وضعیت ورود
درحال حاضر شما وارد سایت نشده اید.
آمار بازدیدکنندگان
  • کاربران حاضر: 0
  • بازدید امروز: 4,929
  • بازدید ماه: 73,272
  • بازدید سال: 882,153
  • کل بازدیدکنند‌گان: 242,501
قیمت روز

الیاف شیشه

تجدید علاقه به کامپوزیت‌های طبیعی!

پرکننده‌ها و الیاف طبیعی گیاهی جاذبه جدیدی پیدا کرده‌اند از آنجایی که کاربران خواهانِ کامپاندهای پلاستیکی پایدارتر و اغلب سبک‌تر هستند.

Jennifer Markaria گزارش می‌دهد.

فیلرها و الیاف گیاهی طبیعی یا تجدیدپذیر از ابتدای آغاز صنعت پلاستیک گزینه‌ای برای ترکیبات پلیمری بوده است. اما تمرکز اخیر بر کاهش ردپای کربن جلب توجه جدیدی به آن‌ها است. در حالی که در برخی موارد، مواد گیاهی موجود تا به امروز فاقد خواص مکانیکی بوده تا جای‌گزین مستقیم الیاف شیشه شوند. فرمول‌سازان را‌ه‌های زیادی برای جبران این موضوع پیدا کردند، چه راه‌های ترکیب با شیشه یا به‌کارگیری روش‌های جدید برای بهبود خواص پایه مواد گیاهی. بخش خودرو سال‌ها است که در صدر کار برای ترکیب مواد طبیعی قرار گرفته و به دنبال افزایش استفاده از محتوای پایدار با حفظ عمل‌کرد است. Alper Kiziltas کارشناس فنی فورد می‌گوید: چندین بازار، سیاست و عوامل فنی در حال آمدن هستند تا الیاف طبیعی را گزینه‌ای جذاب‌تر برای کاربردهای خودرویی کنند. این شامل تغییر در رفتار مصرف‌کننده، چارچوب‌های سیاست فعلی، افزایش استفاده از پلاستیک در خودروها، نگرانی‌های زنجیره تأمین برای الیاف شیشه و نوآوری‌های تحقیق و توسعه حاصل از تأمین‌کنندگان الیاف طبیعی است. Kiziltas همچنین بیان کرد: این در حال تبدیل شدن به یک استراتژی تجاری اصلی برای صنعت خودرو است تا با آینده منابع محدود مقابله کند. استفاده از الیاف طبیعی پایداری زیست‌محیطی شرکت ما را بهبود می‌بخشد. براساس مطالعات درونی ما و داده‌های شخص ثالث، قطعاً مزایای LCA (ارزیابی چرخه عمر) در مقابل مواد معدنی و الیاف وجود دارد. استفاده از این مواد در حال گسترده‌تر شدن است. Kiziltas اشاره می‌کند که گروه مواد در حال ظهور و پایداری در فورد، تحقیقات کامپوزیت‌های پایدار را از سال ۲۰۰۰ را اجرا کرده است که منجر به استفاده از طیف گسترده‌‌ای از مواد تجدیدپذیر نظیر کنف، پوست برنج و سلولز می‌شود. برخی از آن‌ها کاندیدهای بدیهی‌تری نسبت به دیگری هستند. آزمایشات اخیر فورد نشان داده است که پوست قهوه پس از فرآیند بیوکربونیزاسیون می‌تواند جای‌گزین تالک در کامپاندهای PP شود. آزمایش پوست قهوه به عنوان روشی برای استفاده از ضایعات کشاورزی جهت ایجاد یک محصول پایدار انجام شد. Kiziltas  بیان کرد: در حالی که آزمایشات اولیه مشکلاتی از قبیل بو، جذب آب و کربنی کردن قهوه این نگرانی‌ها را حل کرد و سازگاری بهتر با ماتریس PP را نتیجه داد. سازگاری بهبود یافته همراه با کاهش آب دوستی پر کننده کربنی شده باعث کاهش جذب رطوبت توسط قطعه کامپوزیت می‌شود. تیم فورد فرمول PP را با استفاده از ۲۰ درصد کربن زیستی (پوست قهوه) برای فورد ۲۰۲۰ توسعه داد تا جای‌گزین تالک ۴۰% در چراغ جلو تزریقی شود. Kiziltas می‌گوید: با استفاده از پوست قهوه (کربن زیستی) وزن را ۱۷% و هزینه را ۵% کاهش دادیم، بدون این که فرآیند یا عمل‌کرد قطعه قربانی شود.

Untitledq

فورد همچنین توانست از دمای فرآیند کم‌تری برای قالب‌گیری بخش بایوکامپوزیت استفاده کند که منجر به چرخه خنک‌سازی کوتاه‌تر و صرفه‌جویی انرژی می‌شود. یک صرفه‌جویی اضافی در حدود ۱۵% در انرژی مصرف شده به هنگام اکسترود کردن مواد حاوی کربن زیستی وجود دارد که دلیل آن روان‌کاری مواد آلی در مقایسه با رئولوژی مواد معدنی است. Kiziltas بیان می‌کند: به طور کلی ما نتایج این ماده کامپوزیت نوآورانه را در صرفه‌جویی کل انرژی ۲۵% تخمین زدیم. تیم تحقیق و توسعه فورد نیز در حال بررسی پرکننده‌های کربن زیستی است. با استفاده از پیرولیز زیست توده جهت دست‌یابی به ماده متخلخل تولید می‌شوند که به عنوان یک راه حل جهت بهبود پایداری گرمایی مواد طبیعی است. الیاف طبیعی دارای پایداری حرارتی کمتری نسبت به بسیاری از الیاف جای‌گزین مصنوعی، محدود شدن کاربرد آن‌ها به دمای فرآیند پایین پلیمر (کمتر از ۲۰۰ درجه) و محیط‌های خودرو با دمای پایین هستند. مطالعات اخیر ما ثابت کرد که می‌توانیم با استفاده از کربن زیستی به عنوان پرکننده در کامپوزیت‌های ترموپلاستیک مهندسی مانند PA6 و PA66 استفاده کنیم.

نانو سلولز

Performance Biofilaments کانادا که با حمایت از ercer International و Resolute Forest Products می‌گوید: تکنولوژی فرآیند اختصاصی با بهره‌گیری از الیاف چوب آن‌ها را به نانوفیبریل سلولز (NFC) با استحکام و خلوص بالا تبدیل می‌کند. مطابق گفته‌ Geoff Fisher مدیر توسعه این شرکت، مواد NFC در ترموپلاستیک‌ها برای طیف وسیعی از کاربردها در حال ارزیابی هستند. عمل‌کرد بیوفیلامنت‌ها اخیراً با یک سری آزمون‌های مرکز تحقیق و توسعه مواد خودرویی شخص ثالث در کانادا تکمیل شد. ما NFC خود را در یک سیستم هیبریدی با الیاف شیشه در آمیزه‌های PP ترکیب کردیم و نتایج امیدوارکننده‌ای به دست آوردیم. Fisher می‌گوید: هدف این سری آزمایش نشان دادن این که بتوانیم پایداری محتوا را در آمیزه PP افزایش دهیم (یعنی افزایش محتوای الیاف طبیعی و کاهش محتوای الیاف شیشه) و سطح بالایی از عمل‌کرد را حفظ کنیم. این شرکت در حال ساخت یک کارخانه تجاری برای تولید NFC است که انتظار می‌رود تا پایان سال ۲۰۲۲ راه‌اندازی شود. Green Dot Bioplastics در ایالات متحده پلیمرهای زیستی و قابل کمپوست را تولید می‌کند. Terratek پلاستیک تقویت شده با الیاف طبیعی آن در خط تولید ۲۰۲۰ تجاری‌سازی شده است. این مواد کامپوزیتی زیستی از الیافی مانند سیزال، بامبو آمریکایی و الیاف جوت احیا شده برای جای‌گزینی الیاف شیشه در PP ،PE و PA استفاده می‌کند. در حالی که الیاف طبیعی جای‌گزینی ۱:۱ برای الیاف شیشه نیستند، آن‌ها یک گزینه پایدار را در بسیاری از کاربردها فراهم می‌کنند که تقویت و سختی فراتر از مواد پر نشده مورد نیاز است. شرکت می‌گوید که هم کامپاند و هم مستربچ الیاف طبیعی را تأمین می‌کند. Mark Remmert مدیر عامل Green می‌گوید: عمل‌کرد و تأمین، دو عامل کلیدی در انتخاب الیاف طبیعی هستند. ما باید بتوانیم از یک محصول تکرارپذیر و عمل‌کرد آن برای مشتریانمان اطمینان حاصل کنیم. بامبوی آمریکایی یک چمن بومی با خواص فیزیکی مطلوب و شیوه‌های رشد پایدار است. سال گذشته Green Dot Bioplastics با توامندترین شرکت در زنجیره تأمین، Mayco International برای حذف اتلاف و ضایعات الیاف جوت از فرآیند Mayco شریک شد، تا یک ماده NFRP جدید ایجاد کند. Sarah Harbaugh مدیر فروش و بازاریابی شرکت می‌گوید: به جای ضایعات و دفن آن، از بهره‌گیری آن‌ها و ترکیب در گرانول بیوکامپوزیت برای کاربردهای دیگر استفاده می‌کنیم. مطابق اظهارات Luis Roca Blay  رهبر آمیزه‌سازی، سازمان تحقیقات اسپانیایی Aimplas، بسیاری از الیاف طبیعی را برای استفاده به عنوان افزودنی تقویت‌کننده در پلاستیک‌های کامپوزیتی زیستی را در طول سال‌ها بررسی کرد. نمونه‌های آن شامل: کنف، سیسال، کتان، جوت و … هستند. هنگام توسعه آمیزه از پلاستیک زیستی، او پیشنهاد می‌کند که استفاده از الیاف طبیعی مطلوب‌تر باشد؛ به طوری که بسیاری از اجزا تا حد امکان تجدیدپذیر و در برخی موارد قابل کمپوست باشد.

Untitledz

نگرانی کمپوست‌سازی

کمپوست‌پذیری ویژگی جذاب رو به رشد در اروپا به ویژه برای بسته‌بندی است. با این حال اقلام بسته‌بندی ساخته شده با استفاده از پلاستیک قابل کمپوست تقویت شده با پایه گیاهی الیاف ممکن است در دست‌یابی به استاندارد EN13432 برای کمپوست‌پذیری صنعتی مشکل داشته باشند، بسته به درصد الیاف استفاده شده و ضخامت بخش. او می‌گوید: آسیاب کردن بسته‌بندی قبل از کمپوست‌‌سازی راه حلی برای این مشکل ارائه می‌دهد. استحکام و وزن کامپوزیت عوامل کلیدی در بسیاری از مصارف نهایی هستند. Roca همچنین می‌گوید: الیاف طبیعی جای‌گزین مستقیمی برای الیاف شیشه در راستای خواص تقویت‌کنندگی نیست اما اضافه می‌کند که می‌تواند مواد تقویت‌کننده معدنی را جای‌گزین کند و وزن را کاهش دهد. سایر افزودنی‌ها مانند اصلاح‌کننده‌های ضربه ممکن است برای ایجاد تعادل ویژگی لازم استفاده شود. Aimplas اخیراً تأخیرانداز شعله‌ در فرمولاسیون حاوی الیاف طبیعی را مورد مطالعه قرار داده است. Roca گزارش می‌دهد که در یک فرمول اثر منفی در به تأخیر انداختن شعله یافت نشد. جای‌گزینی پلاستیک با درصدی از الیاف طبیعی سبب کاهش انتشار گرما می‌شود. همچنین مطالعه فرمولاسیون‌های حاوی الیاف طبیعی و بازدارنده شعله مبتنی بر فسفر مورد بررسی قرار گرفت و تأیید شد که برهم‌کنشی مضر بین آن‌ها نیست. انجمن تحقیقاتی نروژی RISE PFI می‌گوید که به پیشرفت در توسعه بیوکامپوزیت‌های تولید شده مبتنی بر پلیمرهای زیستی به عنوان مثال الیاف زیستی، نانوسلولز و لیگنین ادامه می‌دهد. Gary Chinga Carrasco رهبر دانشمند در Biopolymers و Biocoposite منطقه در اتحادیه می‌گوید: این‌ها در حال توسعه و ارزیابی برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله زیربنا، خودرو، بسته بندی نوشیدنی و غذا، مراقبت‌های بهداشتی و ساخت افزایشی (چاپ سه‌بعدی) هستند. این انجمن دارای یک آزمایشگاه کاملاً مجهز به چاپ سه‌بعدی جهت حمایت از افزایش تقاضا است. شرکای صنعتی به دنبال زیست پایه و راه حل‌های مواد پایدار برای چاپ سه‌بعدی و همچنین قالب‌گیری تزریقی هستند. چاپ سه‌بعدی امکان خوبی را برای ساخت سازه‌های پیچیده‌ای که ساخت آن‌های با فرآیندهای مرسوم آسان نیست فراهم می‌کند. چاپ سه‌بعدی نه تنها برای نمونه‌سازی استفاده می‌شود بلکه از آن برای ساخت دستگاه‌های کاربردی برای کاربردهای خیلی خاص استفاده می‌شود. Chinga Carrasco می‌گوید: علاوه بر این مصرف مواد کاهش می‌یابد که یک مزیت بزرگ از نقطه نظر اقتصادی و زیست‌محیطی است. او همچنین اضافه کرد: بایوکامپوزیت‌های زیستی تجدیدپذیر هستند و اگر ضروری باشد می‌تواند زیست‌تخریب‌پذیر باشد. این در مقایسه با سایر پلیمرهای فسیلی پر شده سودمند است. این منطقه در حال رشد توسعه مواد پایدار است که همچنین با اقتصاد زیستی و چرخه‌ای مطابق است.

دستاوردهای قالب‌گیری

فراتر از چاپ سه بعدی، پروژه RISE PFI’s BioComp در حال توسعه مواد بایوکامپوزیت جدید و پایدار است تا جای‌گزینی برای پلاستیک‌های پایه نفتی (فسیلی) در بخش قالب‌گیری تزریقی باشد. این پروژه تا حدی توسط شورای تحقیقات نروژ تأمین می‌شود؛ همکاری بین RISE PFI و شرکت‌های alloc نروژی (یک شرکت محصولات ساختمانی)، Norske Skog Saugbrugs (تولیدکننده بایوکامپوزیت) و Plasto (قالب‌گیر تزریقی) است. این پروژه در سال ۲۰۲۱ آغاز شده است و شرکا می‌گویند پیشرفت چشم‌گیری داشته‌اند. مطابق گفته‌ Dag Molteberg مدیر ارشد و توسعه Norske Skog Saugbrugs ساخت کارخانه جدید ارائه بایوکامپوزیت را به پایان رسانده است که دارای خروجی ۱۲۰ کیلوگرم بر ساعت در حداکثر سرعت (حدود ۱ تن در یک روز کاری عادی) است. این شرکت تأسیسات بزرگ مکانیکی حرارتی خمیر کاغذ (TMP) برای تولید کاغذ و بایوکامپوزیت با الیاف TMP از چوب صنوبر را تأمین خواهد کرد. یک قسمت از کارخانه برای خشک کردن، آماده سازی و گرانول سازی الیاف چوب استفاده می‌شود. بخش دوم سیستم ترکیب را در خود جای داده است که الیاف خرد شده (گرانول شده) با پلاستیک‌ها و افزودنی‌ها جهت تولید گرانول‌های بایوکامپوزیتی (با نام تجاری Cebico) ترکیب می‌شوند. سیستم اختلاط شامل مناطق گاززدایی جهت حذف رطوبت و ویژگی کنترل دما به خوبی تنظیم شده است. Molteberg می‌گوید: خط قابلیت خرد کردن هوا خشک شده و در زیر آب را دارد. قطر آمیزه‌های گرانولی بین ۳ تا ۵ میلی‌متر و طول آن‌ها بین ۴ تا ۷ میلی‌متر است. Saugbrugs چندین تن از این مواد را از زمان تولید آزمایشی در دسامبر سال گذشته تولید کرده است. همچنین اضافه می‌کند: آزمایش مواد نشان می‌دهد که الیاف به خوبی در ماتریس پراکنده شده اند. استحکام کششی مطلوب و سختی خمشی بالا می‌دهد. پایداری ابعادی حرارتی از PE و PP پر نشده بهتر است و نتایج، جذب آب بسیار کم حتی در آب جوش را نشان می‌دهد. پارامترهای جریان مذاب نیز برای قالب‌گیری تزریقی قابل قبول هستند. Molteberg می‌گوید: مقدار الیاف در کامپوزیت‌ها می‌توانند بین ۲۰ تا ۶۰% وزنی متغیر باشند، اما به طور معمول بین ۳۰ تا ۴۰% است. جز ترموپلاستیک شامل PE یا PP خام و بازیافت شده و در این پروژه استفاده از مواد ترموپلاستیک مبتنی بر زیستی و زیست‌تخریب‌پذیر بررسی خواهد شد. Plasto قالب‌گیر تزریقی، گرانول‌های بایوکامپوزیتی را با استفاده از تجهیزات قالب‌گیری تزریقی خوکار با سرعت بالا فرآیند می‌کند. Runar stenerud مدیر پروژه Plasto می‌گوید: خط تولید برای تولید روزانه به صورت ۲۴ ساعته و بدون نیاز به اپراتور پیکربندی شده است و خروجی بالا و پایدار اجزای بایوکامپوزیت تولید شده را تضمین خواهد کرد. Stenerud  بیان کرد: همکاری با  RISE PFI در پروژه BioComp بینش ارزشمندی از خواص مکانیکی و فرآیندی مرتبط با خواص و همچنین چگونگی طراحی برای جابه‌جایی بهینه در پایان طول عمر را به ما اعطا کرد. درگیری توسعه مراحل اولیه مواد جدید نیز این فرصت را به ما می‌دهد تا بر مشخصات مواد تأثیر بگذاریم تا بهترین سازگاری ممکن را با محصول در دست توسعه و فرآیند تولیدمان تضمین کنیم. هدف شرکت محصولات ساختمانی Alloc بازاریابی محصولات امسال پروژه Biocomp است. Leif Kåre Hindersland مدیر تحقیق و توسعه شرکت می‌گوید: ما از تجربه کردن خرسندیم که تیم تحقیق و توسعه Rise PFI انجام داد که در این راستا می‌تواند برای بهبود عملیات ما منتقل شود و در تولید پنل و کف‌پوش‌ دیواری با کیفیت و خلاقانه کمک کند.

لیگنین کاربردی

شرکت فنلاندی UPM Biofore دارای چندین کسب و کار الیاف و زیست توده است و UPM Formi آمیزه پلاستیکی تقویت شده با الیاف سلولز برای قالب‌گیری تزریقی و چاپ سه‌بعدی را برای چندین سال تولید کرده است. این شرکت اکنون در حال توسعه یک پرکننده دیگر و در حال ساخت یک پالایشگاه زیستی در Leuna آلمان است که چوب راش را می‌گیرد و آن را به قندها هیدرولیز می‌کند که برای تولید بیومنواتیلن‌گلایکول و بیومنوپروپیلن گلایکول و لیگنین مناسب برای تبدیل به پرکننده‌های کاربردی تجدیدپذیر (RFF) استفاده می‌شود. یکی از اهداف RFF جای‌گزینی دوده یا سیلیکا رسوبی است. Christian Hübsch مدیر فروش و بازاریابی UPM Biochemicals (گروه UPM مستقر در آلمان) می‌گوید: در ترموپلاستیک و ترموست الاستومرها، RFF ممکن است دارای دو استفاده مختلف باشد. یک کاربرد برای RFF، یک رنگ‌دانه سیاه جای‌گزین دوده است. مورد دوم استفاده از درصد بالای RFF جهت افزایش محتوای تجدیدپذیر و کاهش ردپای کربن است. در حالی که ویژگی‌های مکانیکی قابل قبول حفظ شود. Hübsch می‌گوید: تا الان ما ترکیبات با ۳۰-۴۰% درصد وزنی RFF در PE، PP ، PBAT و… ساخته‌ایم. در حالی که RFF اغلب برای جای‌گزینی پلیمر در فرمولاسیون آمیزه استفاده می‌شود، می‌توان برای جای‌گزینی پرکننده‌های مرسوم جهت سبک‌سازی استفاده کرد. Hübsch می‌گوید: با دانسیته تنها ۱/۳ گرم بر سانتی متر مکعب، RFF 50 تا ۶۰% از بسیاری پرکننده‌های سفید سبک‌تر است. همچنین اضافه می‌کند: RFF با ترکیبات مبتنی بر سلولز یا کامپوزیت‌های چوب-پلاستیک متفاوت است. آمیزه‌های ترموپلاستیک با درصد بالای RFF نشان دهنده یک کلاس جدید از مواد با پتانسیل عظیم آینده است. RFF اساساً بدون ترکیبات آلی فرار (VOC) است و ما در حال جمع‌آوری داده‌های لازم برای صدور گواهینامه تماس با غذا و آب آشامیدنی هستیم. UPM مرکز کاربرد را در سایت Leuna بازگشایی و آزمایش، توسعه و همچنین خدمات آمیزه‌سازی محصول را آغاز کرده است. Hübsch می‌گوید: ما شرکت خود را به عنوان یک شریک مستربچ و آمیزه‌ساز می‌بینیم. با این حال ما توسعه آمیزه‌های خودمان را انجام می‌دهیم. ما هر دو را برای مشتری خاص، برنامه‌های بهینه‌سازی ترکیب و مطالعات بنیادین دیگر به صورت موازی برای طیف گسترده‌ای از پلیمرها و کاربردها اجرا می‌کنیم. انتظار می‌رود پالایشگاه زیستی صنعتی در اواخر سال ۲۰۲۳ راه اندازی شود و اولین مقادیر تجاری در اوایل سال ۲۰۲۴ در دسترس خواهد بود. در حال حاضر نمونه‌های مواد تا چند صد کیلوگرم توسط شرکای منتخب برای اهداف توسعه و تأیید آمیزه در حال آزمایش هستند. UPM می‌گوید که  BioMotion RFF دارای CO2 خنثی است و انتظار می‌رود در مقیاس صنعتی CO2 منفی باشد. بر اساس آنالیز چرخه عمر تأیید شده شخص ثالث مطابق گفته‌ Barbara Gall مدیر توسعه بازرگانی، پرکننده عمل‌کردی تجدیدپذیر در UPM Biochemicals فیلر بیش از ۹۴% محتوای کربن تجدیدپذیر خواهد داشت و خلوص بالا خواهد بود (VOC و محتوای گوگرد کم). Nymax Bio خط جدیدی از ترکیبات PA Avient است که دارای ۱۶ تا ۴۷% پرکننده از منابع گیاهی تجدیدپذیر مانند ذرت، کاه و گندم است. پایداری یک اولویت بالا برای برندهای مصرف کننده است.  Matt Mitchel بازاریاب جهانی مواد مهندسی تخصصی شرکت می‌گوید: اکثر ابتکارات در راستای محصولات با سازگاری بیش‌تر با محیط زیست ساخته شده‌اند. Avient می‌گوید: در مقایسه با جای‌گزین‌های پلی‌آمید ۶۶ تقویت شده با الیاف شیشه مرسوم، گریدهای مشتقات زیستی، تابیدگی کم‌تر همراه با سطح ظاهری و رنگ‌پذیری مطلوب ارائه می‌کنند. فرمولاسیون‌های با جذب کم آب به نمایش پایداری ابعادی بسیار خوب و حفظ ویژگی پس از شرطی‌سازی گفته می‌شود. انتظار می‌رود گریدهای جدید، کاربرد در خودروسازی، صنعتی و ساختمانی پیدا کنند و می‌توان آن را با قالب‌گیری تزریقی و اکستروژن فرآیند کرد. آن‌ها همچنین می‌توانند برای ارائه خواص کاربردی ویژه مانند جوشکاری لیزری یا تأخیر در شعله به صورت سفارشی فرموله شوند. مواد Nymax Bio در آسیا تولید می‌شوند اما در سطح جهانی در دسترس هستند.

کنف مناسب

مقررات در ایالات متحده در سال ۲۰۱۸ تغییر کرد تا اجازه رشد کنف را دهد. از آن زمان شرکت بیوتکنولوژی صنایع Heartland کار کرده است تا یک زنجیره تأمین کنف صنعتی قابل اعتماد ایجاد کند تا افزودنی‌های کربن منفی را برای پلاستیک‌ها فراهم کند. مطابق گفته‌ John ElY CMO در Heartland ریسک‌زدایی و مقیاس‌پذیری دو متغیر کلیدی در خلق زنجیره تأمین قابل اعتماد هستند. ما رویه‌های عملیاتی ساده خلق کردیم که هر کشاورز برای داشتن محصول موفق (مثل ذرت و سویا) می‌تواند از آن پیروی کند. این مهم‌ترین پی‌گیری برای کاهش خطر بانک‌ها و آژانس‌های بیمه است. به علاوه که ما در کنار کشاورزان در مناطق مختلف آمریکا برای بهبود انعطاف‌پذیری یک محصول در مورد حوادث موجود آب و هوایی کار می‌کنیم. Ely می‌گوید:  اولین برداشت عمده محصول ایالات متحده امسال پیش‌بینی می‌شود و انتظار دارد که قراردادهای تجاری را در سه ماهه‌ چهارم ۲۰۲۲ برای افزودنی‌های کنف ببیند. Heartland  در ماه ژانویه یک توافق توسعه مشترک با Ravago آمریکا را برای مهندسی کردن افزودنی‌های کنف برای کاربردهای آمیزه‌های پلیمری اعلام کرد. کامپاندهای پلاستیک پرشده با کنف گفته می‌شود که سبک‌تر، ارزان‌تر، پایدارتر با خواص گرمایی و آکوستیک افزایش یافته هستند. Ravago که بازیافت‌کننده، آمیزه‌ساز و توزیع‌کننده است Heartland را در فرمولاسیون افزودنی‌ها راهنمایی می‌کند که نیازی به ابزارآلات مجدد برای آمیزه‌ساز و قالب‌گیرها نخواهد داشت. کنترل کیفیت الیاف کنف heartland اندازه استوار، رطوبت و ناحیه سطح را فراهم می‌کند در حالی که فرآیند مهندسی اختصاصی فرآیند و پیوند با پلاستیک را بهبود می‌بخشد. Ely می‌گوید: هدف ارائه جای‌گزینی ۱:۱ به تولیدکنندگان است که هزینه کم‌تر همراه با دیگر ویژگی‌های کاربردی است که یکسان نگه داشته شده است. به عنوان مثال این شرکت در حال کار بر روی کنف پرشده به عنوان جای‌گزینی برای ترکیبات PP حاوی ۲۰% تالک است. الیاف نیز در پلیمرهایی از قبیل PE، PVC، ABS و PET ارزیابی شده است. به گفته‌ Ravago آمیزه PP حاوی ۲۰% کنف استحکام کششی تقریباً یکسانی با PP حاوی ۲۰% تالک خواهد داشت. به علاوه دارای ۲۰% مدول خمشی کم‌تر و ۲۰% مقاومت ضربه آیزود بیش‌تر است. Chuck taylor مدیر فنی و مدیر کسب و کار Ravago Manufacturing Americas می‌گوید: همچنین کاهش وزن قطعه تا حدود ۲۰% را ارائه می‌دهد. Taylor می‌گوید: جای‌گزینی الیاف شیشه با الیاف کنف مطلوب است اما هنوز ممکن نیست. ما باید یک شیمی با دوام جهت اصلاح کنف ایجاد کنیم تا به رزین برای ایجاد تقویت چسبانده شود. او گفت تا آن زمان کنف به عنوان پرکننده عمل خواهد کرد. با این حال مطابق گفته‌ او مشتریان به طور فزاینده‌ای درخواست محصولات تجدیدپذیر و پایدار را می‌کنند و به نظر می‌رسد درک کنند که این راه حل‌ها ممکن است افزایش هزینه را به دنبال داشته باشد. او اضافه می‌کند: این تمایل به پرداخت برای پایداری به طور چشم‌گیری با آنچه که در گذشته دیده‌ایم متفاوت 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

PET پُرشده با الیاف شیشه برای اجزای بیرونی خودرو

دو گرید جدید تقویت شده با الیاف شیشه از PET گفته می‌شود که خواص مکانیکی، ظاهر و مقاومت در برابر شرایط جوی را برای اجزای بیرونی خودرو ارائه می‌کنند، از گروه پلی‌پلاستیک در دسترس هستند. طبق گزارش‌، ۳۰% از گریدهای RH030 پُرشده با الیاف شیشه Renatus و ۴۵% از گریدهای RH045 پُرشده از الیاف شیشه، سیاه‌رنگی جت خود را حفظ می‌کنند و سفیدی روی سطح اجناس قالب‌گیری شده را در محیط‌های بیرون کاهش می‌دهند، در حالی که آن‌ها را به طور ایده‌آل برای کاربردهایی مانند آینه‌های جانبی خودرو و بازوها/تیغه‌های برف پاک‌کن عقب مناسب می‌سازد.

از آنجایی که قطعات PET رنگ‌آمیزی نمی‌شوند، تخریب جوی می‌تواند در طول زمان رخ دهد. پرکننده الیاف شیشه می‌تواند شروع به شناور شدن کند و سیاهی جت می‌تواند کاهش یابد. تست مقاومت در برابر شرایط جوی شتاب داده شده نشان می‌دهد که مواد جدید پلی‌پلاستیک Renatus PET مقادیر شاخص کم‌تری را نسبت به رقبا حفظ می‌کنند، بنابراین نشان می‌دهد که سفیدی کاهش می‌یابد. در حالی که رزین‌های پلاستیکی قوی‌تر ساخته می‌شوند هنگامی که با الیاف شیشه تقویت می‌شوند، تأثیر منفی بر ظاهر سطح محصولات قالب‌گیری شده نیز یک اثر منفی است که می‌تواند رخ دهد.

گریدهای RH030 و RH045 نشان داده شده است که به دلیل قابلیت انتقال بهتر قالب در طول قالب‌گیری، محصولات قالب‌گیری شده را با ظاهر سطحی خوب تولید می‌کنند. آزمایش‌های اخیر شرکت نشان می‌دهد که وقتی با PBT گرید استاندارد ۳۰% پُرشده از شیشه مقایسه می‌شود، RH045 PET براقیت سطح بالاتری را نشان می‌دهد، اگرچه مقدار زیادی لیف شیشه دارد که به فرمولاسیون اضافه می‌شود. از نظر عمل‌کرد مکانیکی، PET معمولاً دارای خواص برتر در مقایسه با PBT است. در بارگیری‌های الیاف شیشه مشابه، گریدهای PET RH030 و RH045 دارای خواص مکانیکی بالاتری از جمله استحکام کششی، مدول خمشی و دمای انحراف تحت بار بیش‌تر در مقایسه با گریدهای PBT هستند.

 

لینک خبر:

https://www.ptonline.com/products/glass-filled-pet-for-automotive-exterior-components

 

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

چرا کامپوزیت‌ها متفاوتند؟

کامپوزیت‌ها خواص مختلفی نسبت به سایر مواد دارا هستند. برای مثال فلزات استحکام یکسانی در همه جهات دارند. کامپوزیت‌ها می‌توانند طبق درخواست مشتری جهت گیری شده یا در یک جهت خاص بیش‌ترین استحکام را داشته باشند. اگر کامپوزیتی در یک جهت باید در قبال خمش مقاومت کند، بیش‌تر الیاف می‌توانند در جهت ۹۰ درجه عمود بر نیروی خمشی قرار گیرند. این کار، سازه‌ای خیلی سفت را در یک جهت ایجاد می‌کند. آنچه واقعاً اتفاق می‌افتد این است که بیش‌تر ماده می‌تواند به طوری که مؤثرتر است به کاربرده شود. در عوض در فلزات اگر استحکام بزرگ‌تری در یک جهت خواسته شده باشد ماده باید به طور کلی ضخیم‌تر ساخته شود که وزن را اضافه کند.

کامپوزیت‌ها نسبت به فلزات به خاطر دامنه وسیع ترکیبات مختلفی از ماده می‌تواند در آن‌ها استفاده شود، تفاوت دارند. از این رو استفاده از هندبوک جهت طراحی کامپوزیت‌ها مشکل است. مشخصه‌های عمل‌کرد کامپوزیت‌ها می‌توانند به طور عجیبی تغییر داده شوند و هیچ چیزی به صورت یک کامپوزیت کلی و عمومی وجود ندارد. عوامل زیادی وجود دارند که باعث می‌شوند کامپوزیت‌ها به صورت یک ماده مهندسی قابل تعریف درآیند.

کامپوزیت‌ها شامل یک یا چند فاز ناپیوسته می‌باشند که در یک فاز کلی پیوسته و به صورت محاط در آن قرار گرفته‌اند. فازهای ناپیوسته معمولاً سخت‌تر از فازهای پیوسته می‌باشند و به نام تقویت‌کننده‌ها یا مواد تقویت‌کننده نامیده می‌شوند در صورتی که فاز پیوسته را ماتریس می‌نامند. خواص کامپوزیت‌ها شدیداً تحت تأثیر مواد سازنده، چگونگی توزیع این مواد و نیروهای جاذبه بین آن‌ها قرار می‌گیرند. به عبارت دیگر هر یک از خواص کامپوزیت‌ها جمع درصدهای آن خاصیت در فازهای مخختلف بوده به نحوی که فازهای مختلف در اشکال گوناگون جذب یک‌دیگر و باعث بهبود در خواص همه فازها می‌شوند.

انواع زیادی از رزین‌ها و تقویت‌کننده‌های مورد استفاده در کامپوزیت‌ها وجود دارند. هر یک از آن‌ها در ایجاد خواص ویژه‌ای از محصولات پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف FRP (Fiber Reinforced Plastic) سهیم هستند. تعداد زیادی از رزین‌های گوناگون وجود دارند که در ساخت کامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند. این سیستم‌های رزینی عبارتند از پلی‌استر، وینیل‌استر، اکریلیک اصلاح شده، اپوکسی، فنولیک و یورتان. نکته مهم قابل توجه این است که هر یک از این رزین‌ها مشخصه‌های عمل‌کردی ویژه‌ای را دارند. برای مثال اگر محصولی نیاز هست که در قبال خوردگی مقاوم باشد، رزین وینیل‌استر یا ایزوفتالیک می‌تواند به کار برده شود. اگر استحکام بالا بحرانی باشد، یک اپوکسی می‌تواند رزین انتخابی باشد. اگر هزینه محصول یک عامل مهم باشد، رزین پلی‌استر متداول‌ترین مصرف می‌باشد. سیستم رزینی بر مبنای نیازهای هزینه‌ای و کاربردی محصول انتخاب می‌شود.

کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف (FRC) (Fiber Reinforced Composite)

به طور کلی نقش‌های ماتریس در یک کامپوزیت لیفی به قرار ذیل می‌باشد.

اولاٌ لیف را محکم در جای خود نگه می‌دارد و از سطوح آن‌ها در مقابل سایش مکانیکی حفاظت می‌کند.

ثانیاً وقتی یک نیروی خارجی اعمال می‌شود ماتریس تغییر شکل می‌دهد و تنش‌های وارده را به طور یکنواخت به الیاف درون خود منتقل می‌سازد.

ثالثاً سبب ایجاد یک سپر حفاظتی مناسب در مقابل شرایط محیطی نامناسب می‌شود.

مزایای هشت‌گانه کامپوزیت‌ها (پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف FRP)

انعطاف‌پذیری در طرحی

کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف شیشه را می‌توان در هر اندازه و شکلی قالب‌گیری نمود. در این مقوله انتخاب صحیح و مناسب مواد از مهم‌ترین ارکان در انعطاف‌پذیری برای کامپوزیت‌ها جهت مواد قالب‌گیری می‌باشد.

پایداری ابعادی

کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف در دامنه وسیعی از درجه حرارت و استرس‌های فیزیکی، پایداری ابعادی خود را حفظ می‌کند. از دیگر خواص استثایی این مواد اینست که می‌توان ضریب انبساط حرارتی آن‌ها را طوری طراحی نمود تا برای هر فلزی بتوان آن‌ها را به کار برد.

ساخت قطعات به شکل یک‌پارچه

امروزه می‌توان به جای استفاده از قطعات پیچیده ساخته شده از چندین فلز مختلف، از کامپوزیت یکپارچه استفاده نمود. فرآیند ساخت این کامپوزیت‌های فلزی پیچیده بوده اما با پیشرفت علوم و تکنولوژی دانش بشر در زمینه ساخت و استفاده بهینه از این مواد در حال افزایش است.

مقاومت بالا

مواد کامپوزیت موادی بسیار سخت و ناهموار هستند که نه تنها می‌توان آن‌ها را مشابه فلزات دانست بلکه در بسیاری موارد از فلزات برترند.

سبکی وزن

کامپوزیت‌های تقویت‌ شده با الیاف (FRP) در حجم مساوی با یک قطعه آلومینیومی ۴۰%-۳۵% سبک‌تر از آن می‌باشد و از خواص بسیار جالب دیگر آن با توجه به وزن بسیار ناچیز، نسبت مقاومت به وزن بالایی است که کامپوزیت‌ها دارند این امر باعث شده تا رقیب بزرگی برای فلزات به شمار آیند.

هزینه تجهیزات متوسط

هزینه تجهیزات برای کامپوزیت‌های FRP در مقایسه با موادی با خواص آن‌ها (مواد رقیب) از مقدار متوسطی برخوردار است. علت آن را می‌توان در سهولت شکل‌گیری قطعات کامپوزیتی و سهولت قالب‌گیری آن‌ها خلاصه نمود. با طراحی مناسب می‌توان تعداد قالب‌ها و فرآیندهای قالب‌گیری را کاهش داده و سبب کاهش هزینه تجهیزات گردید.

هزینه براخت‌کاری پائین

به منظور ایجاد سطوح صاف و صیقلی از یک سو و ساخت قطعات کامپوزیتی رنگی از سوی دیگر می‌توان از صیقل‌دهنده‌ها استفاده نمود. این مواد در مقایسه با مواد مشابه از قیمت بسیار نازل‌تری برخوردارند.

مقاومت خوردگی بالا

یکی از مهم‌ترین مزایای کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف مقاومت فوق‌العاده آن‌ها در برابر مواد و محیط‌های خورنده است. این مقاومت تا حد زیادی بستگی به نوع ماتریس مورد استفاده در قطعه کامپوزیت دارد.

مقاومت کامپوزیت‌های لیفی

چندین عامل در میزان مقاومت کامپوزیت‌های فایبر-ماتریس مؤثرند.

احتمالاً مهم‌ترین عامل، آرایش الیاف یا طرز قرار گرفتن آن‌ها درون ماتریس می‌باشد. معمولاً الیاف بیش‌ترین مقاومت را در امتداد طول خود نشان می‌دهند. سه نوع اصلی از آرایش الیاف تقویت‌کننده تک‌جهتی، دوجهتی، ایزوتروپیک.

عوامل مؤثر بر مقاومت‌ کامپوزیت‌های لیفی را می‌توان به موراد زیر خلاصه کرد:

۱- مقاومت خود الیاف ۲- طول الیاف ۳- تعداد ترک‌های ریز در الیاف ۴- شکل الیاف ۵- میزان چسبندگی الیاف به ماتریس

از میان عوامل پنج‌گانه فوق، مورد میزان چسبندگی الیاف به ماتریس از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

عواملی چند در میزان استحکام بین الیاف و ماتریس مؤثرند.

مثلاً حباب‌های هوا باعث ایجاد حفره‌هایی می‌شود که در آن نقاط ماتریس با الیاف در تماس نیستند.

مشکل دیگر رطوبت است. شیشه جاذبه‌الرطوبه است. چنانچه سطح الیاف خیس باشد اتصال مناسب با ماتریس به وجود نمی‌آید به همین خاطر اغلب سطح الیاف را با عامل پیونددهنده (Coupling Agent) پوشش می‌دهند. این پوشش باعث بهبود مقاومت چسبندگی می‌شود. علاوه بر الیاف شیشه، از الیاف مختلفی در ساخت کامپوزیت‌های لیفی شکل استفاده می‌شود. از جمله گرافیت و کربن، الیاف فلزی و سرامیکی.

کامپوزیت‌ها با ماتریس پلیمری

کامپوزیت‌ها با ماتریس پلیمری نه تنها به عنوان موضوع جالب آزمایشگاهی یا ماده‌ای برای ساخت محصولاتی ارزان قیمت، بلکه به عنوان موادی با ساختار مهندسی مورد توجه قرار گرفته گرفته‌اند. این امر نه تنها به علت استفاده از وجود الیاف با کیفیت بالا مانند کربن، بور، کولار بلکه به دلیل وجود بعضی ماتریس‌های جدید توسعه یافته است. به طور کلی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه بزرگ‌ترین گروه را در بین کامپوزیت‌های با ماتریس پلیمری به خود اختصاص داده‌اند. ماتریس‌های پلیمری در مقایسه با سایر ماتریس‌ها بسیار پیچیده‌تر است و لی با هزینه کم‌تر و به سهولت فرآیند می‌شوند. از طرف دیگر این مواد استحکام و مدول کشسانی کم‌تر و گسترده دمای کاربردی پایین‌تری دارند.

البته قرار گرفتن درازمدت پلیمرها در معرض نور ماوراءبنفش یا بعضی از حلال‌ها، کاهش خواص آن‌ها را به دنبال دارد. چون در پلیمرها پیوند کووالانسی غالبند معمولاً این مواد رسانایی گرمایی، هدایت حرارتی و الکتریکی ضعیفی از خود نشان می‌دهند. در هر صورت معمولاً پلیمرها در مقایسه با فلزات در مقابل مواد شیمیایی مقاوم‌ترند.

کارایی و خواص کامپوزیت‌ها

این ماده جدید ویژگی‌های بهتری از هر یک از اجراء متشکله خود دارد. این شاید مهم‌ترین انگیزه ساخت کامپوزیت‌ها باشد.

خواصی را که می‌توان به وسیله به هم آمیختن مواد (کامپوزیت) بهبود بخشید، عبارتند از:

مقاومت، سختی، مقاومت در برابر خوردگی، جذابیت ظاهری، وزن، مقاومت در مقابل خستگی، انبساط یا انقباض ناشی از تغییرات درجه حرارت، عایق حرارتی بودن، عایق صوتی بودن، قابلیت هدایت حرارتی، قابلیت هدایت الکتریکی

البته بافتن کامپوزیتی که کلیه خواص فوق را دارا باشد کار دشواری است. معمولاً برخی از این خواص در یک کامپوزیت مورد نیاز است.

پارامترهای اصلی مؤثر در خواص کامپوزیت‌ها

این پارامترها را می‌توان به سه دسته زیر طبقه‌بندی نمود

  • موادی که کامپوزیت از آن‌ها تشکیل شده است.
  • شکل و ترتیب قرارگرفتن این مواد اصلی
  • اثرات متقابل این مواد بر یک‌دیگر

محدودیت‌های کامپوزیت‌ها را می‌توان در موارد ذیل جمع‌بندی کرد

با وجود آن که قوانین ساده‌ای برای نمونه‌های کوچک وجود دارد، اما پیش‌بینی خواص نمونه‌های بزرگ‌تر مسأله‌ساز می‌باشد و از لحاظ ایمنی باعث وقوع زیان‌های جدیدی می‌گردد.

کنترل مرغوبیت و کیفیت اجزاء اصلی و قطعات ساخته شده از آن‌ها به ویژه قطعات حساس و تحت تنش‌های مکانیکی شدید نظیر قطعات هواپیما.

طرح مهندسی ویژه کامپوزیت‌ها، این محدودیت بیش‌تر در موارد عمومی صنعتی وجود دارد تا صنایع فضایی که در آن طرح‌ راه حل‌های غامض معمول می‌باشد.

محدودیت تخصصی و آموزشی در تمام سطوح در عرصه طراحی، ساخت و مصرف کامپوزیت‌ها.

تقویت‌کننده‌های لیفی

معمولاً یک ماده کامپوزیت شامل یک ماتریس برای نگه‌ داشتن مواد تقویت کننده می‌باشد. مواد تقویت‌کننده چنان که گفته شد مهم‌ترین عامل در اعطاء مقاومت به سیستم کامپوزیتی بوده و دارای اشکال متفاوتی می‌باشند. این مواد قادرند حرارت را هدایت و در برابر مواد شیمیایی مقاومت نمایند. در حال حاضر الیاف به عنوان مهم‌ترین عامل تقویت‌کننده سیستم‌های کامپوزیتی شناخته شده‌اند. کاربرد این مواد نیز بسیار متنوع بوده و از ساخت قطعات کامپیوتر تا راکت‌های تنیس و مخازن نگه‌داری مواد شیمیایی را شامل می‌شود.

الیاف حجم قابل توجهی از کامپوزیت را اشغال می‌کنند و بخش بزرگی از بار وارده به یک سازه کامپوزیتی را تحمل می‌کنند. انتخاب صحیح در مورد مقدار، نوع و آرایش الیاف بسیار مهم است زیرا بر روی خواص زیر می‌تواند اثر بگذارد.

  • وزن مخصوص
  • استحکام کششی و مدول
  • استحکام فشاری و مدول
  • استحکام خستگی و مکانیزم شکست در خستگی
  • ضرایب انتقال حرارتی و الکتریکی
  • قیمت

الیاف شیشه

الیاف شیشه متداول‌ترین الیاف تقویت‌کننده برای کامپوزیت‌های با ماتریس پلیمری هستند.

مزیت‌های اصلی الیاف شیشه: قیمت کم، استحکام کششی بالا، مقاومت شیمیایی بالا، خواص عایق عالی آن‌ها می‌باشد.

معایب آن‌ها عبارتند از مدول کششی کم، وزن مخصوص نسبتاً زیاد حساسیت به سایش در موقع حمل و نقل (که غالباً استحکام کششی را کاهش می‌دهد)، مقاومت خستگی کم و سختی زیاد که باعث سایش قالب‌ها و ابزار برش می‌شود. بر حسب نوع و ترکیب مواد به کار رفته در الیاف شیشه آن‌ها را به انواع گوناگون تقسیم می‌کنند و برای معرفی نوع نیز از یک حرف که از واژه معروف خصوصیت آن لیف استخراج شده است، استفاده می‌کنند.

Untitledk

انواع الیاف شیشه تجاری- نام و نوع مواد موجود در لیف

شیشه E اشاره به Electrical دارد و بیش‌تر از ۹۰% الیاف شیشه مورد مصرف در کامپوزیت‌ها از این نوع می‌باشد. این نوع الیاف خواص الکتریکی خوبی از خود نشان می‌دهند و در بین مجموعه الیاف شیشه پایین‌ترین قیمت را نیز دارا می‌باشند.

الیاف نوع S بالاترین استحکام را دارا هستند و S اشاره به High Strenghth دارد. استحکام این نوع لیف حدود ۲۰% نسبت به نوع E بیش‌تر است اما قیمت آن حدود ۴ برابر الیاف E است.

حرف C اشاره به Chemical (High Chemical Durability) دارد.

شیشه M اشاره به Modulus (High Modulus) دارد.

الیاف نوع D کم‌ترین ثابت دی‌الکتریک را دارد و در ساخت سپرهای محافظ رادار از آن‌ها استفاده می‌شود.

نوع A اشاره به (Window & Container Glass) Soda-lime glass که یک شیشه High Alkali است، دارد. اگرچه در برهه‌ای یک نوع کاملاً متداول بوده است اما امروزه تقریباً E جای‌گزین آن شده است.

الیاف Z شیشه حاوی Zirconia است و یک شیشه با مقاومت عالی در برابر مواد قلیایی است.

کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف شیشه در صنایع مختلف کارایی خوبی از خود نشان داده‌اند از جمله این‌ها می‌توان به ساخت مخازن توسط این مواد اشاره نمود.

مخازن حمل و نگه‌داری

از دیگر کاربردهای مواد کامپوزیتی ساخت مخازن نگهداری جهت حمل از طریق دریا یا زیر دریا می‌باشد.

به عنوان مقایسه‌ای از خواص عالی کامپوزیت‌ها نسبت به مخازن و ظروف فلزی (فولادی و آلومینیومی) می‌توان به ارزان قیمت بودن، سبک بودن و مقاومت بسیار بالا در برابر محیط‌های خورنده اشاره نمود.

کامپوزیت‌ها در صنعت مهندسی دریا

آب‌های موجود در جهان یکی از شدید‌ترین محیط‌های خورنده را به وجود می‌آورند. به این منظور باز هم این کامپوزیت‌ها هستند که در جهت رفع این مشکل پا به میدان گذاشته و این نقیصه را برطرف می‌نمایند.

استفاده از کامپوزیت‌ها در صنعت مهندسی دریایی به جنگ جهانی دوم باز می‌گردد هنگامی که استفاده از پلاستیک‌های تقویت‌شده برای اولین بار تجربه شد.

تجربیات چندین ساله نشان داد که بهترین کامپوزیت‌ها در این مورد عبارتند از کامپوزیت‌های شیشه و اپوکسی و شیشه پلی‌استر دارای خواص بسیار عالی نظیر

مقاومت بالا، پایداری زیاد، وزن ناچیز، مقاومت در برابر شرایط محیطی عالی و سهولت در ساخت می‌باشند.

در این مورد می‌توان از کامپوزیت‌ها به شکل لمینیت‌های ساخته شده از رزین‌های اپوکسی یا پلی‌استر که توسط الیاف (به خصوص الیاف شیشه) تقویت شده‌اند، استفاده نمود.

صنایع ساختمانی

از دیگر کاربردهای مواد کامپوزیت‌، استفاده در صنایع ساختمانی است. در این جا بیش‌تر به بحث پیرامون انواع رزین‌ها و تقویت‌کننده‌های مورد مصرف در این صنعت پرداخته می‌شود.

الف) تقویت‌کننده‌ها

در صنایع ساختمانی به منظور بالابردن میزان مقاومت و سختی سازه‌ها، از تقویت‌کننده های مختلفی استفاده می‌شود.

متداول‌ترین انواع تقویت‌کننده‌هایی که در ساخت این کامپوزیت‌ها به کار می‌روند، شیشه می‌باشد که به دلیل خواص ویژه‌ای که دارد در اغلب سازه‌ها از آن به اشکال گوناگون استفاده می‌شود.

ب) رزین‌ها

تقریباً کلیه پلاستیک‌ها می‌توانند به عنوان ماتریس سازه‌های کامپوزیتی مورد استفاده واقع شوند از متداول‌ترین و پرمصرف‌ترین آن‌ها در صنایع ساختمانی به علت ارزان‌قیمت بودن و سهولت ساخت می‌توان به رزین‌های پلی‌استر غیر اشباع، اپوکسی‌ها و تا حدی آکریلیک‌ها اشاره نمود.

از گروه‌های اتصال‌دهنده آکریلیک می‌توان جهت بالابردن مقاومت محیطی (weathering Resistant) سازه استفاده نمود.

کامپوزیت‌ها جای‌گاه ویژه‌ای در ساخت این مواد دارا می‌باشند. علت این مهم، داشتن خواص ذیل است

خواص مناسب کامپوزیت‌ها جهت ساخت ابزار

پایداری ابعادی بالا

وزن ناچیز

سیکل گرمایی سریع‌تر و سرد شدن کندتر

هزینه ثابت پایین‌تر

مدت زمان ساخت کم‌تر

سهولت کپی‌کردن مواد

رزین‌های ترموست در ساخت اسباب و تجهیزات

این رزین‌ها موادی هستند که توسط اعمال حرارت یا با استفاده از کاتالیست و یا نور ماوراءبنفش و… دست‌خوش

واکنش های شیمیایی می‌گردند که منجر به پدید آمدن یک حالت غیر قابل ذوب شده است.

رزین‌های ترموست پلی‌استر به طور کلی در موارد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند چون می‌توان آن‌ها را به راحتی تحت تحت فرآیند قرار داد و ضمناً از نظز اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می‌باشند.

البته به علت خصوصیات ویژه‌ای که اپوکسی‌ها، سیلیکون‌ها و فنولیک‌ها دارند، گاه‌گاهی آن هم بر حسب نیازهای خاص، مورد استفاده واقع می‌شوند.

اصولاً یکی از مهم‌ترین معیارهای انتخاب این رزین‌ها بسته به نوع کاربردی است که انتظار داریم برای مثال جهت استفاده در محیط‌های خورنده یا در درجه حرارت‌های بسیار بالا و… از سیستم‌های رزینی خاصی استفاده می‌شود.

در این جا ذکر این نکته نیز لازم است که کامپوزیت‌ها (مثلاً کامپوزیت‌های رزین‌های گرماسخت تقویت‌شده با شیشه) معمولاً با یک‌سری مواد افزودنی به کار برده می‌شوند، مانند پرکننده‌ها، کاتالیست‌ها، بازدارنده ها، پیگمنت‌ها و عوامل جداکننده از قالب.

کلیه مواد افزودنی با تقویت‌کننده مناسب شیشه و سیستم رزینی مناسب ترکیب گردیده تا دامنه وسیعی از خواص را ایجاد نمایند.

از دیگر کاربردهای مهم کامپوزیت‌ها می‌توان به استفاده از مواد کامپوزیت در ساخت وسایل ورزشی اشاره نمود. مانند قاب دوچرخه با الیاف کربن و راکت تنیس از اپوکسی-کربن.

به علت سبکی وزن و در عین حال استحکام بالای این مواد، می‌توان در ساخت اجزاء مصنوعی بدن انسان نیز از آن‌ها استفاده نمود مثل ساقه‌های ساخته شده از الیاف کربن.

فرآیندهای ساخت کامپوزیت‌ها

دو تقسیم‌بندی عمومی در فرآیندهای ساخت کامپوزیت‌ها وجود دارد: قالب‌گیری باز (تماسی) قالب‌گیری بسته. در قالب گیری باز ژل‌کت و لایه‌ها در حین فرآیند ساخت در معرض اتمسفر محیط می‌باشند. در قالب‌گیری بسته، کامپوزیت‌ها در یک قالب دو تکه یا درون یک کیسه خلأ ساخته می‌شوند. روش‌های ساخت متنوعی در هر یک از این دو شاخه وجود دارند.

قالب‌گیری باز

  • لایه‌گذاری دستی

کاربرد دستی رزین

کاربرد مکانیکی رزین

  • فرآیند لایه‌گذاری با الیاف سوزنی

روش‌ پاشش با اسپری به صورت اتمیزه

به کارگیری غیر اتمیزه

  • روش فیلامنت ویندینگ

قالب‌گیری بسته

  • قالب‌گیری فشاری

Sheet Molding Compound (SMC)

Bulk Molding Compound (BMC)

Thic Molding Compound (TMC)

قالب‌گیری فشاری به صورت لایه‌گذاری خیس

  • کششی Pultrusion Processing
  • Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM)
  • Resin Transfer Molding (RTM)
  • قالب‌گیری تحت کیسه خلأ

لایه گذاری خیس

پری‌پرگ Prepreg

  • فرآیند تزریق در خلأ
  • ریخته‌گری گریز از مرکز
  • لایه‌گذرای پیوسته

فرآیندهای ساخت کامپوزیت‌ها در مطالب بعدی ذکر خواهد شد.

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

الیاف شیشه؛ انواع و کاربردهای مختلف کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه

الیاف شیشه رایج‌ترین و پرمصرف ترین لیف مورد استفاده در صنعت کامپوزیت است. بر حسب نوع و ترکیب مواد به کار رفته در تهیه آن‌ها، الیاف شیشه به انواع مختلف تقسیم‌بندی می‌شوند. ماده اصلی تسکیل دهنده الیاف شیشه همانند شیشه‌های معمولی (Soda-lime glass)، سیلیکا (SiO2) است. اکسیدهای دیگر مانند B2O3 و و Al2O3 برای اصلاح ساختمان شبکه SiO2 و همچنین بهینه کردن فرآیند ساخت نظیر پایین آوردن دمای ذوب به آن افزوده می‌شوند.

A

ساختمان الیاف شیشه یک شبکه سه بعدی از سیلیکون، اکسیژن و دیگر اتم‌ها است که به صورت غیر منظم در کنار هم قرار گرفته‌اند. لذا الیاف شیشه، ساختمانی آمورف یعنی غیر بلوری و همسان (Isotropic) دارند. یعنی در تمام جهات دارای خواص مکانیکی یکسان هستند. مزایا این لیف به شرح زیر است: قیمت پایین، استحکام کششی بالا، مقاومت شیمیایی بالا، خواص عایق عالی (حرارتی و الکتریکی).

Un

ساختار مولکولی الیاف شیشه بر پایه SiO2

الف)واحد اصلی SiO2 ب) ترکیب دو واحد ج) شبکه سه بعدی اتفاقی SiO2

انواع مختلف الیاف شیشه

الیاف شیشه به صورت A، C، D، E، M و S نام‌گذاری شده‌اند.

حرف A اشاره به soda-lime glass دارد و از واژه Alkali گرفته شده و همان شیشه معمولی است که در گذشته متداول بوده است.اما امروزه تقریباً نوع E جای‌گزین آن شده است.

حرف C از واژه Chemical گرفته شده است و الیافی است که مقاومت شیمیایی خوبی را از خود نشان می‌دهد.

حرف D از واژه Dielectric گرفته شده است و الیافی است که کم‌ترین ثابت دی‌الکتریک را دارد. هر چه ثابت دی‌الکتریک یک ماده کم‌تر باشد آن ماده در برابر امواج الکترومغناطیس شفاف‌تر (transparent) است. لذا از این الیاف در ساخت سپرهای محافظ رادار استفاده می‌شود تا ضمن محافظت از رادار از عوامل جوی، امواج را بدون افت از خود عبور دهند.

حرف E از واژه Electrical گرفته شده است. این الیاف خواص عایق الکتریکی خوبی از خود نشان می‌دهند و پایین‌ترین قیمت را دارا می‌باشند. بیش‌تر از ۹۰% از الیاف شیشه مورد استفاده در صنعت کامپوزیت از این نوع است.

حرف M از واژه Modulus گرفته شده است و الیافی هستند که مدول بالایی دارند.

حرف S اشاره به High Strength دارد و این الیاف بالاترین استحکام را دارا می‌باشند. استحکام این نوع الیاف ۲۰% از نوع E بیش‌تر و قیمت آن ۴ برابر الیاف E است.

در سال‌های اخیر الیافی با نام ECR (Extra Corrosion Resistant) به بازار عرضه شده است که در واقع همان الیاف بهبود یافته می‌باشند. این نوع الیاف مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدها و بازها از خود نشان می‌دهند.

همچنین نوع دیگری از الیاف شیشه با درصد بالای SiO2 بالا (High Silica) ابداع شده است که مقاومت حرارتی آن‌ها بسیار زیاد است. این نوع الیاف برای ساخت سپرهای حرارتی استفاده می‌شود و جای‌گزین مناسبی برای الیاف پنبه کوهی محسوب می‌شوند. قیمت این نوع الیاف در حدود ۱۰ برابر الیاف شیشه نوع E می‌باشد.

نکته قابل توجه در مورد رشته الیاف تشکیل شده از الیاف با قطر کم آن است که در صورت ظهور پدیده شکست (Brittle Fracture) ناشی از رشد ترک‌ها (Crack) که می‌تواند به دلیل وجود ترک‌های ریز یا نقص‌های سطحی (Surface Flaws) موجود بر سطح لیف باشد، تنها الیاف منفرد می‌شکنند و از شکست کامل رشته الیاف جلوگیری به عمل می‌آید. بنابراین یک رشته الیاف (Strand) دارای استحکام شکست بیش‌تر نسبت به یک لیف با قطر کلی مشابه آن می‌باشد. زیرا در یک لیف ضخیم، رشد یک ترک، به خاطر نقص‌های سطحی منجر به یه شکست کامل آن می‌‌گردد.

Untitledio

عوامل مؤثر بر استحکام الیاف شیشه:

بررسی‌ها نشان می‌دهد که خواص الیاف شیشه علاوه بر مواد به کار رفته در ساختار آن‌ها به عوامل دیگری مانند شرایط محیطی و… نیز وابسته است.

الف- سرعت اعمال بار: استحکام الیاف شیشه با سرعت کشش اعمال شده در حین آزمایش کشش، افزایش می‌یابد.

ب- دما: استحکام الیاف شیشه با افزایش دما، کاهش می‌یابد. به عنوان مثال افزایش دما از ۲۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد حدود ۳۰% افت استحکام را به دنبال داشته است.

ج- رطوبت: استحکام الیاف شیشه با افزایش رطوبت کاهش می‌یابد.

کاربردهای مختلف کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه

الکترونیک: GRP به طور گسترده ای برای تولید برد مدار (PCB)، تلویزیون، رادیو، کامپیوتر، تلفن همراه، روکش موتور الکتریکی و غیره مورد استفاده قرار گرفته است.

خانه و مبلمان: ورقه های سقف، تجهیزات وان، پنجره ها، سایه بان، قفسه ها،  میزهای چای، وان های آبگرم و غیره.

هوانوردی و هوا فضا: GRP به طور گسترده ای در هوانوردی و هوا فضا مورد استفاده قرار گرفته است اگرچه به طور گسترده ای برای ساخت چارچوب اولیه هواپیما استفاده نمی شود ، زیرا مواد جایگزینی وجود دارد که با کاربردهای آن متناسب تر است. کاربردهای معمولی GRP ، پوشش های موتور ، قفسه های چمدان ، محفظه های ابزار ، سرپوش ها ، کانال ها ، سطل های ذخیره سازی و محفظه های آنتن است. همچنین از آن به طور گسترده ای در تجهیزات حمل و نقل زمینی استفاده می شود.

ساخت قایق و کاربردهای دریایی: خواص این ماده به طور ایده آل برای ساخت قایق مناسب است. اگرچه قبلا مشکلاتی در جذب آب وجود داشته ایت، اما رزین های مدرن از مقاومت بالاتری برخوردار هستند و از آنها برای ساخت نوع ساده قایق ها استفاده می شود. در حقیقت، GRP در مقایسه با سایر مواد مانند چوب و فلزات ، دارای وزن کمتری است.

پزشکی: GRP به دلیل تخلخل کم، لکه دار نشدن و سایش سخت، به طور گسترده ای برای کاربردهای پزشکی مناسب است. از محفظه های وسایل گرفته تا تخت های اشعه ایکس (جایی که شفافیت اشعه ایکس مهم است) از GRP تشکیل شده است.

اتومبیل: GRP به طور گسترده ای در تولید قطعات خودرو مانند پانل های بدنه،  روکش صندلی، پانل درها، ضربه گیرها و روکش موتور مورد استفاده قرار گرفته است. می توان گفت، GRP به طور کلی برای جایگزینی قطعات فلزی و غیر فلزی موجود در کاربرد های مختلف مورد استفاده قرار گرفته است و هزینه های شکل دهی آن در مقایسه با مجموعه های فلزی نسبتاً کم 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

کاربرد پلیمرها و کامپوزیت‌های پلیمری در صنعت حمل و نقل – قسمت دوم: حمل و نقل ریلی

پلیمرها و کامپوزیت‌های پلیمری از جمله مواد نو می‌باشند که کاربرد آن‌ها در صنعت حمل و نقل ریلی طی سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته و در حال توسعه است. استفاده از قطارهای مسافری و وسایل حمل و نقل عمومی به شکل وسیعی در بسیاری از شهرهای دنیا گسترش یافته است و توجه و تلاش طراحان در جهت سبک‌ کردن این وسایل و کاهش هزینه‌های ساخت و نگه‌داری وسایل حمل و نقل ریلی با عمل کرد بالا می‌باشد. یکی از راه کارهای مطرح، استفاده از پلیمرها کامپوزیت‌های پلیمری است. این مواد به واسطه عمل‌کرد و کارایی قطارها بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند.

از جمله مسائل جدی برای بشر امروز بحران انرژی و محیط زیست است. کاهش وزن در صنعت حمل و نقل جای‌گزینی مواد سنتی با کامپوزیت‌های پلیمری به عنوان راه کار برجسته در راستای رفع بحران انرژی در جهان به شمار می‌آید. امروزه این مواد در انواع وسایل حمل و نقل در انواع وسایل حمل و نقل ریلی از قبیل لوکوموتیوهای قطارهای باری و مسافری، مترو، کموتر، قطارهای سریع و منوریل ها استفاده می‌شوند. از جمله مزایای استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری در ناوگان ریلی به مواد ذیل می‌توان اشاره کرد.

پدهای پوششی سایشی، پایه پیستون، دستگیره رو به عقب، پدهای لرزشی، جعبه دنده، خطوط مرکزی

تلاش طراحان در جهت سبک کردن این وسایل و کاهش هزینه‌های ساخت و نگه‌داری وسایل حمل و نقل ریلی است. یکی از راه‌کارهای مطرح، استفاده از کامپوزیت های زمینه پلیمری در صنعت حمل و نقل است. کاهش وزن، افزایش سرعت، کاهش مصرف سوخت، اینرسی کم‌تر و قابلیت تحمل بارهای بیش‌تر را ممکن می‌سازد. بنابر گزارش های موجود، ۲۰-۳۰% کاهش وزن قطار به واسطه ساخت بدنه واگن قطار از مواد کامپوزیتی علاوه بر کاهش مصرف سوخت، حداقل ۵% کاهش نشر گاز دی‌اکسید کربن را به دنبال خواهد داشت که کمک به حفظ محیط زیست می‌کند. بخش‌های مختلف قطارها از قبیل سقف‌ها، کف ها، پنل‌های داخلی و خارجی، کابین‌های جلویی و انتهایی، سرویس بهداشتی، کنسول‌های کنترل، پنجره‌های (مشجر) عمودی (Window Lineal)، مبلمان (میز، صندلی، تخت خواب و…) درها، پنل‌های جداکننده و پارتیشن ها می‌توانند از کامپوزیت های پلیمری ساخته شوند. همچنین کامپوزیت‌های پلیمری به دلیل استحکام ویژه بالا، مقاومت خوردگی و شیمیایی و پایداری محیطی جای‌گزین مناسبی برای اسپیلرهای متداول چوبی و فولادی ناوگان ریلی می‌باشند.

به عنوان مهم‌ترین رزین‌های مورد استفاده در این صنعت از رزین‌های ترموست شامل انواع رزین‌های پلی‌استر، اپوکسی، فنولیک آکریلیک می‌توان نام برد. الیاف شیشه، کربن، آرامید اصلی‌ترین مواد تقویت‌کننده مصنوعی در صنعت حمل و نقل ریلی می‌باشند که به صورت نمد، الیاف بلند و پارچه بافته شده و… مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در رابطه با مواد تقویت‌کننده، الیاف شیشه همچنان به عنوان اصلی‌ترین تقویت‌کننده رزین‌های پلیمری در صنعت حمل و نقل ریلی مورد استفاده قرار خواهند گرفت. در سال های اخیر، پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف کربن و الیاف طبیعی مطرح شده‌اند و پروژه‌های تحقیقاتی در این زمینه در حال انجام است.

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

اصلاح کننده‌های ضربه

پلیمرها به طور کلی دو نوع رفتار از خود نشان می دهند، رفتار شکننده (Brittle) و رفتار چقرمه (Toughness). به عبارت دیگر یک پلیمر تحت بار یا می‌شکند و یا پاره می‌شود.

چقرمگی

چقرمگی به صورت توانایی و قابلیت پلیمر در جذب انرژی اعمال شده به آن (سطح زیر نمودار تنش-کرنش) تعریف می‌گردد. پلیمرهای چقرمه در اثر اعمال نیرو تسلیم می‌شوند ولی نمی‌شکنند. در حالی که پلیمرهای شکننده قابلیت انرژی بسیار کمی را دارند و تحت بار می‌شکنند. تنش تسلیم جایی است که ماده پلیمری از محدوده رفتار الاستیک خود خارج شده و شروع به نشان دادن رفتار پلاستیک می‌کند. در نقطه تسلیم، نیرو یا تنش اعمال شده به پلیمر آن‌قدر زیاد شده است که زنجیرهای پلیمری مقاومت مکانیکی خود را از دست می‌دهند. با گذشت از تنش تسلیم و رسیدن به ناحیه بعدی، در حالی که میزان تنش اعمالی ثابت مانده یا کاهش می‌یابد، ازدیاد طول افزایش می‌یابد. در نهایت امکان شکست قطعه با افزایش تنش و یا در تنش ثابت وجود دارد. می‌توان گفت ساز و کار غالب بعد از نقطه تسلیم، لغزش برگشت‌ناپذیر زنجیره‌های پلیمری بر روی هم‌دیگر می‌باشد.

پس چقرمگی به معنای مقاومت ماده در برابر شکستگی و یا قابلیت آن در جذب انرژی مکانیکی بدون شکسته شدن است. چقرمگی از نظر مقداری، با سطح کل زیر منحنی تنش-کرنش برابر است و مشخص کننده مقدار کاریست که می‌توان بدون گسیختگی ماده در ناحیه تغییر فرم پلاستیک، بر روی آن اعمال کرد. به بیانی دیگر، هر چه سطح زیر منحنی تنش-کرنش زیادتر باشد و ماده بر اثر اعمال تنش با ازدیاد طول بیش‌تر، دیرتر دچار شکستگی شود، چقرمه‌تر است.

برخی پلاستیک‌ها، داتاً چقرمه و برخی دیگر ذاتاً ترد و شکننده هستند. البته تأثیر عوامل محیطی و نیز اعمال تنش به ویژه تنش‌های متناوب، ممکن است رفتار پلیمر را در طولانی مدت ترد و شکننده کند.

چقرمه‌ترین پلاستیک‌ها در دمای اتاق عبارتند از: LDPE، LLDPE، نایلون ۶۶، EVA. عموماً پلاستیک‌های فاقد مواد پرکننده با ضربه پذیری بالا، دارای مقادیر چقرمگی بالایی هستند.

جقرمگی یک ماده، نتیجه استحکام کششی خوب و ضربه‌پذیری عالی آن است. هر چه سطح زیر منحنی آزمون تنش-کرنش گشترده‌تر باشد، آن ماده چقرمه‌تر است. نظر به شکل‌های متفاوت منحنی کشش برای مواد مختلف، عوامل دخیل در چقرمه‌تر بودن ماده را می‌توان ادغامی از خواص استحکامی کششی در نقطه شکست، ازدیاد طول در نقطه شکست و منعطف بودن ماده دانست. انعطاف‌پذیری خاصیتی است که توسط میزان ازدیاد طول و یا عکس مدول کششی، بیان می‌شود. در واقع، هر چه مدول ماده کم‌تر باشد، ماده منعطف‌تر بوده و چقرمگی بالاتری خواهد داشت.

شکنندگی

در واقع فقدان چقرمگی بوده و نشان‌دهنده استحکام ضربه‌پذیری کم یا سختی بالای ماده مورد نظر است. پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف شیشه و پرشده با مواد معدنی، معمولاً شکننده هستند. شکنندگی ممکن است تابع رطوبت باشد و یا به دلیل تنظیم دمایی نامناسب فرآیند در قطعات پلاستیکی ایجاد شود. در واقع هر قطعه‌ای که تحت اعمال ضربه می‌شکند را نمی‌توان واجد خاصیت ذاتی شکنندگی دانست و با کنترل شرایط خشک کردن مواد قبل از تزریق، کنترل شرایط دما و فشار در حین تزریق و همچنین ایجاد شرایط رطوبتی مناسب بعد از تزریق، می‌توان قطعه‌ای مناسب تولید کرد. مثلاً مواد جاذب آب (Hygroscopic) مانند پلی‌آمیدها، پس از شرایط خشک بعد از خروج قالب، شکننده‌تر از زمانی هستند که با جذب رطوبت محیط به تعادل رسیده‌اند. لذا در فرآیندهای تولید قالپاق خودرو با پلی‌آمید به ویژه در فصول سرما، پس از تولید قطعه، آن را در شرایط رطوبتی و دمایی کنترل شده‌ای قرار می‌دهند تا شکنندگی ایجاد شده در شرایط تولید، جبران شود. طراحی قطعه نیز در پارامتر شکنندگی قطعه تأثیرگذار است و به نوبه خود می‌بایست مورد توجه قرار گیرد. با کنترل شرایط دمایی و زمانی خشک کردن مواد پلیمری مختلف، می‌توان نقش رطوبت در شکنندگی مواد را کاهش داد.

چقرمه‌‌سازی

بهبود خواص مکانیکی پلیمرها از جمله چقرمگی، دلیل اصلی توسعه و ظهور علم آلیاژ است. امروزه تقریباً تمامی پلیمرهای صنعتی به صورت چقرمه مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این رو مبحث چقرمه‌سازی رشد و پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته است.

شکست ترد در پلیمرها

برخی از پلیمرها به جای تسلیم حین تنش مستعد ترک خوردگی هستند، به خصوص در دماهای پایین. این پلیمرها قابلیت انبساط کم و استحکام پایینی دارند. بنابراین آن‌ها به یک اصلاح کننده ضربه نیاز داشته تا مانع رشد ترک شود.

اصلاح کننده‌های ضربه عموماً الاستومری هستند؛ اما گاهی اوقات از ترموپلاستیک‌ها یا مواد معدنی فوق ریز استفاده می‌شود. همه‌ آن‌ها با اتلاف انرژی به طریقی بی‌ضرر و از طریق تمام اجزای سازنده از حرکت و به نوعی رشد ترک جلوگیری می‌کنند. توجه به این نکته مهم است که خود اصلاح کننده ضربه انرژی را جذب نمی‌کند. نقش آن ترویج جذب انرژی به حجم وسیع‌تری از پلیمر، بلافاصله پس از نزدیکی به نوک ترک است. چنین فرمولاسیونی با ترکیب یک اصلاح کننده مؤثر، گرید با مقاومت ضربه بالا یا گرید چقرمه شده نامیده می‌شود. اگرچه تعداد زیادی از پلیمرها می‌توانند از چقرمه شدن بهره شوند، از جمله پلیمرهایی که به اصلاح‌کننده‌های ضربه در دمای محیط نیاز دارند می‌توان به پلی استایرن، پلی وینیل کلراید، پلی‌متیل‌متاکریلات، اپوکسی و پلی‌استرهای ترموست (گرماسخت) اشاره کرد. ترموپلاستیک‌های مهندسی نظیر پلی‌آمید، پلی‌ایمید، پلی‌استرهای اشباع شده، پلی‌استال، پلی‌سولفون و یا پلیمرهای پرکاریرد نظیر پلی‌پروپیلن غالباً برای کاربردهای خودرویی چقرمه می‌شوند. حتی پلیمرهایی که در دمای محیط چقرمه به نظر می‌رسند ممکن است برای دوام بیشتر به اصلاح کننده‌های ضربه نیاز داشته باشند.

تنش مورد نیاز برای شروع یک ترک جدید، قابل مقایسه با تنشی که از بین مواد ادامه می‌یابد (تنش لازم برای رشد ترک) نیست. یک پلیمر ممکن است به راحتی شروع به ترک کند، اما به سختی آن را گسترش داده و یا این که به روشی دیگر آن را دور زند. بنابراین برای طبقه بندی پلیمرها براساس شروع ترک و همچنین رشد آن یادداشت کردن شرایطی که مواد به جای شکستن ترد رفتار تسلیم نشان می‌دهند می‌تواند مفید باشد. آزمایش نمونه‌هایی دارای شکاف ایجاد شده کوچک تیز انتشار ترک را برجسته می‌کند، در حالی که نمونه‌های بدون شکاف شروع و رشد ترک را مشخص می‌کند. پلیمرهای آمورف مانند پلی‌استایرن به طور معمول دارای مقاومت کم در برابر ضربه هستند (چه شکاف باشد چه نباشد)، به هنگام ضربه با ترک برداشتن می‌شکنند؛ زیرا هر دو تنش‌ مورد نیاز برای شروع و انتشار کم‌تر از تنش مورد نیاز برای تسلیم ماده است.

به دسته‌ بعدی از پلیمرها شبه چکش‌خوار گفته می‌شود، زیرا شروع ترک در آن‌ها دشوار بوده اما انتشار آن نیز آسان است. می‌توان آن‌ها را با توجه به استحکام بالای آن‌ها در نمونه‌های بدون شکاف و همچنین استحکام پایین در نمونه‌های دارای شکاف شناخت. آن‌ها دارای درجه حرارت انتقال مشخصه هستند که رفتارشان از شکننده به چکش خوار تغییر می‌کند (این انتقال همیشه با دمای انتقال شیشه‌ای مطابقت ندارد). پلی آمید و پلی اتیلن جز این دسته هستند. مشکلات مربوط به چقرمگی پلی آمید در دماهای پایین ظاهر می‌شود.

دسته‌ی بعدی نظیر پلی‌متیل‌متاکریلات، استال (پلی‌فرمالدهید) و پلی‌وینیل‌کلراید دارای تنش لازم برای شروع ترک و تنش تسلیم مشابه هستند و پیش‌بینی رفتار آن‌ها دشوارتر است. زیرا رفتار شکست می‌تواند چکش‌خوار یا شکننده باشد و به دما و سرعت کرنش بستگی دارد. اکثر پلیمرهای ترموست شکننده هستند، این موضوع غالباً با الیاف تقویت‌کننده پوشیده می‌شود، اما در صورت عدم موجود الیاف، شکنندگی آن‌ها آشکار می‌شود.

مکانیزم‌های چقرمگی

استراتژی معمول هنگام چقرمه‌سازی ترموپلاستیک‌ها، ایجاد ماده‌ای با دو فاز غیر قابل امتزاج با تفاوت قابل توجه در مدول است. فاز پراکنده شده اصلاح کننده ضربه بوده که عموماً الاستومر است. انتقال تنش باید به خوبی از فاز با مدول بالا به فاز با مدول پایین انجام شود. از ملاحظات کلیدی می‌توان به توزیع اندازه فاز پراکنده، خصوصیات مکانیکی و ماهیت فصل مشترک بین دو فاز اشاره کرد.

فاز پراکنده سبب جذب انرژی توسط یک یا چند روش زیر می‌شود:

  • ایجاد ترکچه‌ (تشکیل نواحی حاوی حفره‌های ریز که اغلب در داخل یک سری باند جمع می‌شوند، با چشم غیر مسلح یک سری خطوط موازی کم رنگ را ظاهر می‌کند) (Debonding)
  • تسلیم برشی، شکستگی ذرات الاستومری یا حفره‌زایی ( تشکیل حفره‌های کوچک در ذرات اصلاح کننده‌ی ضربه)

در صورت عدم استفاده از اصلاح کننده ضربه، این مکانیزم فقط در ناحیه نزدیک به نوک ترک در دسترس است و چنین منطقه کوچکی خیلی نمی‌تواند سبب اتلاف انرژی شود. برای جذب انرژی کافی، مکانیزم‌ها باید در بیشتر حجم پلیمر عمل کند. بنابراین ایجاد ترکچه یا تسلیم برشی باید ایجاد شود تا در بسیاری از موقعیت‌ها رخ دهد، نه فقط در ناحیه نزدیک به نوک ترک. به همین دلیل به یک اصلاح کننده ضربه احتیاج است.

تاکنون فرض بر این بوده است که اصلاح کننده ضربه، ذرات کوچک پراکنده شده را داخل فاز پیوسته پلیمر ایجاد می‌کند. این اتفاق با MBS، ABS و اصلاح کننده‌های ضربه آکریلیک می‌افتد. ممکن است یک شبکه ایجاد کند، همان طور که در پلی‌اتیلن کلرینه شده و EVA اتفاق می‌افتد.

ایجاد ترکچه

هنگامی که پلی‌استایرن یا پلی کربنات کشیده می‌شوند، گاهی اوقات خطوط ضعیف عمود بر نیروی اعمال شده قابل مشاهده هستند. در برخی موارد خصوصا پلی استایرن چقرمه شده حاوی اصلاح کننده ضربه ممکن است با سفید شدن همراه باشد. این خطوط تحت بزرگ نمایی بالا شامل نوارها یا مناطقی است که تعداد بسیار زیادی از حفره‌های بسیار کوچک را شامل می‌شوند. تا حدود ۵۰% از حجم تحت تاثیر را اشغال می‌کنند. حفره‌ها نور را پراکنده می‌کنند. مولکول‌های بلند پلیمری باندل‌های آرایش یافته یا فیبریل‌ها را در اطراف ناحیه ترکچه تشکیل می‌دهند و آن‌ها را با یکدیگر نگه می‌دارند. اگرچه در تنش‌های کششی بالا یک یا دو فیبریل ممکن است شکسته شود و ترک ایجاد شود. احتمالاً ترکچه کاملا به یک ترک تبدیل خواهد شد، اما انرژی صرف شکل گیری ترکچه شده است بنابراین استحکام ضربه بالا می‌رود. به این ترتیب برای ایجاد ترکچه، پلیمر باید بتواند به صورت فیبریل تشکیل شود و این به مولکول‌های بلند نیاز دارد. بنابراین پلیمرهایی با وزن مولکولی بسیار کم برای توسعه ترکچه مناسب نیستند. هر آرایش یافتگی قبلی مولکول‌های پلیمر تمایل به ایجاد ترکچه را تحت تأثیر قرار می‌دهد. زیرا جهت تنش اعمالی می‌تواند به موازات آرایش یافتگی غالب (جلوگیری از ایجاد ترکچه) و یا حالت نرمال آن باشد (مشوق ایجاد ترکچه). ایجاد ترکچه حجم تحت تأثیر را افزایش داده بدون آن‌که سطح مقطع خیلی تغییر کند. این حالت ایجاد ترکچه را از تسلیم برشی متمایز می‌کند؛ جایی که عکس این اتفاق می‌افتد.

تسلیم برشی

مشخصه تغییر شکل برشی این است که شکل نمونه به هنگام برش تغییر می‌کند، زمانی که یک جعبه‌ مقوایی مستطیلی کمی از شکل خارج شد اما حجم آن یکسان باقی می‌ماند. تغییر شکل با حرکت مولکول‌های پلیمر نسبت به یکدیگر حاصل می‌شود، به عنوان مثال لیز خوردن صفحه‌ای در فشار بالا.  این کار برای پلیمرهای آمورف نظیر پلی استایرن به دلیل عدم فشردگی منظم و نظم مولکولی ناشی از گره خوردگی و عدم وجود صفحات سر خورنده مناسب دشوار است. تسلیم برشی در پلیمرهای شیشه‌ای آمورف به وسعت کم رخ می‌دهد؛ اما در پلیمرهای نیمه بلورین و چکش‌خوار به راحتی اتفاق می‌افتد. در صورت عدم وجود اصلاح کننده‌ الاستومری، تغییر شکل برشی به مناطقی موضعی که تنش بسیار زیاد است محدود می‌شود (یا جایی که امکان لغزش از نظر ساختاری فراهم است). در این صورت انرژی زیادی اتلاف نمی‌شود. هنگام استفاده از اصلاح کننده‌ی ضربه، تسلیم بسیار گسترده‌تر شده و همراه با حفره‌های کوچک در ذرات الاستومری پراکنده شده است. این حفره‌زایی می‌تواند قبل و بعد از تسلیم پلیمر رخ دهد. تسلیم برشی همیشه یکنواخت نیست و گاهی اوقات به صورت ترجیحی در نواحی خاصی اتفاق می‌افتد.

ایجاد ترکچه همراه با تسلیم برشی

تسلیم برشی و ایجاد ترکچه می‌تواند با یکدیگر رخ دهد و هرکدام می‌توانند غالب باشد. این موضوع بستگی به نوع پلیمر دارد. ایجاد ترکچه در پلی استایرن چقرمه شده بیشتر از تسیلم برشی است، در حالی که هر دو مکانیزم در ABS برجسته است.

معیار سنجش چقرمگی

یکی از مهم‌ترین خواص کاربردی پلیمرها، مقاومت آن‌ها در مقابل ضربه می‌باشد.

روش‌های اندازه‌گیری میزان چقرمگی

برای اندازه‌گیری میزان چقرمگی از آزمون های ضربه استفاده می‌شود. برخی از متداول‌ترین این روش ها عبارتند از:

سقوط گوی: در این آزمون گلوله‌ای با وزن مشخص و از ارتفاع مشخص روی نمونه رها می‌شود. این روش بیش‌تر برای صفحات پلیمری کاربرد دارد.

Izod و Charpy: این دو آزمایش تقریباً شبیه هم انجام می شوند، با این تفاوت که طرز قرارگیری نمونه ها در دستگاه متفاوت است.

عوامل مؤثر بر میزان چقرمگی پلیمرها

میزان چقرمگی پلیمرها با خواص ضربه آن‌ها نسبت مستقیم دارد. علاوه بر عوامل مربوط به ذات ماده، عوامل فیزیکی زیر نیز می‌توانند بر میزان چقرمگی یک ماده پلیمری تأثیر بگذارند:

  • سرعت اعمال بار
  • حساسیت نسبت به شکاف
  • دما
  • جهت‌یافتگی
  • نوع و شرایط فرآیند
  • درصد بلورینگی
  • روش اعمال بار

انواع اصلاح کننده ضربه

الاستومرها غالباً مبتنی بر پلی‌دی‌ان‌ها یا کوپلیمرهای دی‌انی نظیر ۱،۳ بوتادین به کار می‌روند که اولین افزودنی‌های چقرمه کننده‌ موفقیت‌آمیز بودند. این افزودنی‌ها تا حدی مؤثر هستند؛ زیرا مدول آن‌ها ۱۰۰ تا ۵۰۰ برابر کم‌تر از ترمولاستیک مورد نظر است. متأسفانه پلی‌دی‌ان‌ها پیوند‌های شیمیایی دوگانه را معرفی می‌کند که به UV، حرارت و تخریب اکسیداسیونی حساس اند. هیدروژناسیون برخی از آن‌ها را از بین می‌برد. ترکیبات آکریلیک و کوپلیمرهای اتیلن اصلاح‌کننده‌های ضربه محبوب هستند و عموما باند دوگانه ایجاد نمی‌کنند. یک عیب دیگر در اصلاح‌کننده‌های ضربه اولیه وجود دارد. در کنار تخریب احتمالی، اصلاح کننده، فاز پراکنده‌ای حاوی قطرات زیاد با اندازه‌ی کوچک را به صورت یکنواخت فراهم می‌کند که این موضوع سبب کاهش مدول، دمای انتقال شیشه‌ای و دمای تغییر شکل حرارتی (HDT) می‌شود. این اثرات حد مقدار استفاده از اصلاح کننده را مشخص کرده که می‌تواند بدون آسیب به خواص دیگر استفاده شود. مقدار استفاده معمول بین ۳ تا ۱۵ درصد وزنی است اما گاهی به ۷۰ تا ۱۰۰ درصد در اطلاح کننده‌های EVA می‌رسد.

به اصطلاح اصلاح کننده‌های هسته-پوسته تأثیر کمتری بر مدول و HDT دارند. آن‌ها توسط پلیمریزاسیون امولسیونی ساخته می‌شوند و از دو قسمت تشکیل شده‌اند. همان طور که از اسم آن‌ها مشخص است، پوسته‌ی بیرونی آکریلیک سخت مانند PMMA است که در تماس مستقیم با پلیمری است که نیاز به چقرمه شدن دارد. این دو می‌بایست سازگار باشند (در مورد کوپلیمرهای SAN، سازگاری به قطبیت و مقدار نیتروژن کوپلیمر بستگی دارد). در داخل پوسته، هسته‌ پلیمری انعطاف پذیرتر و جذب کننده انرژی مانند پلی بوتادین دارای اتصلات عرضی، لاستیک طبیعی، کوپلیمر استایرن-بوتادین و بوتیل آکریل قرار دارد. از مخلوط شدن فاز الاستومری با فاز پیوسته جلوگیری می‌کند (پلیمر چقرمه می‌شود و مدول آن را کاهش می‌دهد). اندازه ذرات الاستومری بهینه برای چقرمه سازی وابسته به پلیمر است. در صورت گسترش ایجاد ترکچه، ABS به اندازه ذرات حدود ۵۰۰ نانومتر تا ۱ میکرون نیاز دارد، این در حالی است که HIPS به ۲ تا ۴ میکرون نیاز دارد و حتی می‌تواند از ذرات بزرگ تر نیز بهره‌مند شود. توزیع اندازه ذرات دو قله‌ای ممکن است در برخی موارد مفید باشد تا هم‌زمان دو ساز و کار جذب انرژی را تسهیل کند.

در صورت سازگار نبودن پلیمر و اصلاح کننده ضربه به یک سازگارکننده نیاز است. انتخاب آن به هر دو ماده اصلی تشکیل‌‌دهنده بستگی خواهد داشت. اتیلن-اکتان مالئیکه شده و SEBS مالئیکه شده اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرد. زیرا به فعالیت اصلاح کننده ضربه کمک می‌کنند. هنگامی که پلی آمید ۶ با ABS مخلوط می‌شود سازگار کننده می‌تواند کوپلیمر استایرن مالئیک اندرید، پلی‌متیل‌متاکریلات با مالئیک اندرید و یا پلی‌متیل‌متاکریلات با گلایسیدیل متاکریلات باشد. گریدهای بسیار ریز از کلسیم‌کربنات یا سیلیکا تا حدی استحکام ضربه را بهبود می‌بخشد، برخلاف گریدهای درشت، سبب کاهش مقدار اصلاح کننده ضربه مورد نیاز می‌شود. بسیاری از اصلاح کننده‌ها به خصوص در پلی وینیل کلراید می‌توانند به عنوان روان کننده یا کمک فرآیند عمل کنند.

افزودنی‌های اصلاح کننده‌های ضربه ( این لیست جامع نیست)

  • پلیمرهای پلی‌دی‌انی نظیر استارین -بوتادین، ایزوپرن-استایرن گرافت یا بلاک کوپلیمرها
  • کوپلیمرهای استایرن- بوتادین کربوکسیله شده
  • کربوکسیله شده یا کوپلیمرهای بوتادین-آکریلونیتریل عامل دار شده
  • کوپلیمرهای رندوم اتیلن-پروپیلن
  • متاکریلات-بوتیل-آکریلات
  • متیل متاکریلات-بوتادین- استایرن (MBS)
  • ABS
  • EPDM
  • SEBS
  • اتیلن-اکتان و کوپلیمرهای اتیلن وینیل استات
  • کوپلیمرهای اکتیل آکریلات استایرن
  • پلی (بیوتیل اکریلات)
  • پلی یورتان‌های گرمانرم
  • پلی اتیلن کلرینه شده با ۳۰تا ۴۰ درصد کلر
  • الاستومرهای پلی اتیلنی (با استفاده از متالوسن‌ها) یا کوپلیمرهای اتیلن با بوتن یا اکتان
  • پلی سیلوکسان‌ها
  • پلی اتر ایمیدها

برخی از اصلاح کننده‌های بالا به ویژه MBS به یک آنتی اکسیدان نیاز دارند.

روش‌های اختلاط پلیمر با اصلاح کننده: الف) اختلاط مستقیم ب) اضافه کردن لاستیک به منومر و سپس پلیمریزاسیون منومر

مهم این است که در حین عملیات فرآیند از جدا شدن دو فاز جلوگیری کنید. این عمل توسط انتخاب اصلاح کننده با سازگاری مناسب با پلیمر، اضافه کردن سازگار کننده و یا اصلاح پلیمر با فرآیند پلیمریزاسیون گرافت انجام می‌شود. این دوجز سازنده نباید خیلی سازگار باشند زیرا باید دو فاز را در محصول نهایی تشکیل دهند.

 استفاده از پلیمرهای شکننده، مانند پلی­ وینیل ­کلراید (PVC) و پلی­ استایرن، تا قبل از تولید و توسعه­ پلیمرهای لاستیکی-چقرمه در سال­ های ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۰، بسیار محدود بود. PVC به وسیله­ افزودن مقادیر کمی اکریلونیتریل رابر و دیگر مواد الاستومری چقرمه شد. هدف رایج استفاده از اصلاح­ کننده­ های ضربه، جذب انرژی ضربه به وسیله­ القای تغییر شکل پلاستیک قبل از ایجاد و رشد ترک است. ویژگی ­های عمومی چنین افزودنی­ هایی را می ­توان به صورت زیر خلاصه کرد:-Tg پایین-اثرگذاری در مقادیر کم-اندازه­ی ذره و توزیع اندازه­ ذره­ بهینه-چسبندگی خوب به ماتریس ترموپلاستیکی اساساً دو نوع ساختار در سیستم­ های پلیمری مقاوم به ضربه برای ساختارهای پلیمری سخت وجود دارد، که در ساختار و مکانیسم شکست با هم متفاوتند:-ذرات الاستومری کروی (ABS، MBS، اکریلیک ­ها)-فاز الاستومری پراکنده­ شبکه ­ای لانه زنبوری کوپلیمرهای گرافت شده­ بر پایه­ بوتا دی­ ان یکی از پرمصرف ­­­­­ترین خانواده­ های اصلاح ­کننده­ های ضربه را تشکیل می ­دهند. موفقیت آن­ ها در بازار عمدتاً به دلیل Tg پایینشان است (۸۰- درجه­ ساتنی­گراد). با این حال، حضور باندهای دوگانه در پلیمرهای دی­ انی می ­تواند باعث القای تخریب حرارتی و اکسیداسیونی در دماهای تولید و در مواجهه با اکسیژن و اشعه­ UV شود. بنابراین، این تأثیرات، باید با استفاده از آنتی­ اکسیدانت ­های مناسب به حداقل برسند. اصلاح ­کننده ­های ABS. Daly در سال ۱۹۵۲ ترکیبات اکریلونیتریل-بوتادی­ان-استایرن و اکریلونیتریل در حضور پلی­ بوتادی ­ان را تولید کرد و یک ترپلیمر گرافت شده را ایجاد کرد. هر کدام از اجزا به نحوی در اثرگذاری این ترکیب به عنوان اصلاح­ کننده­ ضربه مشارکت دارند: بوتادی­ ان فراهم کننده­ فاز نرم رابری است در حالی که استایرن و اکریلونیتریل قطبیت لازم برای سازگاری بین سطحی با پلیمری که این ماده در آن مورد استفاده قرار می ­گیرد را فراهم می­ آورند. هم­چنین، ویژگی­ های جانبی دیگری نیز وجود دارند که حائز اهمیت هستند: زنجیره­ بوتادی‌ان نسبت به تخریب در اثر UV حساس بوده و به محافظت نیاز دارد. در حالی که، اکریلونیتریل ایجاد مقاومت شیمیایی و سختی می­ کند. در این قاب، پلیمرهای ABS ترموپلاستیک ­های مهندسی هستند که فرآیندپذیری خوب، چقرمگی عالی، و پایداری حرارتی مطلوبی را از خود نشان می­ دهند و در بسیاری از بخش ­ها از جمله لوازم خانگی، ساختمان­ سازی و سازه­ ها، الکترونیک، خودرو و بسیاری موارد دیگر کاربرد یافته ­اند. اصلاح­ کننده ­های MBS. MBS (متاکریلات-بوتادی­ان-استایرن) مشابه نمونه ­های ABS هستند و به طور معمول، یا از طریق کوپلیمریزاسیون استایرن و متیل­ متاکریلات در حضور پلی­ بوتا­دی ­ان و یا با پلیمریزاسیون متیل­ متاکریلات در حضور لاستیک استایرن­ بوتا دی­ ان تولید می­ شوند. وجود بوتادی­ ان این ماده را مستعد تخریب با اشعه­ UV می ­کند و به همین علت، استفاده از آن محدود به کاربردهای داخلی می­ شود. عدم وجود اکریلونیتریل شفافیت محصولات را ارتقا داده اما باعث کاهش مقاومت شیمیایی می ­شود. اصلاح­ کننده­ های ضربه­ MBS چقرمگی لازم را برای پلیمرهایی از جمله  PVC فراهم می ­آ ورند تا مناسب کاربردهای بسته ­بندی در هر دو حالت شفاف و غیر شفاف (از جمله بطری­ های مقاوم به ضربه، ترانک ­های الکتریکی (trunking)، ورق­ ها و فیلم­ های بسته­ بندی، و …) شوند. اصلاح­ کننده ­های ضربه­ MBS اثر اصلاح­ کنندگی ضربه­ قابل توجه را در دماهای پایین نشان می­ دهند. با این حال، در بسیاری موارد، افزودن مقدار زیادی از اصلاح ­کننده­ MBS جهت تقویت استحکام ضربه مورد نیاز است.  اصلاح ­کننده­ های اکریلیک احتمالاً پرکاربردترین دسته­ اصلاح ­کننده­ های ضربه هستند چراکه بر مشکلات مرتبط با مقاومت در شرایط آب­ و هوایی که معمولا در مورد ABS و MBS مطرخ است، غلبه کرده ­اند. این دسته از اصلاح ­کننده ­ها معمولاً ترپلیمرهای متیل ­متاکریلات-بوتیل­اکریلات-استایرن یا متیل­ متاکریلات-اتیل­ هگزیل ­اکریلات-استایرن هستند. جدا از پایداری نوری بهبودیافته، این مواد هم­چنین مقاومت حرارتی خوب، پایداری گرمایی خوب و استحکام ضربه­ بالایی را ارائه می ­دهند. لیستی از اصلاح ­کننده ­های ضربه­ تجاری موجود در جدول زیر ارائه شده است. 

UN

 

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 📧

ترکیبات پایه پلی‌لاکتیک‌اسید PLA در کاربردهای خودرویی روانه بازار می‌شوند.

پلی‌لاکتیک‌اسید یک پلی‌استر گرمانرم آلیفاتیک خطی است که می‌تواند به طور ۱۰۰% طبیعی از منابع تجدیدپذیر استخراج شود. امروزه این پلیمر به طور گسترده در پزشکی، بسته‌بندی، نساجی، تولید ظروف پلاستیکی و قطعات خودرو… کاربرد دارد. این پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر می‌باشد. چنین فرآیندهایی محصولات کشاورزی و حتی پسماندهای آن‌ها را جای‌گزین نفت خام به عنوان ماده اولیه کرده است. این رخ‌داد به آن معناست که زیست‌پلایش می‌تواند از مقدار مواد شیمیایی و انرژی مورد نیاز برای تولید پلاستیک‌ها بکاهد و پتانسیل‌هایی را برای کاهش قابل توجه مواد زائد از زباله ها فراهم آورد.

پلی‌لاکتیک‌اسید شباهت‌های زیادی به پلاستیک‌ دارد. این پلیمر گرمانرم، زیست‌تخریب‌پذیر و ترکیبی مشتق شده از منابع تجدید‌شدنی گیاهی ذرت و چغندر قند است. پلی‌لاکتیک‌اسید به خانواده پلی‌استرهای آلیفاتیک تعلق دارد که معمولاً از آلفاهیدروکسی اسیدها ساخته می‌شوند. پلی‌لاکتیک‌اسید یک گرمانرم با استحکام و مدول زیاد است که ماده اولیه آن از منابع تجدیدپذیر مانند سیب‌زمینی و ذرت تولید می‌شود. این پلیمر، به راحتی در دستگاه‌های پلاستیک استاندارد قالب‌گیری می‌شود. PLA از معدود پلیمرهایی است که می‌توان ساختار مولکولی آن را با نسبت ایزومرهای L و D کنترل کرد تا پلیمر بلوری یا بی‌شکل با وزن زیاد به دست آید. این پلیمر بدون نیاز به حضور کاتالیزور با آب‌کافت پیوندهای استری تجزیه می‌شود. سرعت تجزیه شدن آن به شکل و اندازه شیء پلیمری، نسبت ایزومر و دمای آب‌کافت بستگی دارد.

Untitled

ایزومرهای فضایی لاکتیک اسید

افزایش آلودگی‌های محیط زیست در اثر استفاده بی‌رویه از پلاستیک‌های سنتزی، افزایش قیمت نفت و فرآورده‌های پتروشیمی، گرم‌شدن زمین و آثار زیست‌محیطی آن، از جمله عواملی است که باعث شده است طی سال‌های اخیر، استفاده از پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر به عنوان جای‌گزین پلیمرهای رایج حاصل از مشتقات نفتی، توجه همگان را به خود جلب کند. پلی‌لاکتیک‌اسید از پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیری است که به دلیل سهولت تولید و خواص مکانیکی مطلوب، مطالعات گسترده‌ای روی آن انجام شده است. PLA پلی‌استر گرمانرم با زنجیر خطی است که از منابع تجدیدپذیر تولید می‌شود. لاکتیک‌اسید به عنوان مونومر تشکیل دهنده PLA، از تخمیر مواد اولیه گیاهی از جمله ذرت به دست می‌آید. PLA خواص مطلوبی مانند استحکام مکانیکی زیاد، شفافیت و بازدارندگی در برابر عبور پرتوهای بنفش برخوردار است. پلی‌لاکتیک به خوبی توانسته تا جای‌گزینی برای ترموپلاستیک‌های سنتی نفت محور باشد و این موضوع نیز ناشی از ترکیب خواصی ایده‌ال آن است. این ماده یکی از بهترین پلیمرهای زیستی بوده و دارای کاربردهای فراوانی می‌باشد که از آن جمله می‌توان به حوزه سلامتی و صنایع پزشکی، بسته بندی، تولید قطعات خودرو و سایر موارد اشاره کرد.

در این راستا Röchling تأمین‌کننده آلمانی قطعات خودرو، خانواده‌ بایوپلاستیک‌های مبتنی بر پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA) را راه‌اندازی کرده است. این خانواده به منظور جای‌گزینی برای PP، ABS، PA6، PBT، PET و PC ارائه شده اند. در حال حاضر سه گرید استاندارد از ترکیبات BioBoom در دسترس اند. هر کدام حداقل ۹۰% از مواد تجدیدپذیر مبتنی بر چغندر یا نیشکر بوده و می‌توانند برای کاربردهای بیش‌تر سفارشی‌سازی شوند.

به گفته‌ مدیر عامل کمپانی Dr Hanns-Peter Knaebel، این ترکیبات برای فضای داخلی، محفظه موتور و قسمت زیرین خودرو مناسب اند. همچنین هدف کمپانی را تبدیل شدن به تأمین‌کننده‌ پیشرو در زمینه بایوپلاستیک‌ها و مواد بازیافتی تا پایان سال ۲۰۳۵ تعیین کردند. این شرکت اطلاعاتی جز PLA که به عنوان مؤلفه اصلی همراه با تالک، الیاف شیشه و الیاف طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد، فاش نکرده است. در سال ۲۰۱۴ حق ثبت اختراع ترکیب PLA همراه با پلی‌استرهای آروماتیک که دارای مقاومت ضربه بالا، مقاومت در برابر خراش و اشعه ماوراء بنفش (UV) و دمای HDT بالاتر از ۱۴۰ درجه سلسیوس بودند، به این شرکت اعطا شد. 

منبع خبر:

www.roechling.com

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 📧

راهنمای جامع بهبود دهنده های چسبندگی (Adhesion Promoter) در پلیمرها

رزین­ ها و کامپوزیت­ های پلیمری معمولاً انرژی سطحی پایینی داشته و فاقد گروه ­های عاملی قطبی هستند، و در نتیجه به طور ذاتی خواص چسبندگی ضعیفی دارند. بنابراین، به منظور بهبود چسبندگی پلیمرها با دیگر اجزای یک آمیزه، اعم از پرکننده­ یشان و یا حتی پلیمرهای دیگر موجود در ترکیب، موادی تحت عنوان بهبوددهنده ­های چسبندگی به آن­ها اضافه می ­شوند. بهبوددهنده ­ها دارای گروه ­های عاملی فعال هستند که به افزایش چسبندگی/امتزاج­ پذیری دو جز ناسازگار کمک می­ کنند. سیلان ­ها، ترکیبات آلی فلزی، و بهبوددهنده ­های پلیمری، مثال­ هایی از بهبوددهنده­ های چسبندگی هستند.

-چگونه می ­توان چسبندگی پلیمرها را بهبود بخشید؟ زمانی که پلیمرها را با دیگر اجزا مخلوط می­ کنیم، که این جز دیگر می­ تواند فیلر و یا حتی پلیمر دیگری باشد، این دو، یا این چند جز، الزاماً شبیه یکدیگر نیستند. در بیش تر موارد، شاهد چسبندگی ضعیف و یا عدم چسبندگی و یا حتی یک نیروی دافعه بین اجزا خواهیم بود. درست مانند مخلوط آب و روغن که بدون وجود هم­زن اجزاء از هم جدا خواهند شد. در دنیای پلیمر می­توان مخلوط PE و PA را مثال زد. به منظور رفع این مشکل و کمک به چسبندگی اجزا می­ توان از بهبوددهنده­ های چسبندگی استفاده کرد. بهبوددهنده­ هایی که کار با آن­ها راحت است، بهبوددهنده ­های پلیمری هستند که می ­توان از آن­ها تحت عنوان سازگارکننده (compatibilizer) و یا عامل اتصال ­دهنده یا عامل جفت­ کننده (coupling agent) یاد کرد. این مواد به عنوان عوامل فعال سطحی (surfactant) عمل می ­کنند. بر اساس نوع عمل کرد، بهبوددهنده ­های چسبندگی به دو دسته تقسیم می­ شوند:

زمانی که بهبوددهنده ­های چسبندگی به منظور افزایش امتزاج­ پذیری دو پلیمر ناسازگار مورد استفاده قرار گیرند، به آن­ها سازگارکننده گفته می ­شود. زمانی که بهبوددهنده­ های چسبندگی به منظور ایجاد چسبندگی بین یک سیستم پلیمری و یک فیلر به ­کار بسته شوند، به آن­ها عامل جفت ­کننده یا عامل اتصال گفته می ­شود. بسته به اینکه بهبوددهنده ­های چسبندگی دارای گروه عاملی باشند که آن­ها را قادر به واکنش با اجزای موجود در آمیزه­ مد نظر کند یا نه، می ­توانند فعال یا غیر فعال باشند.

AZ

هدف این است که بهبوددهنده­ی چسبندگی در سطح مشترک عمل کرده و چسبندگی بین دو لایه را از طریق کاهش کشش سطحی افزایش دهد.

AZ

-سازوکار عملکرد عامل جفت­ کننده یا اتصال ­دهنده

یک عامل جفت ­کننده یا بهتر است بگوییم یک عامل اتصال­دهنده­ پلیمری، پلیمری است که یک پرکننده غیرآلی را به یک ماتریس پلیمری متصل می­ کند.

پرکننده ­های متداول عبارتند از:

  • کربنات کلسیم
  • الیاف شیشه
  • تالک، یا
  • تأخیراندازهای شعله مانند ATH (آلومینیوم تری­هیدرات) یا Mg(OH2) (منیزیم هیدروکساید)

هدف از افزودن مواد پرکننده عبارتند از:

  • کاهش قیمت پلیمر (CaCO3,Talc)
  • افزایش چقرمگی و یا سفتی پلیمر (الیاف شیشه، CaCO3)
  • ایجاد تاخیر در شعله( Mg(OH2),ATH)

در هر صورت، افزودن پرکننده باعث کاهش ازدیاد طول در هنگام شکست، کاهش انعطاف پذیری، و در بسیاری از موارد کاهش چقرمگی پلیمر می ­شود چراکه پرکننده­ ها به مقدار بسیار زیادی در ترکیب وجود خواهند داشت. (به عنوان مثال ATH؛ ۲۰٪ پلیمر، ۸۰٪ پرکننده).

دلیل این امر این است که در اکثر موارد، پرکننده­ ها با پلیمرها سازگار نیستند، این بدان معنی است که پرکننده­ ها پلیمرها را خیلی دوست ندارند و حتی آن­ها را دفع می ­کنند. 

به منظور غلبه بر مشکلات ناشی افزودن مواد پرکننده، از عوامل اتصال ­دهنده جهت کاهش دافعه­ بین پلیمرها و مواد پرکننده استفاده می ­شود. در نتیجه پلیمر، پرکننده را بیشتر دوست خواهد داشت، پرکننده بهتر به ماتریس پلیمری می­ چسبد و خصوصیات مخلوط نهایی (مانند ازدیاد طول، انعطاف پذیری، و حلالیت پرکننده در پلیمر) افزایش می ­یابد.

ax

این عوامل اتصال­دهنده باید از یک سمت با پلیمر سازگار باشند، (در حالت ایده­ آل، آن ها باید شیمی مشابه پلیمر را دارا باشند.) و از طرف دیگر، آنها باید واکنش/برهم ­کنش یا چسبندگی بهتری با پرکننده داشته باشند.

axs

-عوامل جفت­ کننده­ سیلانی دارای گروه عاملی آلی

سیلان­ های دارای گروه عاملی آلی بیش از ۵۰ سال پیش به عنوان عوامل اتصال دهنده­ فایبرگلاس معرفی شدند. آنها متعاقباً در اصلاح مواد پرکننده­ معدنی به ­کار رفته و به همان اندازه موفق بوده ­اند. از دلایل موفقیت آنها می­ توان به توانایی­شان در واکنش با طیف گسترده­ای از پرکننده ­ها و رزین­ ها اشاره کرد. این جفت­ کننده­ ها را می ­توان به صورتی که به سرعت قابل پراکنش باشند، تولید کرد. در جفت­ کننده ­های سیلانی دارای گروه عاملی آلی، عوامل فعال به شکل پایدار به اتم­ های سیلیکون، که از هر دو جنبه­ سمیت و ایجاد تخریب در پلیمر بی­خطر هستند، متصل شده ­اند.

ساختار عمومی سیلان­ ها به این شکل است:

Y-R-Si-X3

که در آن،

  • X یک گروه آلکوکسی قابل هیدرولیز (متوکسی، اتوکسی، یا استوکسی) است و
  • Y یک گروه عاملی آلی (آمینو، وینیل، اپوکسی، متاکریل، و …) است که توسط یک پل آلکیلی، R، به سیلیکون متصل شده است.

گروه­ های آلکوکسی با گروه­ های سطحی بسیاری از مواد پرکننده­ معدنی واکنش می­ دهند. آنها ابتدا با آب واکنش داده و سیلان­تری­ال تولید و الکل را به عنوان محصول جانبی آزاد می­ کنند. سپس گروه­ های سیلانول با گروه­ های اکسید یا هیدروکسیل روی سطح پرکننده متراکم می­ شوند. زنجیره­ های سیلوکسان مجاور می ­توانند باز هم ایجاد برهم­ کنش کرده و یک لایه­ پلی سیلوکسان در سطح ایجاد کنند.

as

اتصال یک سیلان متداول (گاما-آمینوپروپیل­تری­متوکسی­سیلان) به یک سطح سیلیکونی

سیلان­ ها برای ایجاد واکنش، به محل­ های فعال، ترجیحاً گروه­ های هیدروکسیل، روی سطح پرکننده نیاز دارند. بنابراین می­ توان از آن­ها برای اصلاح این موارد استفاده کرد:

  • فیلرهای نوع سیلیکاتی
  • اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزی غیرآلی

موادی که توسط این جفت ­دهنده ها با موفقیت اصلاح شده ­اند شامل:

  • ATH
  • آلومینا
  • اکسید کروم
  • الیاف و پودر شیشه
  • هیدروکسیدهای منیزیم
  • میکا
  • چوب معدنی
  • رنگدانه ­های اکسیدی
  • مواد معدنی مثل کوارتز، سیلیکا، تالک، تیتانیوم دی­اکساید، ورمیکولیت، و ولاستونیت
  • رس آبدار و خشک
  • تیتانیوم دی­اکساید

هستند.

بااین ­حال، سیلان ­ها به میزان چشم ­گیری با کربنات کلسیم و یا با سولفات باریم، دوده یا ترکیبات بور برهم ­کنش نداشته و نمی­ توانند به عنوان عوامل اتصال­دهنده برای این مواد پرکننده استفاده شوند.

این مواد هنگامی که به فصل مشترک پرکننده متصل می ­شوند، جز فعال Y می ­تواند از طریق یک واکنش شیمیایی (پیوندزنی (grafting)، افزایشی، جاینشینی) با گروه­ های فعال بر روی پلیمر، و/یا از طریق برهم­ کنش ­های فیزیکی-شیمیایی، به ماتریس پلیمر پیوند بخورد. گروه­ های Y در جهت به حداکثر رساندن سازگاری با فرمولاسیون­ های رزین انتخاب می­ شوند.

به عنوان مثال:

  • سیلان­ های با گروه عاملی متاکریلات بیشتر برای پلی­ استرهای غیر اشباع استفاده می ­شوند.
  • در حالی که سیلان­ های دارای گروه عاملی آمینی به طور گسترده ­ای در پلی ­آمیدها و پلی ­کربنات­ ها، هم­چنین اپوکسی­ ها، یورتان­ ها و سایر سیستم ­ها قابل استفاده هستند.

به طور کلی، سیلان­ ها از عوامل اتصال بسیار مؤثر برای ترموپلاستیک­ های قطبی، ترموست ­ها و لاستیک­ ها هستند اما با پلیمرهای غیرقطبی مانند پلی ­الفین­ ها برهم­کنش جزئی دارند. با این­حال­، از سیلان ­ها بعضاً به عنوان اصلاح کننده­ سطح فیلر در PP و PE استفاده می ­شود که باعث بهبود پراکنش و کاهش جذب آب می­ شود.

AC

عوامل جفت­کننده­ سیلانی پیوندی قوی، پایدار، و مقاوم در برابر آب و مواد شیمیایی، بین پرکننده و رزین ایجاد می ­کنند، که در حالت بدون جفت­ کننده تنها به طور ضعیفی با هم برهم­ کنش خواهند داشت.

-مزایای اصلاح سطح توسط سیلان­ ها:

  • پیوند قوی با ماتریس که عموماً مزایای زیر را در پی خواهد داشت:
  • ارتقای خواص مکانیکی و الکتریکی
  • کاهش shrinkage
  • افزایش مقاومت به شرایط آب و هوایی
  • کاهش و یا حذف نواقص سطحی یا داخلی
  • فراهم آوردن یک ترکیب ارزان و با خصوصیات فیزیکی معمولاً معادل یا برتر از رزین پایه
  • امکان افزودن مقادیر بیش تری از فیلر
  • ایجاد مزایایی مانند پراکنش بهبود یافته، خیس شدن بهتر فیلر توسط رزین، و هم­چنین، ویژگی­ های رئولوژیکی (جریان) بهتر در هنگام اختلاط و قالب­گیری

عوامل جفت ­کننده­ تیتاناتی دارای گروه عاملی آلی

ارگانوتیتانات­ ها توانسته ­اند بر بسیاری از محدودیت­ های سیلان­ ها به عنوان عامل اتصال­ دهنده برای پرکننده ­ها غلبه کنند. آن­ها مانند سیلان­ ها دارای چهار گروه عاملی هستند، اما برخلاف سیلان­ ها که فقط یک گروه آلی آویزان Y دارند، تیتانات­ ها دارای سه گروه هستند.

علاوه بر این، ساز و کار اتصال آنها به سطوح غیرآلی متفاوت است، و هم­چنین برای کربنات­ ها، کربن سیاه، و سایر پرکننده­هایی که به سیلان ­ها پاسخ نمی­ دهند مناسب هستند.

این جفت­ کننده ­ها علاوه بر تأثیر بر افزایش پراکنش پرکننده و بهبود خواص و فرآیندپذیری ترکیب همانند سیلان­ ها، هم­چنین به عنوان:

  • نرم­ کننده که باعث تسهیل در افزودن مقادیر بیشتر فیلر می­ شود و
  • کاتالیست برای بسیاری از واکنش ­ها در ماتریس پلیمری

عمل می­ کنند.

هزینه­ اصلاح با تیتانات ­ها در همان حد سیلان­ ها است.

ساختار عمومی تیتانات­ ها به صورت زیر است:

XO-Ti-(OY)3

که در آن:

  • XO- می­تواند یک گروه مونو آلکوکسی یا نئو­آلکوکسی باشد که قادر به واکنش با بستر غیر آلی بوده و
  • -OY بخش فعال آلی است.

بخش Y به طور معمول می­ تواند شامل چندین گروه مختلف برای ایجاد برهم­کنش با:

  • ترموپلاستیک ­های قطبی و غیرقطبی (به عنوان مثال بنزیل و یا بوتیل) و ترموست ­ها (به عنوان مثال آمینو و یا متاکریل)
  • و هم­چنین گروه­ های چسباننده (binder) مانند پیروفسفات یا کربوکسیل که می ­توانند عملکردهای اضافی را به کامپوزیت ببخشند، است.

برخلاف سیلان­ه ها، این مواد برای واکنش به آب نیاز ندارند.

تیتانات­ ها به چند دسته تقسیم می­شوند:

  • تیتانات­ های مونوآلکوکسی (مانند ایزوپروپوکسی)
  • تیتانات­ های نئوآلکوکسی
  • کی­لیت (chelate) برای پایداری بیشتر در محیط­ های مرطوب

این مواد در فرم­ های پودر، گرانول، و مایع موجود هستند.

در مقایسه با مونوآلکوکسی­ ها، تیتانات­ های نئوآلکوکسی ساختاری پیچیده ­تر اما از نظر حرارتی پایدارتر دارند. آنها برای کاربردهای در درجه حرارت­ های بالا (بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد در غیاب آب) مانند افزودن درجا در هنگام آمیزه­ سازی ترموپلاستیک ­ها و تولید کامپوزیت­ های یورتان ساخته شده ­اند. آنها از طریق یک سازوکار کئوردیناسیونی با پروتون­ های آزاد روی سطح پرکننده واکنش نشان می­ دهند و هیچ محصول جانبی ایجاد نمی­ کنند.

پروتون­ های آزاد، برخلاف گروه­ های هیدروکسیل مورد نیاز برای واکنش سیلان، تقریباً در همه­ ذرات سه بعدی وجود دارند، که همین عامل تیتانات­ ها را به طور گسترده­­ تری واکنش ­پذیر می­ سازد.

واکنش با پروتون­ های آزاد، یک لایه­ تک­ مولکولی آلی در سطح معدنی ایجاد می ­کند -در مقایسه با لایه­ های چندمولکولی که در اثر استفاده از سایر   عوامل اتصال ­دهنده ایجاد می ­شوند- که در ترکیب با ساختار شیمیایی تیتانات ­ها، اصلاحات جدیدی را در انرژی سطحی بستر و برهم­ کنش­های فاز پلیمر ایجاد می ­کند.

در مقایسه با سیلان­ ها، تیتانات­ ها:

  • برای کربنات­ ها، دوده و سایر مواد پرکننده موثر هستند (در این موارد سیلان­ ها هیچ واکنش مفیدی ندارند).
  • هم­چنین می ­توانند با پلی ­پروپیلن (و سایر پلی ­الفین­ ها) و پی­وی­سی پیوند برقرار کنند (سیلان­ ها برهم­کنش کمی با پلی­الفین­ ها نشان می­ دهند).
  • هیچ ­گونه منعی از لحاظ قیمت و مسئله­ غیر معمولی در استفاده ندارند.

واکنش­ پذیری پیوند TiO در برخی مواد می ­تواند باعث ایجاد مشکل از جمله تغییر رنگ در حضور فنول ­ها شود، اما به نظر می­رسد این عیب با جنبه ­های مثبت تیتانات­ ها به عنوان عوامل اتصال جبران شود.

عوامل اتصال­ دهنده­ زیرکوناتی دارای گروه عاملی آلی

ساختار شیمیایی و کاربردهای زیرکونات­ های آلکوکسی کاملاً مشابه با تیتانات­ های آلکوکسی است.

برخلاف تیتانات­ ها، نه در حضور فنل تغییر رنگ می­ دهند (به استثنای نیتروفنول­ ها) و نه اینکه با آمین­ های استتار شده (HALS) برهم­کنش دارند. در پلاستیک­ های پر نشده، آنها اغلب پایداری در برابر اشعه­ UV را در مقایسه با تیتانات­ها، بهبود می­ بخشند و انواع نئوآلکوکسی می­ توانند فرصت ­های جدیدی را برای اتصال پلیمرهای فلورین به لایه­ های فلزی فراهم کنند. گرچه هزینه­ تولید زیرکونات­ها از زمان معرفی آنها در سال ۱۹۸۶ به میزان قابل توجهی کاهش یافته است، اما قیمت آنها هنوز هم تقریباً دو برابر تیتانات­ ها است.

عوامل اتصال­ دهنده­ فلزی دارای گروه آلی که اخیرا تولید شده ­اند، آلومینات­ ها و زیرکوآلومینات ­ها هستند. این مواد اساساً مشابه سیلان­ ها و تیتانات­ ها هستند و در کاربردهای بسیار تخصصی کاربرد محدودی یافته ­اند.

پلیمرهای عامل­ دار شده

پلیمرهای عامل­ دار شده جدیدترین دسته از عوامل اتصال ­دهنده هستند.

در اینجا مفهوم اتصال­دهندگی داشتن گروه­های فعال بر روی مولکول­ های:

  • پلیمر میزبان و یا
  • پلیمر دیگر که با پلیمر میزبان سازگار شده است،

می­ باشد.

مشکل موجود در زمینه­ استفاده از پلیمرهای عامل­ دار شده، تولید پلیمرهای دارای گروه ­های عاملی مؤثر است. این موضوع تا حدی به دلیل استفاده­ وسیع از مواد پرکننده­ی سیلیسی در مواد کامپوزیتی است. این مواد به طور مؤثری با الکوکسی سیلان­ها پیوند برقرار می ­کنند، اما وارد کردن گروه­های مذکور در زنجیره ­های پلیمری کاری دشوار و پرهزینه است.

پلیمرهای دارای گروه عاملی اسیدی آسان­ ترین پلیمرهای این دسته از نظر تولیدند، به ویژه آنهایی که دارای گروه ­های انیدرید پیوند خورده یا کوپلیمر شده هستند. به عنوان مثال:

  • پلی ­اتیلن یا پلی­ پروپیلن­ های کربوکسیله شده
  • پلی­ بوتادی­ان ­های مالئیکه شده (Maleinized polybutadienes)

همه این موارد محصولات تجاری هستند که در برخی کاربردها در مواد کامپوزیتی پر شده استفاده می­ شوند. محدودیت اصلی افزودنی­ های دارای گروه عاملی اسیدی این است که بیش ترین تأثیر را در لایه­ های آمفوتری (دارای هر دو خصلت اسیدی و بازی) دارند، در حالی که اکثر بسترهایی که به عامل اتصال ­دهنده­ احتیاج دارند دارای ماهیتی سیلیسی هستند و معمولاً این نوع اتصال ­دهنده ­ها پاسخ­گوی آن­ها نیستند. یک راه برای رفع این مشکل این است که پرکننده­ سیلیسی را ابتدا با یک آمینوسیلان اصلاح کنند، سپس این امکان برای پرکننده فراهم می ­شود که  با پلیمر دارای گروه عاملی اسیدی  واکنش داده و یک پیوند آمیدی ایجاد کند.

پلی­ بوتادین های عامل­دارشده-در پلی بوتادین­ های عامل­دارشده، گروه­ های غیراشباع می ­توانند در فرآیند­های ایجاد اتصال عرضی با الاستومرها و پلیمرهای مختلف مانند پلی­(متیل­ متاکریلات) شرکت کنند. عاملیت بستر معمولاً انیدرید اسید گرفت شده (عمدتاً مالئیک انیدرید)،تا ۲۵ درصد وزنی، است.

پلی­ بوتادین ­های مالئیکه (MPDB) عمدتاً به همراه کربنات­ کلسیم در الاستومرها استفاده می ­شوند. پلی­ بوتادین ­ها را می­ توان با استفاده از گروه ­های آلکوکسی ­سیلیس برای استفاده با شیشه، رس­ها و سیلیس ­ها نیز عامل ­دار کرد.

پلی­الفین­ های عامل­دارشده-در مورد پلی الفین­ های عامل­دار شده، پذیرفته شده است  که اتصال به توده­ ماتریس پلیمر توسط گره­ خوردگی یا کو-کریستالیزاسیون حاصل می ­شود. PP، PE و EVA عامل­دار شده با اسید و انیدرید فرم ­های موجود پلی­ الفین ­های عامل­ دار شده هستند.

کاربرد اصلی این مواد همراه با الیاف شیشه (و آمینوسیلان ­ها) و میکا در کامپوزیت ­های پایه پلی­ الفین است. این محصولات هم­چنین با سطح تالک و پرکننده­ های سلولزی نیز واکنش نشان می ­دهند.

ساز و کار سازگارسازی پلیمرهای امتزاج ­ناپذیر

اصل کلی در سازگارسازی، کاهش انرژی سطحی بین دو پلیمر برای افزایش چسبندگی و هم­چنین کمک به پراکنش آن­ها است. به طور کلی، افزودن سازگارکننده ­ها هم­چنین باعث پراکنش دقیق ­تر، مورفولوژی­ های منظم و پایدارتر می­ شود.

سازگارکننده­ ها را می­ توان به سه دسته تقسیم کرد:

  • کوپلیمرهای بلوکی (واکنش­ ناپذیر)
  • کوپلیمرهای عامل­دار فعال
  • کوپلیمرهای قطبی غیرفعال (دارای برهم­کنش ­های خاص)

سازگارسازی به استفاده از کوپلیمرهای بلوکی

اصل سازگارسازی توسط کوپلیمرهای بلوکی یا پیوندی در شکل زیر نشان داده شده است. سازگارکننده در واقع مانند یک “سورفاکتانت” عمل کرده و ترجیحاً برای کاهش کشش سطحی در سطح مشترک مهاجرت می ­کند. بلوک­ های قرمز با پلیمر A (ماتریس) و بلوک ­های آبی با پلیمر B (فاز پراکنده) سازگار هستند. در نتیجه­ این فرآیند، چسبندگی بین سطحی بهتر و نیز پراکنش بهتری خواهیم داشت.

re

سازگارسازی با استفاده از یک کوپلیمر بلوکی

کوپلیمرهای بلوکی مانند یک ماده­ فعال سطحی (سورفاکتانت)، تمایل به ایجاد مایسل دارند. میزان سازگارکننده به طور کلی زیاد (گاهی بیش از ۵٪) است.

علاوه بر این، برای همه­ پلیمرها، کوپلیمرهای بلوکی زیادی به صورت تجاری وجود ندارند و این سازگارکننده ­ها به طور کلی دارای قیمت بالایی هستند.

سازگارسازی با استفاده از کوپلیمرهای دارای گروه عاملی فعال

اصل حاکم بر عمل کرد این دسته از سازگارکننده ­ها، واکنش در فصل مشترک برای ایجاد یک کوپلیمر بلوکی پیوند خورده به صورت درجا از طریق واکنش بین گروه­های عاملی پلیمرهای مختلف است. کوپلیمر دارای گروه عاملی، در ماتریس  امتزاج­ پذیر است و می­ تواند با گروه­ های عاملی فاز پراکنده واکنش دهد.

zx

سازوکار عملکرد گروه­های عاملی

مزایای این گروه از سازگارکننده ­ها عبارتند از:

  • تنظیم میزان واکنش پذیری
  • بازدهی بالا
  • قیمت کمتر نسبت به کوپلیمرهای بلوکی

پلیمرهای maleated

مونومر فعال در اینجا به طور کلی مالئیک انیدرید است. پلیمرهای Maleated از گسترده ­ترین خانواده پلیمرهای دارای گروه عاملی شناخته شده هستند که به عنوان سازگارکننده و بهبوددهنده ­چسبندگی استفاده می ­شوند. آنها را می ­توان مستقیماً از طریق پلیمریزاسیون یا به وسیله­ اصلاح در هنگام آمیزه­ سازی تهیه کرد.

گروه­ های انیدرید می­ توانند با گروه­ های آمین، گروه­ های اپوکسی، و نیز گروه­ های الکلی واکنش نشان دهند. شکل زیر نمونه­ای از واکنش بین یک پلیمر maleated و گروه ­های انتهایی -NH2 پلی­ آمیدها یا نایلون۶،۶ را به منظور سازگاری آمیزه PA/ پلی­الفین، نشان می ­دهد.

ka

رزین ­های maleated هم­چنین به منظور:

  • افزایش چسبندگی پلاستیک ­ها به فلز
  • بهبود چسبندگی بین پلیمر و فیلرها (مانند ATH، میکا، و چوب)
  • بهبود چسبندگی بین پلیمر و الیاف شیشه در ترموپلاستیک­ ها و کامپوزیت­ ها و
  • اصلاح ضربه

مورد استفاده قرار می­ گیرند.

 

پلیمرهای اپوکسیدشده

پلیمرهای اپوکسیدشده نیز به صورت تجاری موجود هستند. به طور کلی، آنها توسط گلیسیدیل متاکریلات اصلاح می­ شوند. و با NH2، انیدرید، اسید، و گروه­ های الکلی بسیار واکنش پذیر هستند. پلیمرهای اپوکسیدشده برای سازگاری پلی­ استرها (PET ، PBT) و پلیمرهای الفینی یا الاستومرها طبق سازوکار شکل زیر، پیشنهاد می­ شوند.

Untitled

سازگارسازی به وسیله­ کوپلیمرهای قطبی غیرفعال

سازگارسازی در این گروه، بر اساس کاهش کشش سطحی و افزایش چسبندگی با ایجاد یک برهم­کنش قطبی خاص مانند پیوند هیدروژنی یا نیروهای ون­دروالس صورت می ­گیرد.

 

adf

 

کاربردهای بهبوددهنده­های چسبندگی 

 

آلیاژهای پلیمری

به منظور رفع نیازمندی­ های صنعت پلیمر، بسیاری از تولیدکنندگان معمولاً پلیمرها را با یکدیگر مخلوط می ­کنند تا به یک تعادل بهینه از خواص برسند.

این راهکار انعطاف ­پذیری را در تنظیم خواص  فراهم می­ آورد و از تولید ماکرومولکول­ های جدید که در مقایسه با آلیاژ پلیمر معمولاً گران­ تر هستند جلوگیری می­ کند. بسیاری از آلیازهای پلیمری مانندPBT / PC یا PC / ABS یا PP / PA به صورت تجاری در دسترس هستند.

همان­ طور که قبلا ذکر شد، پلیمرها به طور طبیعی در هم امتزاج ­پذیر نیستند و اکثر اوقات نیاز است تا با استفاده از یک سازگارکننده، به موادی پایدار با عمل کرد مکانیکی مطلوب دست یابیم. سازگارسازی هم­چنین در بازیافت پلیمرها هم حائز اهمیت است. بازیافت مواد چندلایه به وسیله­ سازگارکننده ­ها تسهیل می­ شود.

در جدول زیر لیستی از چند آمیزه­ پلیمری و سازگارکننده­ های آن­ها را ارائه شده است

Untitled

بازیافت

برای بسیاری از کاربرد­های بسته­ بندی از ساختارهای چندلایه استفاده می ­شود. ترکیب این لایه­ ها به طور کلی باعث می­شود ماده­ حاصل از مجموعه­ خواص پلیمرهای مجزای تشکیل­ دهنده­ هر لایه بهره ببرد. به عنوان مثال:

  • عمل کرد ممانعتی
  • قابلیت درزگیری
  • مقاومت شیمیایی و نیز مقاومت به رطوبت و
  • سفتی

بدیهی است یک پلیمر به تنهایی قادر به ارائه­ تمام خواص فوق نخواهد بود.

 

Untitled

لایه­ های چسبنده چسبندگی خوبی بین لایه ­های ذکر شده ایجاد می­ کنند.

ضایعات فیلم­ های چندلایه در حوزه­ی بسته­ بندی به یک مسئله­ مهم جهانی تبدیل شده است که افزایش نگرانی ­ها را در مورد حفاظت از محیط زیست و فضاهای محدود دفن زباله به ­دنبال داشته است.

به منظور حفظ سازگاری مواد استفاده شده، لازم است در طول فرآیند بازیافت، سازگار کننده به آن­ها اضافه شود تا کارایی و پایداری ماده­ حاصل به سطوح بالاتری برسد. جدول زیر نمونه­ هایی از ساختارهای چندلایه و سازگار کننده­ های پیشنهادی برای انها را نشان می ­دهد:

Untitled

 

بهبوددهنده ­های چسبندگی برای ترکیبات FR (تاخیراندازهای شعله) و سیم و کابل

به منظور تأمین نیازمند ­ها و استانداردهای تولیدکنندگان کابل، بسیاری از کاربردهای W&C به بازدارنده ­های شعله­ عاری از هالوژن نیاز دارند. متداول­ترین بازدارنده­ی شعله در این کاربرد، آلومینیوم تری­ هیدرات (ATH) است. برای ایجاد بازدارندگی شعله کارآمد، باید ۶۰ تا ۶۵٪ ATH به ماتریس پلیمری اضافه شود که عمل کردهای مکانیکی پلیمر مورد نظر را کاهش می­ دهد.

Untitled

 

این درحالی است که خواص مکانیکی در کابل ­ها بسیار حائز اهمیت است، به ویژه ازدیاد طول در شکست و تنش کششی در هنگام شکست. برای بهینه ­سازی عملکرد مکانیکی، لازم است چسبندگی خوبی بین پرکننده و ماتریس ایجاد شود. با افزودن یک عامل اتصال­ دهنده می ­توان به چسبندگی مورد نیاز بین پلیمر و پرکننده دست یافت. برای این منظور می­ توان از سیلان­ ها استفاده کرد، اما پلی الفین ­های عامل ­دار شده کاندیدهای بهتری هستند که هم­چنین انعطاف ­پذیری خوبی نیز به ماده می­بخشند.

عوامل اتصال­ دهنده­ برای پلی­ پروپیلن پرشده با الیاف شیشه

در اینجا، بهبوددهنده ­های چسبندگی، همانند عوامل اتصال ­دهنده­ مورد استفاده برای پلی­ پروپیلن پرشده با فیلرهای معدنی و الیاف شیشه، توانایی ایجاد واکنش با گروه­ های عاملی روی سطح پرکننده را دارند، در حالی ­که استخوان­ بندی اصلی زنجیر پلیمری اتصال­ دهنده، در پلیمر پایه (پلی ­پروپیلن) امتزاج ­پذیر است.

Untitled

 

  • به این طریق، اتصال­دهنده بین فیلر و ماتریس پلیمر پیوند ایجاد می کند،
  • هم­چنین، خیس شدن سطح فیلر، و نیز پراکنش آن­ها را بهبود می­بخشد و به همگن شدن آمیزه کمک می­ کند.
  • در نتیجه، استحکام کششی و استحکام ضربه­ کامپوزیت به طرز چشم­گیری ارتقا می­ یابد.

اصلاح­ کننده­ ضربه­ مناسب برای هر کاربردی بستگی به خواص فیزیکی مورد انتظار از ترکیب نهایی دارد.

انواع دیگر در شرایطی که لازم است علاوه بر بالا بودن سطح پیوندزنی، جریان رزین پایه نیز بالا باشد، مفید واقع می­ شوند. به عنوان مثال، در فرآیند پالتروژن که خیس شدن سطح الیاف شیشه ضروری است.

میزان مورد نیاز عامل اتصال­دهنده به منظور بهینه کردن خواص فیزیکی به طور کلی در محدوده­ی ۲ تا ۵ درصد است اما به بازدهی و کارایی تجهیزات مورد استفاده برای اختلاط نیز بستگی خواهد داشت.

عوامل اتصال ­دهنده برای TPO پرشده با مواد دیگر

/PP کربنات کلسیم- مانند عمل کرد عامل اتصال­ دهنده در پلی پروپیلن پرشده با مواد معدنی، در اینجا هم بهبوددهنده­ چسبندگی قادر به واکنش با گروه ­های عاملی موجود در سطح پرکننده است، در حالی که استخوان ­بندی اصلی پلیمر با پلی­پروپیلن پایه امتزاج­پذیر است.

این امر هم­چنین باعث خیس شدن بهتر سطح پرکننده، بهبود پراکنش پرکننده و همگنی بیشتر ترکیب می­ شود. در نتیجه مقاومت کششی و مقاومت به ضربه­ی کامپوزیت به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

/PEHD میکا- بهبوددهنده­ های چسبندگی را می ­توان در سامانه ­های پلی­ اتیلنی پرشده با میکا، تالک، کلسیم کربنات و … به کار برد.

 

 

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 📧

قابلیت رنگ پذیری پلی آمید با نانولوله‌های کربنی

با توجه به تحول بنیادین صنعت خودرو و سختگیرانه‌تر شدن الزامات زیست محیطی، خودروسازان سراسر جهان مشتاق استفاده از پلیمرهای جدید ترکیب شده با نانو مواد بر اساس شرکت روسی (R&P Polyplastic)  هستند. اصلاح پلاستیک‌ها با استفاده از نانولوله‌های کربنی نتایج موثری را در پوشش‌های ضد اصطکاک و ضد سایش فراهم می‌کند. همچنین امکان رنگ آمیزی قسمت خارجی قطعات را با روش الکترواستاتیک فراهم می‌کند. این شرکت با استفاده از نانولوله‌های کربنی Tuball سنتز شده توسط OCSiAl مواد نانوکامپوزیتی را تولید و معرفی می‌کند. یکی از آخرین پیشرفت‌های آنان پلی آمید ۶۶ پر شده با الیاف شیشه است که با نام تجاری آرامید به بازار عرضه شده است. اضافه کردن مقدار کمی از این نانولوله‌ها در حدود ۰/۱۵ درصد وزنی به پلی آمید مقاومت حجمی ۶^۱۰ تا ۸^۱۰ اهم-سانتی‌متر را به دنبال دارد که مطابق استاندارد‌های مورد نیاز صنعت است. این در حالی است که خصوصیات مکانیکی مواد حفظ می‌شود.

حضور نانولوله‌ها باعث تغییر شدید خواص رسانایی الکتریکی شده  و به ما این امکان را می‌دهد که بدون استفاده از یک خط جداگانه قطعات را رنگ کنیم. این کار به طور قابل توجهی هزینه‌های فرآیند را کاهش داده و آن را کارآمد و سازگارتر با محیط زیست می‌کند. به گفته‌ الکساندر زیمنیاکوف مدیر فروش OCSiAl، برخلاف روش‌های قبلی، این اصلاح، سطح مقاومت ثابت را تضمین کرده و تأثیر نامطلوب بر دوام ماده ندارد. آزمایش پیش تولید سپر ساخته شده با این ترکیب قرار است در سال ۲۰۲۰ آغاز شود.

امروزه فناوری اضافه کردن نانولوله‌های کربنی به پلیمرهایی نظیر پلی اتیلن، پلی پروپیلن و آکریلونیتریل-بوتادین-استایرن در حال توسعه است. دیگر تحولات اصلاح پلی پروپیلن با تکنولوژی نانو به منظور کاهش وزن آن‌ها برای خودروهای الکتریکی است.

 

منبع خبر: www.plasticstoday.com

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 📧