا مورد استفاده قرار می‌گیرند. پرکننده‌ای کروی مقاومت فشاری و پارگی، پایداری ابعادی، مقاومت در برابر خراش، و سختی ترکیبات را ایجاد می‌کنند.

دانه‌های شیشه‌ای توخالی چگالی ویژه ترکیب را کاهش می‌دهند و در فوم‌ها، فوم‌های سنتزی و در قطعات خودرو استفاده می‌شوند.

سیلیکای سنتزی اساساً دی‌اکسید سیلیکون آمورف با ذرات اولیه که محدوده قطر ۱۰۰-۱۰ نانومتر را دارند و انبوهه‌ها (بخش‌های ثانویه) را با اندازه ۱۰-۱ نانومتر را تشکیل می‌دهند.

محصولات سیلیکا بعد از فرآیند تولیدشان به صورت زیر نام‌گذاری می‌شوند:

Fumed، fused، precipitated، و مساحت سطح آن ها، بع فرایند استفاده شده بستگی دارد. می‌تواند متنوع از m2/g 800-50 باشد. سیلیکای سنتزی به عنوان پرکننده‌های نیمه‌تقویت‌کننده در ترموپلاستیک‌ها، الاستومرها، به عنوان افزودنی ضد انسداد برای فیلم‌ها، به عنوان تنظیم‌کننده‌های رئولوژی، و به عنوان عوامل مات‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سیلیکاهای سنتزی برای تقویت خواص تقویت کنندگی‌شان، توسط عوامل اتصال آماده‌سازی می‌شوند. به طور خلاصه، سیلیکاها عمل‌کردهای زیر را در ترموپلاستیک انجام می‌دهند.

کاهش جمع‌شدگی و تشکیل ترک، تقویت‌کننده، ممانعت ار انسداد فیلم، بهبود پایداری ابعادی تحت حرارت، کاهش ضریب انسبساط خطی، بهبود خواص الکتریکی، افزایش سفتی، کاهش تورم دای، تأثیردهنده رفتار رئولوژیکی.

از کربن سیاه عمدتاً به عنوان تقویت‌کننده در الاستومرها استفاده می‌شود. استفاده آن در ترموپلاستیک‌ها به رنگ‌دانه، محافظت در برابر uv، و رسانایی محدود می‌شود.

پرکننده‌های صفحه‌ای

تالک نرم‌ترین ماده معدنی با Mohs hardness دارای ۱، از لحاظ شیمیایی هیدرات سیلیکات منیزیم است. حداکثر تالک به ترکیبات پلی‌پروپیلن برای صنعت خودرو می‌رود.

تالک به طور مثبتی بر بسیاری از خصوصیات از جمله HDT، مقاومت در برابر خزش، جمع‌شدگی، و ضریب انبساط حرارتی خطی (CLTE) تأثیر می‌گذارد. میکا شبیه تالک یک سیلیکات ورقه‌ای با ساختار صفحه‌ای عالی است.  مهم‌ترین انواع میکا muscovite  و  phlogopiteهستند. هر دو نوع نسبت منظر ۴۰-۲۰ دارند و در ترموپلاستیک‌ها جهت بهبود سختی، ثبات ابعادی و HDT به کار می‌رود.

میکا همچنینن خواص الکتریکی خوبی نشان می‌دهد و مقاوم در برابر اسید است. Muscovite سفید تا تقریباً بی‌رنگ به نظر می‌رسد، در حالی phlogopite یک رنگ ذاتی قهوه‌ای طلایی دارد. میکا سخت پراکنده می‌شود، بنابراین، سطحش توسط آمینوسیلان‌ها، واکس‌ها و یا آمینواستات‌ها آماده‌سازی می‌شود. از دیگر معایب میکا مقاومت ضعیف خط جوشش است.

کائولین و کِلی، انواع سیلیکات‌های آمینه شده، در درجه ای مختلف خلوص وجود دارد.

این ماده معدنی ساختار کریستالی ۶ ضلعی، ورق مانند با نسبت ابعاد حداکثر ۱۰ دارد. کم‌رنگ است و مقاومت شیمیایی عالی و خواص الکتریکی خوب دارد. اندازه متوسط ذرات محصولات تجاری بین ۱ تا ۱۰ میلی‌متر و سطح آن‌ها m2/gr 40-10 است.

کاربرد اصلی برای کائولین به عنوان پرکننده در صنعت لاستیک است،  جایی که تشخیص بین خاک رس سخت و نرم تمایز قائل می شود.

کائولین اغلب به شکل کلسینه و آماده سازی‌های سطح ویژه (به عنوان مثال سیلان) استفاده می‌شود. در ترموپلاستیک‌ها، به بهبود مقاومت شیمیایی، خصوصیات الکتریکی و کاهش جذب آب کمک می‌کند. این تمایل به ترک را در کالای نهایی کاهش می‌دهد و مقاومت در برابر ضربه و کیفیت سطح را بهبود می‌بخشد. ساختار لایه‌ای منجر به بهبود در سفتی سطح محصولات نهایی شده می‌گردد.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

جایگاه و اهمیت پلیمرها در صنعت پتروشیمی ایران

اهمیت صنعت پتروشیمی در اقتصاد ملی بر هیچ کس پوشیده نیست. از امتیازات مهم صنعت پتروشیمی ایران، تأمین مواد اولیه آن در داخل کشور است. صنعت پتروشیمی جزء صنایعی است که در کشور ما دارای مزیت نسبی است. ایران به ‌عنوان چهارمین تولیدکننده نفت جهان و داشتن دومین ذخایر بزرگ گاز دنیا، ۸۰% درآمدهای صادراتی خود را از نفت و گاز تامین می ‌کند و امیدوار است تا پایان دهه جاری ۱۴ درصد از بازار جهانی پتروشیمی را در دست بگیرد و ظرفیت تولید محصولات پتروشیمی خود را به ۲۳ میلیون تن در سال افزایش دهد. صنایع پتروشیمی (Petrochemical industry)، بخشی از صنایع شیمیایی است که فرآورده‌های شیمیایی را از مواد خام حاصل از نفت یا گاز طبیعی تولید می ‌کند.

در اوایل قرن بیستم نفت خام و گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه برای تهیه بسیاری از ترکیبات مورد نیاز انسان، اهمیت حیاتی و روز افزونی پیدا کرده است. صنعت پتروشیمی تأمین کننده اصلی مواد مصرفی مورد نیاز در بیشتر صنایع شیمیایی، برق و الکترونیک، نساجی، پزشکی، خودروسازی، لوازم خانگی، غذایی و… می‌باشد. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های صنعت پتروشیمی ارزش افزوده بسیار بالای آن است. بدین معنی که با تغییرات شیمیایی و فیزیکی بر روی هیدروکربورهای نفتی و گازی می‌‌توان ارزش محصول را به میزان ۱۰% تا ۱۵% افزایش داد. از ویژگی‌های دیگر این صنعت، تنوع محصولات آن و تأمین مواد اولیه هزاران کارگاه و کارخانه صنایع پایین دستی آن می‌باشد که از نظر اشتغال‌زایی و کسب درآمدهای ارزی و قطع وابستگی نقش بسیار مؤثری در اقتصاد کشور دارد.

کشور ایران با توجه به مزیت‌های بالقوه، پتانسیل مناسبی برای ارتقاء صنعت پتروشیمی کشور داراست.

صنعت پتروشیمی در یک تقسیم بندی کلی به ۲ دسته صنایع بالادستی و صنایع پیین‌دستی تقسیم می‌شوند.

صنعت پتروشیمی از جمله صنایعی است که منابع سوخت‌های فسیلی را به محصولات با ارزش افزوده بیش‌تر تبدیل می‌کند. بنا بر تعریف، پتروشیمی به صنایعی گفته می‌شود که در آن‌ها هیدروکربن‌های موجود در نفت خام و یا گاز طبیعی، پس از انجام فرآورش در فرآیندهای شیمیایی به فرآورده‌های جدید شیمیایی و پتروشیمیایی تبدیل می‌شوند.

Untitled

اولین کاربرد گاز طبیعی در صنعت پتروشیمی کاربرد خوراک است که تنها در مجتمع‌های تولید اوره و متانول اتفاق می‌افتد.

اتیلن به عنوان یک محصول پایه، خوراک عمده بسیاری از محصولات نهایی می‌باشد. بیش‌ترین مصرف اتیلن در تولید پلی‌اتیلن است. اتیلن به همراه بنزن در تولید پلی‌‌استایرن نقش دارد. اتیلن همچنین دذ تولید پلیمرهای اساسی دیگر از جمله پلی‌وینیل‌کلراید، پلی‌اتیلن‌ترفتالات و اکریلونیتریل-بوتادی‌ان-استایرن نیز به کار می‌رود.

در گذشته دومین پلیمر پر مصرف در جهان پلی‌پروپیلن بوده است. امروزه به دلیل رشد بالاتر پلی‌اتیلن‌ترفتالات نسبت به پلی‌پروپیلن طی سال‌های اخیر سهم این دو پلیمر از مصرف جهانی تقریباً برابر می‌باشد. پیش‌بینی می‌شود در سال‌های آینده پلی‌اتیلن‌ترفتالات سهم بیش‌تری از مصرف جهانی را به خود اختصاص دهد. پلی‌وینیل‌کلراید، پلی‌استایرن و آکریلونیتریل-بودتادی‌ان-استایرن در رده‌های بعدی مصرف قرار دارند. در تولید حدود ۷۹% از پلیمرهای اساسی، مونومر اتیلن مصرف می‌شود که این موضوع اهمیت این مونومر در تولید پلیمرهای اساسی و نقش منطقه خاورمیانه از جمله ایران را نشان می‌دهد.

Un

مزیت نسبی ایران دردسترسی به مواد اولیه و به ویژه مواد اولیه گازی در تولید محصولات اساسی الفینی، قابلیت رقابت کشور در تولید و صدور محصولات پتروشیمی نسبت به سایر مناطق افزایش می‌دهد. افزایش تولید مواد پایه در ایران، به خصوص اتیلن منجر به افزایش تولید محصولات پلیمری و صادرات بخش قابل توجهی از آن‌ها در سال‌های آتی خواهد شد. این مزیت نیازمند سرمایه‌گذاری و برنامه‌ریزی دقیق می‌باشد.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

عوامل شبکه‌ای‌کننده (Crosslinking Agents/Curing Agents)

پلاستیک‌های ترموست یا لاستیک‌های ولکانیزه در فرآیند شبکه‌ای شدن تولید می گردند. برای این منظور، ابتدا بایستی پلیمر اصلی مواضع فعال شدن برای شبکه‌ای شدن را دارا باشند. لفظ عامل شبکه‌کننده یک عنوان عامل می‌باشد و مولکول‌هایی که بین دو مولکول پلیمر ایجاد پل می‌نمایند را شامل می‌گردد.

اولین نوع عوامل شبکه‌کننده، عوامل ولکانیزه کننده مانند گوگرد، سلنیوم برای لاستیک‌های دارای پیوند دوگانه (دی‌ان‌ها) می‌باشند. همچنین فرمالدئید برای فنل‌ها، دی‌ایزوسیانات‌ها برای واکنش با اتم‌های هیدروژن در پلی‌استرها و پلی‌اترها همین نقش را دارند. آغازگرهای شبکه‌کننده نیز جزء عوامل شبکه‌کننده محسوب می‌شوند. پراکسیدها از معروف‌ترین عوامل این دسته می‌باشند که می‌توانند به عنوان مثال پیوند دو گانه در پلی‌استرهای سیرنشده را به صورت شبکه‌ای درآوردند. دسته دیگر از عوامل شبکه‌کننده، انواع کاتالیزوری می‌باشند که از آن‌ها می‌توان به اسیدها برای رزین‌ها فنولی و آمینوپلاستیک‌ها و از برخی آمین‌ها در اپوکسی‌ها نام برد.

شبکه‌ای شدن می‌تواند با ایجاد مواضع فعالی در زنجیر پلیمر صورت گیرد که پراکسیدها می‌توانند این کار را انجام دهند. برای هر پلیمر، عامل شبکه‌ای‌کننده خاصی باید استفاده گردد. تقسیم‌بندی فوق در شکل زیر نشان داده شده است. در جدول زیر نیز برخی از عرضه‌کنندگان منتخب در زمینه تولید و عرضه مواد پراکسیدی مختلف داده شده است.

A

B

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

انتخاب عوامل آنتی استاتیک (ضد الکتریسیته ساکن) مناسب برای پلیمرها

عوامل آنتی ­استاتیک با دو هدف کلی کنترل بارهای ساکن در طول مراحل مختلف فرآیند و تولید پلیمرها و یا ارائه­ یک محافظت طولانی مدت در برابر بارهای ساکن بر اساس کاربردهای نهایی، به کار گرفته می­ شوند. اما انتخاب یک افزودنی مناسب برای محصول مورد نظر از بین محصولات مختلف موجود در بازار بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله به بررسی جامع جنبه­ های مهم مربوط به مواد آنتی­ استاتیک و شیمی آن­ ها، همراه با عواملی که بر انتخاب آنتی ­استاتیک­ ها اثر می ­گذارند، از جمله سازگاری آن­ها با پلیمرهای مختلف مانند پلی­ اولفین­ ها، پلی­ استرها، پلی آمیدها، و موارد دیگر پرداخته شده است.

همه ما با پدیده الکتریسیته ساکن و تجمع آن در قطعات مختلف آشنا هستیم و هم­چنین تجربه­ تخلیه­ بار الکتریکی را داشته ­ایم. این پدیده در اصل به مقاومت الکتریکی مواد مربوط می­ شود. مواد پیرامون ما بر اساس مقاومت الکتریکی­شان به چهار دسته­ رسانای الکتریسیته، اتلاف ­کننده­ الکتریسیته، آنتی ­استاتیک ­ها و عایق­ های الکتریسیته تقسیم می ­شوند.

با اینکه با اضافه کردن افزودنی­ های مناسب می ­توان به پلیمرهایی با میزان مقاومت الکتریکی متفاوت دست یافت، اما به طور کلی پلاستیک­ ها به لحاظ الکتریکی موادی عایق هستند و بسته به مقاومت سطحیشان می ­توانند در معرض تجمع و تخلیه­ بار الکتریکی قرار بگیرند.

 آنتی ­استاتیک­ ها موادی هستند که تجمع بار الکتریکی ساکن را، به خصوص در سطح پلیمر، کنترل می­ کنند.

پدیده­ تجمع بار در سطح، ماده را مستعد تخلیه­ الکتریکی، جذب گرد و غبار، و نیز جذب اجسام و ذرات سبک می­ کند. اتلاف این بار ساکن (یا تخلیه­ الکترواستاتیک، ESD) مستلزم ایجاد شرایطی جهت دور کردن الکترون­ ها از سطح مورد نظر است.

به طور کلی پلیمرهای اتلاف­ کننده­ بار یا ESD باید دارای ویژگی­ های زیر باشند:

  • مقاومت سطحی در محدوده­ ۱۰۵-۱۰۶ تا ۱۰۱۲ اهم
  • نیمه عمر تخلیه­ استاتیک کمتر از ۶۰ ثانیه

تجمع و تخلیه­ بارهای ساکن در موارد زیر شایع است:

  • فرآیندهای پیوسته­­ تولید مانند تولید فیلم
  • تولید، نگه­داری، و تعمیر لوازم الکترونیکی
  • بسته ­بندی مواد آلی با اندازه ­های ریز
  • لوازم نقلیه: تخلیه­ الکترواستاتیک در شلنگ­ های انتقال سوخت از باک به موتور می­ تواند منجر به آتش ­سوزی ­شود.
  • در صنایع هوانوردی: رعد و برق
  • در تمیز کردن لوازم و سطوح مختلف

عوامل آنتی ­استاتیک می­ توانند مایع، نیمه­ جامد، و یا جامد باشند. این مواد به طور معمول می ­توانند در سطح جسم یا قطعه­مورد نظر، و یا در فرمولاسیون ماده­ اولیه قبل از تولید به کار برده شوند. حالت اول معمولاً مربوط به زمانی است که در طول مراحل مختلف تولید نیاز به کنترل بارهای ساکن باشد. در این حالت عوامل آنتی ­استاتیک به عنوان اجزایی با استفاده­ کوتاه مدت در نظر گرفته می ­شوند. حالت دوم، مربوط به زمانی است که در کاربرد نهایی محصول مورد نظر، نیاز به محافظت طولانی مدت در برابر بارهای ساکن وجود داشته باشد، مانند الیاف آنتی­ استاتیک فرش و برخی مواد کامپوزیتی که مستعد تولید بار ساکن هستند.

به علاوه، آب (رطوبت) نقش کلیدی در کمک به اتلاف بار از طریق رسانایی ­اش دارد. بدین معنی که رطوبت می­ تواند در نقش هادی الکتریکی عمل کرده و بار ساکن ذخیره شده در جسم را به زمین یا اجسام دیگر منتقل کند.

شیمی عوامل آنتی­استاتیک

آنتی ­استاتیک ­ها به طور کلی به دو زیرمجموعه­ آنتی ­استاتیک­ های آلی و آنتی­ استاتیک ­های معدنی تقسیم می­ شوند. در جدول زیر آنتی ­استاتیک­ های مختلف بر اساس نیازمندی­ های قطعه و نیز کاربرد نهایی آن دسته ­بندی شده ­اند:

A

عوامل آنتی ­استاتیک در پلیمرها

آنتی­ استاتیک­ های معدنی

نمک­ های معدنی و برخی عناصر آلی پایه می ­توانند به ماتریس پلیمر افزوده شده و برای مدت طولانی از تجمع بارهای استاتیک جلوگیری کنند. مثال­ هایی از این عوامل آنتی ­استاتیک عبارتند از:

  • کربنی که در الیاف فرش جهت تولید فرش­های آنتی­ استاتیک مورد استفاده قرار می­ گیرند.
  • کربنی که در بسیاری از دستمال­ های بی­ بافت، جهت استفاده در اتاق هایتمیز و کاربردهای مربوط به هوافضا به کار برده می­ شود.

اگرچه طبیعت یونی نمک­ ها برای کمک به اتلاف بار (جداسازی یون) در ماتریس پلیمری به آسانی قابل دسترس نیست، با این­حال نمک­ های گوناگون می­ توانند در ماتریس پلیمر به کار برده شده و خواص آنتی­ استاتیک از خود ارائه دهند.

آنتی ­استاتیک­ های آلی بیشتر موادی را که برای کمک به هدایت بار اضافی به دور از سطح پلیمر مورد استفاده قرار می ­گیرند، شامل می­ شوند. با این­که بعضی از این مواد را می­ توان در ماتریس جامد نیز به کار برد، اما غالباً به صورت خارجی، جهت کنترل بارهای استاتیک در حین فرآیند و هم­چنین در کاربردهای نهایی استفاده می ­شوند.

آنتی ­استاتیک ­های آلی خود به چند دسته­ زیر تقسیم می­ شوند:

  • فسفات­ ها، معمولاً نمک پتاسیم یا سدیم اسید آزاد مربوطه
  • آمین ­های نوع چهارم (کاتیون آمونیوم نوع چهارم)
  • مواد نم ­بین غیر یونی، یعنی سورفکتانت­ های اتیلن اکساید و یا پروپیلن اکساید (نم­ بینی به توان یک ماده در جذب مولکول آب از فضای پیرامون و نگهداری آن گفته می‌شود.)

فسفات­ ها و آمین ­های نوع چهارم، آنتی­ استاتیک ­های اصلی، مولکول­ های آلی هستند که دارای یون­ های مثبت و منفی­ اند. لازم به ذکر است که هر چه اندازه­ یک جز کوچک ­تر باشد، دانسیته­ الکترون اطراف مولکول بزرگ ­تر بوده و در نتیجه توانایی اتلاف بار توسط آن ارتقا می­ یابد.

ترکیبات شیمیایی سولفاته و سولفوناته هم می ­توانند به عنوان عامل آنتی ­استاتیک مورد استفاده قرار بگیرند اما تأثیر آنتی­استاتیکی قوی ارائه نمی ­دهند. به عنوان مثال می ­توان به نمک پتاسیم دی­ اکتیل­ سولفوکسینات اشاره کرد که به عنوان یک سورفکتانت، خواص آنتی­ استاتیکی ضعیفی را ارائه می ­دهد.

سورفکتانت­ های غیریونی از طریق ویژگی نم­ بینی و جفت الکترون­ های ناپیوندی بر روی اکسیژن عمل می­ کنند به این صورت که، سمت آب­گریز با سطح ماده و سمت آب­دوست با رطوبت هوا برهم­کنش می­ دهند. در نتیجه مولکول­ های آب در نزدیکی سطح ماده به دام می ­افتند. در اینجا هم، اثر آنتی ­استاتیکی ارائه شده در مقایسه با فسفات­ ها یا آمین­ های نوع چهارم کمتر است.

استرهای فسفات ( اسید یا نمک فلز)

این مواد عموماً از طریق واکنش یک الکل آلی (ROH) با P2O5 و یا PoCl3 تولید می­ شوند و در هر دو حالت، استرهای مونو و دی-اسید تشکیل می ­شوند. در هنگام استفاده، این استرهای اسیدی آزاد به نمک متناظرشان، ترجیحاً پتاسیم (+k ) تبدیل می­ شوند.

W

 

واکنش الکل آلی با P2O5 معمولا منجر به ایجاد نسبت ۵۵:۴۵ مونو/دی شده و واکنش با PoCl3 تمایل به تولید حدود ۵۰% تری-استر دارد که این ماده خواص آنتی­استاتیک بسیار ضعیفی را ارائه می ­دهد.

ویژگی­ ها

  • دارای خاصیت آنتی استاتیکی بسیار بالایی هستند.
  • طیف گسترده­ای از استرهای فسفریک اسید در دسترس هستند.
  • با افزایش وزن مولکولی میزان اثربخشی کاهش می­ یابد و نمک­ های فسفات با وزن مولکولی پایین تأثیر بیش تری نسبت به نمک ­های با وزن مولکولی بالا دارند.
  • استرهای فسفات تشکیل شده از P2O5 نسبت به PoCl3 ارجحیت دارند.
  • به کارگیری فسفات­ های جامد در فرمولاسیون مشکل است.
  • استرهای اسیدی خنثی نشده آنتی ­استاتیک ­های ضعیف­ تری هستند.
  • آنتی ­استاتیک­ های با وزن مولکولی پایین به میزان بیشتری به پلیمرها، خصوصاً به نایلون و اسپندکس جذب می­ شوند.
  • استرهای تولید شده با PoCl3 یون­ های هالید خورنده از خود بر جای می­ گذارند.

آمین­ های نوع چهارم

این دسته از آنتی ­استاتیک ­ها از طریق واکنش یک آمین مناسب با یک آلکیل هالید یا دی­آلکیل سولفات ایجاد و یک نیتروژن پنج ظرفیتی با بار مثبت همراه با آنیون متناظرش تولید می ­شود.

ویژگی­ ها

  • به طور معمول در صنعت محصولات آرایشی استفاده می ­شود.
  • میزان رسوب آن و مشکلات مربوط به آن در آمین­ های نوع چهارم کم تر از فسفات هاست.
  • حتی در شرایط RH پایین هم ظرفیت آنتی­ استاتیک متوسطی دارد.
  • به آسانی در فرمولاسیون سیستم ­های روان­ کننده قرار می­ گیرد.
  • پذیرش محدود آنیون­ های انتخابی توسط EPA و REACH.
  • بیش تر آنیون­ ها خصوصاً متیل سولفات دارای مشکلات H&E (سلامتی و زیست محیطی) هستند.

سورفکتانت ­های غیر یونی

سورفکتانت­ های غیر یونی طیف وسیعی از مواد شیمیایی را شامل می­ شوند که می­ توانند شامل الکل­ های ساده تا ساختارهای پیچیده­ پلی­ هیدریک زیستی شوند. به دلیل همین گستردگی، تمرکز ما در این بخش بر موادی که در پلیمرها کاربرد دارند یعنی، سیستم­ های الکلی یا اسید اتوکسیله و یا اسید اتوکسیله/پروپوکسیله است.

این سیستم­ ها با جفت الکترون­ های موجود بر روی اتم­ های اکسیژن ماهیت متمایل به نم­ بینی دارند که به هدایت بار ساکن دور از سطح پلیمر کمک می ­کنند.

ویژگی ­ها

  • تعداد زیادی از محصولات این دسته در دسترس هستند.
  • در ایجاد خواص نم ­بینی برای ارتقای اثر آنتی ­استاتیک عالی عمل می­ کنند.
  • در مقایسه با فسفات­ ها و آمین های نوع چهارم اثر آنتی ­استاتیک کم تری دارند.
  • درصد زیادی از آن­ ها در فرمولاسیون نیاز است.
  • در فرمولاسیون ­های حاوی فسفات یا آمین نوع چهارم به امتزاج ­پذیری کمک و اثر منفی در اثر آنتی­ استاتیکی آن­ ها ایجاد نمی ­کنند.

بجز موارد گفته شده که دو دسته ­ی اصلی مواد آنتی ­استاتیک را تشکیل می­ دهند، برخی فیلرها و افزودنی ­های رسانا نیز وجود دارند که به طور گسترده­ای در ESD، محافظت از تداخل امواج الکترومغناطیسی (EMI)، و هم­چنین امواج رادیویی (RFI)، به کار می ­روند.

فیلرها و افزودنی­ های رسانا

این مواد منجر به تولید پلاستیک­ های رسانای حجمی می­ شوند که می­ توانند به عنوان رسانا الکترون­ ها را از دیگر مواد دارای بار ساکن دریافت و تخلیه کنند. تمامی پلاستیک­ هایی که به شکل مناسبی با فیلر پرشده ­اند می­ توانند برای حفاظت امواج رادیویی، الکترومغناطیسی، و نیز تخلیه­ بار استاتیک مورد استفاده قرار بگیرند:

  • پلاستیک­ های مورد استفاده در کالاهای مصرفی مانند PE، PS، PP.
  • پلاستیک­ های مهندسی مانند ABS، PA 6/6، PA 6، PC، POM، PBI، PPO، PPS.
  • پلاستیک ­های ویژه مانند PEI و PEEK
  • آلیاژهایی مانند PC/PMMA، PC/ABS.

کربن بلک

مقاومت ماده­ نهایی به موارد زیر بستگی دارد:

  • مساحت سطح کربن بلک و میزان یون بر روی سطح
  • میزان کربن بلک
  • گرید پلیمر یا، آلیاژ پلیمرها
  • روش اختلاط

کربن بلک خواص دیگر پلیمرها خصوصاً رنگ آن­ها را نیز اصلاح می­ کند.

الیاف رسانا

الیاف کربن و استیل مانند الیاف رسانای سلولز که به میزان بالا با کربن بلک پر شده باشند در صنعت برای رسانا کردن پلاستیک­ ها و کامپوزیت­ ها استفاده می­ شوند.

مقاومت ماده­ نهایی به موارد زیر بستگی خواهد داشت:

  • اندازه، نسبت منظر، و ماهیت شیمیایی الیاف
  • میزان الیاف
  • روش اختلاط

گریدهای ویژه­ای تحت عنوان افزودنی برای پلاستیک ­ها و رابرهای رسانا در بازار موجود است. با استفاده از این افزودنی­ ها، خواص دیگر مواد نهایی مانند رنگ، مدول، استحکام ضربه، و … نیز اصلاح می ­شوند.

گرافیت

مقاومت ماده­ نهایی به موارد زیر بستگی دارد:

  • نوع گرافیت: برخی گریدها به طور ویژه برای رسانایی الکتریکی ­شان تولید می­ شوند.
  • نسبت منظر
  • میزان گرافیت
  • گرید پلیمر
  • روش اختلاط

به علاوه، گرافیت دارای خواص روان­ کنندگی نیز هست. برخی تولیدکنندگان مدعی هستند که مقاومت ­ها می ­توانند در حد مقاومت به دست آمده توسط کربن­ بلک­ های رسانا، کم تر و یا بیش تر از آن باشند و این بستگی به گریدهای مورد استفاده دارد.

پودر فلزات

پودر آلومینیوم، مس، نیکل، و نقره برای افزایش رسانایی الکتریکی استفاده می­شوند و مقاومت نهایی به عوامل زیر بستگی دارد:

  • شکل و اندازه­ی ذرات فلز
  • میزان پودر فلز
  • روش اختلاط

گریدهای خاصی از این مواد به صورت افزودنی برای پلاستیک­ ها و رابرهای رسانا در بازار موجود هستند. باید توجه داشت که نوع پلیمر بر انتخاب فلز تأثیر می­ گذارد. به عنوان مثال ولکانیزاسیون گوگردی می­ تواند مشکلاتی را در فلزاتی مثل مس و نقره (در اثر حمله­ گوگرد) ایجاد کند.

استفاده از فلزات هم­چنین باعث اصلاح دیگر خواص مانند رنگ، مدول، استحکام ضربه، و … می­ شود.

برخی از گریدهای آلومینیوم و زیرکونیوم به طور ویژه جهت کاربرد در پلیمرها برای دستیابی به ESD تولید می ­شوند.

نانولوله­ های کربنی (CNT)

استفاده از نانولوله­ های کربنی در تولید انبوه به سرعت در حال رشد است. CNTها با وجود قیمت بالا هزینه تولید را به طور پیوست ه­ای کاهش می ­دهند. مقاومت بسیار کم نانولوله ­های کربنی امکان به­ دست آوردن پلیمرهای EMI را با میزان CNT کمتر از ۱% فراهم می­ آورد که این مقدار بسیار کم تر از میزان استفاده از کربن ­های سیاه رسانای رایج است.

R

 

پلیمرهای رسانای ذاتی (ICP)

ICPها از بهترین گزینه ­ها برای تولید انبوه و دستگاه­ های خاص هستند. آن­ ها به ویژه در لوازم الکترونیکی شفاف، فیلم ­های رسانای شفاف (TCF)، و فوتوولتائیک ­ها به کار می ­روند. به عنوان مثال، PEDOT، پلی ­آنیلین، و پلی ­الکترولیت یونومر (IPE) توسط بسیاری از شرکت­ های تولیدکننده پیشنهاد شده­ اند.

ICPها می­ توانند با بسیاری از پلاستیک ­های رایج از جمله ABS، آکریلیک ­ها، کامپوزیت ­ها، پلی ­آمیدها، پلی ­کربنات ­ها، پلی­استرها، رابرها، و TPEها آلیاژ شوند.

ارزیابی عملکرد آنتی­استاتیک

یکی از آزمون های متداول برای ارزیابی عمل کرد یک عامل آنتی­ استاتیک، آزمون مقاومت الکتریکی است. نتیجه­ این آزمون به صورت لگاریتم مقاومت بیان می­ شود. معمولاً عمل کرد آنتی ­استاتیک به صورت حداکثر LogR مجاز تحت شرایط خاص رطوبتی مشخص می ­شود. نمودار زیر دیدگاه خوبی از محدوده­ مقادیری که بیان گر اثر آنتی ­استاتیکی مطلوب هستند ارائه می­ دهد.

h

LogR را می­ توان با دستگاه ­های مختلفی از جمله  Hayek-Chromey Wheel، Static Honestometer، به دست آورد. در مورد پلیمرها، استفاده از ولت­ متر استاتیک Rothschild رایج ­تر است.

معیارهای انتخاب عوامل آنتی ­استاتیک

انتخاب عوامل آنتی­ استاتیک به ماهیت پلیمر و شرایط فرآیند بستگی دارد. عوامل زیر می­ توانند بر عمل کرد اتلاف بار استاتیک تأثیر داشته باشند.

تأثیر رطوبت (RH%)بر رفتار آنتی ­استاتیک

آنتی­ استاتیک­ های غیر یونی کمتر تحت تأثیر رطوبت نرمال محیط تولید قرار می­ گیرند در حالی­ که فسفات­ ها و آمین ­های نوع چهارم به رطوبت حساس بوده و رفتارهای قابل توجهی را بر اساس میزان رطوبت نشان می­ دهند.

  • تأثیرگذاری فسفات­ ها به شدت با کاهش رطوبت کاهش می­ یابد. کاهش رطوبت از حدود ۶۰% تا ۷۰% به کمتر از ۴۰% در حین فرآیند پلیمر منجر به کاهش ۱۰ برابری در توانایی کنترل بارهای ساکن را به همراه داشته باشد.
  • آمین ­های نوع چهارم به طور کلی به میزان فسفات ­ها تحت تأثیر تغییرات رطوبت نیستند و با افزایش وزن مولکولی تأثیر غیرخطی از خود در اتلاف بار نشان می ­دهند.

اغلب پلیمرها به خوبی با عوامل آنتی­ استاتیک ترکیب می­ شوند. نمک­ های غیرآلی و کربن، در صورت امکان استفاده، به طور کامل در تمام سیستم­ های پلیمری امتزاج ­پذیرند. جدول زیر میزان توانایی عوامل آنتی ­استاتیک در اتلاف بار را نسبت به شکل فیزیکی و نوع پلیمر نشان می­ دهد (۵ عالی، ۵- بسیار ضعیف).

d

 

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com