توسعه پلیمرهای پایدار از طریق تمرکز بر روی بلورینگی پلیمرهای سبز – Long-Spaced Polyacetals
محققان در دانشکده مهندسی FAMU-FSU به اکتشافات جدیدی در مورد اثرات دما بر پلیمرهای پایدار دست یافته اند. یافته‌های آن‌ها می‌تواند به صنعت در تولید پلاستیک‌هایی که برای محیط زیست بهتر هستند، کمک کند.
Rufina Alamo، پروفسور در دانشکده مهندسی زیست پزشکی و شیمی، می‌گوید: “پلاستیک‌های ساخته شده از نفت، یک منبع تجدیدناپذیر، زمانی که دور انداخته می‌شوند در آب و زمین ما بسیار طولانی مدت باقی می‌مانند.” “ما در حال تحقیق هستیم این که چه طور پلیمرهای پایدار گرم و سرد می‌شوند تا بتوانیم پلاستیک‌های سازگار با محیط زیست بیش‌تری تولید کنیم.”
Alamo و Xiaoshi Zhang، اخیراً این اثر را در مجموعه مقالاتی منتشر کرده اند که بر روی بلورینگی پلیمرهای “سبز” تمرکز دارد.
Alamo گفت: “یک انگیزه جهانی وجود دارد برای تغییر روشی که بیش‌ترین حجم پلاستیک‌ها ساخته می‌شوند.” “شیمی‌دانان و فیزیک‌دانان پلیمر به سختی در حال تلاش جهت تولید مواد جایگزین برای پایان دادن به مواد زائد پلاستیکی مشکل‌ساز هستند.”
تعیین دمای مناسب برای فرآورش، کلید تولید مواد بهتر است که به دانشمندان کمک می‌کند پلیمرهای ارزان قیمت ساخته شده از نفت را با پلیمرهای مقرون به صرفه از لحاظ اقتصادی و پایدار جایگزین کنند.
Alamo گفت: “چه طور پلیمر ذوب و سرد می‌شود جهت ایجاد شکل دل‌خواه مهم است.” “ما در حال تلاش برای درک پیچیدگی‌های بلورینگی به منطور درک بیشتر روند تحول هستیم.”
این تیم در حال مطالعه نوعی پلیمر به نام “پلی‌استال‌های long-spaced” است که در پلاستیک‌ها استفاده می‌شود. در حالی که در یک آزمایشگاه در دانشگاه Konstanz در آلمان سنتز می‌شوند، این پلی‌استال‌های long-spaced که تیم Alamo استفاده کرد از زیست‌مواد پایدار نشأت می‌گیرند. آن‌ها حاوی زنجیره‌های پلی‌اتیلنی هستند که در فواصل کاملاً مساوی با گروه‌های استال پیوند داده شده اند. این ساختار، چقرمگی پلی‌اتیلن با تجزیه‌پذیری هیدرولیتیک گروه استال را ترکیب می‌کند. این نوع پلیمر مستحکم است اما به سادگی با آب نسبت به پلیمرهای مرسوم تجزیه می‌شود.
Alamo گفت: “آنچه ما کشف کردیم این است که این نوع پلیمرها به روش غیر معمول پس از ذوب شدن هنگامی که خنک می‌شوند، بلورینه می‌شوند.”
در طول فرآیند سرمایش، مولکول‌هایی که شبیه رشته‌های پیچیده اسپاگتی از پلاستیک‌های ذوب شده هستند، گره‌زدایی می‌کنند تا بلورها را تشکیل دهند و مسئول چقرمگی مواد نهایی هستند. گروه Alamo نشان داد که بلورینگی پلیمر توسط رخ‌دادهای مولکولی که در مقابل رشد بلور اتفاق می‌افتد، کنترل می‌شود.
محققان دریافتند که هنگامی که به سرعت سرد می‌شوند، این پلی‌استال‌ها چقرمه و بلورین می‌شوند و مولکول‌ها در یک بلور با نام Form I خودآرایی (self-assemble) می‌کنند. هنگامی که به آرامی سرد می‌شوند، این مواد نیز بسیار بلورین هستند، اما بلورهای تشکیل شده خیلی متفاوت هستند و Form II نامیده می‌شوند. هنگامی که در دمای متوسط سرد می‌شوند، ماده ابداً جامد نمی‌شود. به گفته محققان، این پدیده هرگز در هیچ پلیمر بلورین دیگری مشاهده نشده است.
Alamo گفت: “برای این که بلورها تشکیل شوند، ابتدا نیاز دارد سد انرژی برداشته شود.” “در دماهای پایین، بلورها به راحتی تشکیل می‌شوند. در دماهای بالا، بلورها پایدارتر هستند و در دماهای متوسط، بلورها برای تشکیل شدن رقابت می‌کنند و مواد نمی‌توانند جامد شوند.”
او گفت: “این یک کشف قابل توجه است، زیرا کلید مهمی است برای درک این که چه طور پلاستیک‌هایی که ما استفاده می‌کنیم، جامد می‌شوند.” “ما می‌خواهیم صنعتی را با بهترین روندهای تحول ممکن ارائه دهیم. ما پلاستیک‌های پایداری می‌خواهیم که تاب برندارند یا مشکل جامدسازی ندارند.”
این تحقیق ممکن است روش‌های جدید تولید پلاستیک‌ها را ارائه دهد که برای تولید کردن، مقرون به صرفه‌تر و پایدارتر خواهند بود.
این تحقیق با کمک مالی بنیاد ملی علوم پشتیبانی می‌شود.
لینک خبر:
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200926145153.htm
مقالات مرتبط با این مطلب، در زیر پیوست شده اند.
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 پلاستیک‌ها در لوازم خانگی – بخش اول: پلیمر ABS و کامپاندهای آن
اکریلونیتریل بوتادیان استایرن (ABS)
ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی و مکانیکی ABS به صورت زیر است
خواص عمومی ABS
رزین‌های ABS مجموعه‌ای از خواص کاملاً موازنه و متعادل شده را برای قالب‌گیری قطعات با کنترل ابعادی دقیق فراهم می‌آورد به طوری که آن‌ها پرداخت سطح بسیار عالی و در حد مطلوبی دارند، مقاومت آن‌ها در برابر ضربه و نیز ویژگی‌های آب‌کاری فلزی خوبی دارند. رزین‌های ABS به خانواده بسیار گسترده‌ای از پلیمرهای ترموپلاستیک (بسپارهای گرمانرم) تعلق دارند. ABS از طریق ترکیب سه مونومر تولید می‌شود: اکریلونیتریل (AN)، بوتادیان (BD) و استایرن (S). ساختار شیمیایی این مونومرها ایجاب می‌کند که هر مونومر جزء مهمی از رزین‌های ABS باشد به این معنی که هر مونومر، مسئول تأمین خاصیت ویژه‌ای از رزین‌های ABS است.
پلیمر ABS از نسبت‌های مختلفی از اکریلونیتریل، بوتادیان و استایرن تشکیل می‌شوند. اکریلونیتریل مؤثر بر استحکام کششی، پایداری گرمایی و مقاومت شیمیایی می‌باشد. بوتادیان بر چقرمگی، مقاومت ضربه و خواص دمای پایین تأثیرگذار است در حالی که استایرن مؤثر بر براقیت، صلبیت و فرآیندپذیری می‌باشد. با تغییر نسبت این مؤلفه‌ها، دامنه وسیعی از انواع مواد این مواد به وجود می‌آیند که دارای خواص ضربه‌پذیری بالا و متوسط، و قابلیت آب‌فلزکاری، مقاومت در برابر گرما و براقیت زیاد و کم می‌باشند.
مواد ABS ترکیب متعادلی از چقرمگی، استحکام کششی، پایداری ابعادی، صلبیت و خواص عایق‌کاری الکتریکی را از خود بروز می‌دهند. آن‌ها همچنین خواص ضربه‌پذیری عالی، عمل‌کرد دمایی وسیع و کیفیت سطح فوق‌العاده را دارا می‌باشند. مواد ABS توسط قالب‌گیری تزریقی (قطعات و اجزای یخچال و فریزر)، قالب‌گیری دمشی، اکستروژن (سینی‌های داخل یخچال)، قالب‌گیری اسفنجی و شکل‌دهی گرمایی (آستری در یخچال) فرآیند می‌شوند.
پلاستیک‌های ABS، سامانه‌های دو فازی می‌باشند. استایرن اکریلونیتریل (SAN) فاز پیوسته بستر پایخ یا زمینه (ماتریس) را تشکیل میدهد. فاز دوم از ذرات پراکنده شده یا پراکنش یافتته بوتادیان تشکیل شده است که در آن لایه‌ای از SAN بر روی سطح پیوند خورده است. لایه ماتریس اتصال‌دهنده SAN، سبب می‌شود تا دو فاز تشکیلدهنده این پلیمر با هم کاملاً سازگار باشند.
تعادل یا موازنه خواص از طریق نسبت مونومرها و به وسیله ساختار مولکولی دو فاز، کنترل می‌شود. پایدارکننده‌ها، روان‌کننده‌ها، رنگین‌کننده‌ها و افزودنی‌های دیگر را می‌توان به سامانه افزود و این مسأله در حالی که تولید ABS را بسیار پیچیده می‌کند ولی از سوی دیگر انعطاف‌پذیری شگرفی را در طراحی خواص محصول پدید می‌آورد. در نتیجه موفولوژی و ریزساختار بی‌نظیر ABS، صدها محصول محتلف از ABS، بسط و توسعه یافته‌اند که به طور تجاری قابل دسترس می‌باشند. ۱- رزین‌های ویژه قالب‌گیری تزریقی و ۲- رزین‌های مخصوص اکستروژن. اختلاف اولیه میان این دو نوع تجاری، ویسکوزیته حالت مذاب آن‌ها می‌باشد که برای رزین‌های قالب‌گیری تزریقی، ویسکوزیته مذاب به طرز قابل توجه‌ای پایین‌تر است. در هر طبقه از پلیمرهای ABS، گروه‌های متناظری از انواع تجاری وجود دارند. انواع تجاری ABS استاندارد را می‌توان براساس استحکام ضربه‌ای به سه دسته استحکام ضربه‌ای متوسط، بالا و اانواع بسیار محکم در برابر ضربه تقسیم کرد. همچنین انواع ABSهای استاندارد را بر مبنای جلای سطح بنیز می‌توان به ۳ دسته طبقه‌بندی کرد ۱) جلای سطح کم ۲) جلای سطح بالا ۳) جلای سطح بسیار بالا. انواع ویژه ABS شامل موارد زیر می‌باشند. ABS با مقاومت حرارتی بالا، ABS ویژه آب‌کاری، ABS شفاف، ABS به تأخیرانداز شعله و ABS با انواع ساختارهای فومی.
انواع استاندارهای ABS معمولاً با سوختن آخسته (UL-94 HB) درجه‌بندی آزمایش‌گاهی مرجع ویژه صدور مجوز کیفیت، ساخت و فروش موسوم به UL را کسب می‌کنند. مواد به تأخیرانداز شعله در ضخامت‌های in 062/0، (UL-94 V0) و در ضخامت‌های in 125/0، (UL-94 5V) را دارند. در انواع ABS شفاف از MMA (متیل اکریلات) برای ایجاد خاصیت عبور معادل ۷۲% و میزان کدورت یا مه (Haze Leve) برابر ۱۰%، استفاده می‌کند. آلیاژهای ABS-PVC در انواع با جلای زیاد و با جلای کم ساخته و تولید شده‌اند که تجاری شده و دردسترس می‌باشند. آلیاژهای ABS-PC در انواع قالب‌گیری تزریقی و انواع ویژه آب‌کاری دردسترس می‌باشند. آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ABS-SMA در انواع تجاری قالب‌گیری تزریقی، اکستروژن و ویژه آب‌کاری دردسترس می‌باشند. آلیاژهای ABS-PA نیز در انواع تجاری شده ویژه قالب‌گیری تزریقی در دسترس می‌باشند.
ABS انتخابی عالی برای استفاده در آلیاژها (Alloys) و مخلوط‌های چند آمیزه (Blends) می‌باشد. وقتی که پلاستیک‌ها با یکدیگر ترکیب می‌شوند، ویژگی‌ها و جنبه‌های مثبت هر یک را می‌توان حفظ و نگه‌داری کرد و حتی افزایش داد. در حالی که خصوصیات نامطلوب هر یک را می‌توان کاهش داد.
آلیاژهای ABS-PC و ABS-PVC آلیاژهایی هستند که به خوبی شناسایی شده و بر روی آن‌ها کار شده است و در عمل هم از آن‌ها استفاده می‌شود. نوآوری‌های اخیر آلیاژهای جدید از ABS را نیز معرفی نموده است که عبارتند از ABS-استایرن-مالئیک انیدرید (ABS-SMA) و ABS-پلی‌آمید (ABS-PA).
ABS مزایایی همچون توانایی فرآیند نمودن و ظاهر خوب و قیمت پایین را همراه با ترکیبی متعادل از خواص مهندسی مطلوب با خود به ارمغان آورده است. موازنه خواص، مهم‌ترین ویژگی ABS و آلیاژهای مربوطه به آن می‌باشد.
مزایای ABS
- مقاومت در برابر ضربه (چقرمگی) و خواص صلب، سخت و سفت مطلوب
- خزش پایین
- پایداری ابعادی خوب
- خواص فیزیکی و مکانیکی بالا که استحکام و قدرت بالا را به دنبال دارد.
- پوشش‌های فلزی، چسبندگی عالی را به سطح ABS از خود نشان می‌دهند
- با استفاده از روش‌های ترموپلاستیک متداول، قابل تیدیل است و پلاستیکی است که وزن سبکی دارد.
محدودیت‌های ABS
- ABS در برابر اسیدها مقاوم است (به جز اسیدهای اکسیدکننده غلیظ)، همچنین در برابر قلیاها، نمک‌ها، روغن‌های اساسی و ضروری و محدوده گسترده‌ای از محصولات غذایی و دارویی مقاوم است. ولیکن از طریق بسیاری از حلال‌های شامل کتون و استر، به راحتی تحت حمله قرار می‌گیرد و در مجموع مقاومت آن‌ها در برابر حلال‌های آلی کم است.
- استحکام دی‌الکتریک یا عایقی پایینی دارد یعنی مقاومت آن در برابر عبور الکتریسیته کم است، عایق خوبی نیست.
- تغییر طول یا ازدیاد طول پایینی دارد و کشسان نیست.
- درجه حرارت کاری پیوسته پایین
- با این که خاصیت مکانیکی قطعه نهایی نسبت به رطوبت حساس نیست ولیکن وجود رطوبت در حین فرآیند نمودن می‌تواند منجر به ظهور مشکلاتی در ظاهر قطعه گردد. بیش‌ترین مقدار رطوبت مجاز و مناسب برای قالب‌گیری تزریقی ۰/۲% و برای اکستروژن ۰/۰۳% می‌باشد که می‌توان با استفاده از یک خشک‌کن هوایی رطوبت زدا، در عمل به این مقدار رسید.
به طور کلی پلیمر ABS در ساخت قطعات داخلی یخچال، پنل‌های کنترل لوازم خانگی و آشپزخانه، محفظه (جاروبرقی، غذاساز، چای‌ساز)، آسترهای یخچال، بدنه جاروبرقی، لباس‌شویی و قاب تلویزیون کاربرد دارد. کالاهای خانگی و مصرفی عمده‌ترین کاربردهای ABS است.
کاربردهای ABS در لوازم خانگی
- یخچال‌ها: برای درب‌ها و آسترها و فیلم‌های پلاستیکی که برای نگه‌داری مواد غذایی داخل یخچال از ABS استفاده می‌شود. اکستروژن‌های با مقاومت در برابر ضربه متوسط و انواع تجاری قالب‌گیری شامل ABS شفاف، در ظروف تازه نگه‌دارنده مواد غذایی، نوارهای درزگیر دور یخچال، پایه‌های قفسه، سینی‌های قطعات تبخیرکننده و حفاظ‌های پلاستیکی پایین درب یا در محل اتصال در با زمین استفاده می‌شود.
- بدنه‌های لوازم خانگی کوچک و کاربردهای ابزار برقی: این نوع لوازم و ابزارها شامل موارد زیر می‌باشند: سشوارها، اتوهای سنگی مخصوص فردادن مو، مخلوط‌کن‌ها، درب‌بازکن‌های برقی قوطی کنسرو، قهوه‌سازها، فرآیندکننده‌های مواد غذایی، فن‌ها یا پنکه‌های برقی، جاروبرقی‌ها، دریل‌های برقی، بادبزن‌های ورقهای و پایه‌ها یا نگه‌دارنده‌های ماشین چمن‌زنی.
- کالاهای خانگی: فراپیش‌خوان‌های میز (وسایل یا لوازم خانگی رومیزی)، قسمت‌های مربوط به دور سینک و لوله، واحدهای تهویه مطبوع هوا که در پشت بام نصب شده‌اند.
- قطعات الکترونیکی تجاری و مخصوص مصرف‌کننده: نوارهای ویدئویی، تلویزیون‌ها، تجهیزات صوتی تصویری، بدنه‌های کامپیوترها، چاپ‌گرها و دستگاه‌های کپی.
سایر کاربردها
- خروج یا تخلیه: فاضلاب‌ها، لوله‌های تخلیه، اتصالات لوله و بدنه‌های صافی استخر و زوائد تزئیناتی.
- مخابرات: بدنه‌های گوشی تلفن، گوشی تلفن‌های قابل حمل بدنه‌های ماشین تایپ و کلیدهای صفحه کلید کامپیوتر.
- وسایل و لوازم تفریحی: قالب‌گیری‌های موتورسیکلت، قایق‌ها، هواپیماها، چادرهای ویژه اردوگاه‌ها، چمدان با بدنه سخت و آسترهای دستگاه‌های سردکننده ویژه پیک‌نیک.
- کیف‌های اسناد، جعبه‌های ویژه لوازم آرایش، بسته‌بندی‌های خانگی، اسباب‌بازی‌ها و تجهیزات فتوگرافیک (عکاسی).
از آنجا که ABS هیچ ماده سرطان‌زای شناخته‌شده‌‌ای ندارد نسبتاً بی‌ضرر است و هیچ اثر سوئی بر سلامتی و در ارتباط با قرار گرفتن در معرض ABS وجود ندارد.
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
کشف الیاف پلیمری جدید و منحصر به فرد بر پایه پلی‌اکریلونیتریل
محکم و چقرمه ولی به سبکی یک پَر
گفته می‌شود که این الیاف به طور مطلوب برای اجزای سازنده فنی که در معرض بارهای زیاد قرار دارند، مناسب هستند.
الیاف پلیمری جدید و منحصر به فرد را در نتیجه وجود هر دو خواص وزن سبک و بسیار ارتجاعی توصیف کردند و توسط تیمی تحقیقاتی که به دست دانشمندان از دانشگاه Martin Luther (MLU) Halle-Wittenberg در Saxony-Anhalt، آلمان رهبری شد، ساخته شدند، در حالی که می‌توانند تأثیر زیادی بر صنعت خودرو و سایر بخش‌ها بگذارند.
گروه تحقیقاتی MLU برای طراحی مواد مبتنی بر ریزساختار در انستیتوی فیزیک، به سرپرستی Ralf Wehrspohn، از دستگاهی موسوم به ZEISS Xradia 810 Ultra – توموگرافی تخمینی سه بعدی با اشعه X با وضوح بالا که قادر به شناسایی الیاف بود، استفاده کرد. این فناوری به دانشمندان اجازه میدهد که تصاویر سه بعدی بسیار دقیق از نمونه‌های کوچک ایجاد کنند. هنگامی که محققان این الیاف را ساختند، برای اولین بار مشاهده کردند که فیبریل‌های داخل هر لیف مجزا تقریباً همیشه در جهت طولی یکسان مرتب می‌شوند.
این الیاف که از لحاظ شیمیایی بر پایه پلی‌اکریلونیتریل هستند، گفته می‌شود به خاطر حداکثر ارتجاعیت و مقاومت کششی بالا بسیار حائز اهمیت هستند در حالی که بسیار سبک وزن نیز هستند.
یک لیف منفرد با قطر حدود ۰/۰۴ میلی‌متر حداکثر ۴۰۰۰ فیبریل فوق‌العاده نازک را شامل می‌شود. محققان ذکر کردند ماده افزودنی یا مولکول اتصال‌دهنده، این فیبریل‌ها در الیاف را با نتایج مطلوب به یکدیگر پیوند میدهد. اما این فقط ماده افزودنی نیست که به جهت محکم ساختن مواد مسئول است بلکه این واقعیت نیز وجود دارد که این موضوع با جهت‌گیری الیاف بسیار ترکیب می‌شود که نتیجه کشش و آماده‌سازی حرارتی به کار رفته در طی فرآیند تولید است. برای مقایسه، یک لیف منفرد ضخیم‌تر از موی انسان نیست و وزن آن کم‌تر از یک ریزپشه است اما با این وجود می‌تواند ۳۰ گرم وزنه را بالا ببرد.
به گفته این تیم، مواد مصنوعی کمی وجود دارد که چنین مقاومت بالایی را با چقرمگی فوق‌العاده ترکیب کند. دانشمندان Halle به‌همراه محققانی از دانشگاه Bayreuth، مرکز تحقیقات Jülich و سایر شرکای آلمان، چین و سوئیس بر این چالش‌های مهم فناوری تسلط داشتند. الیاف پلیمری که آن‌ها تولید کردند در برابر تغییر شکل و شکستگی مقاومت می‌کنند، زیرا می‌توانند کشیده شوند و سپس به شکل اصلی خود بازگردند در حالی که این بدان معناست که می‌توانند انرژی زیادی جذب کنند. دکتر Juliana Martins de Souza e Silva، سرپرست گروه برای میکروسکوپ الکترونی اشعه X در MLU و یکی از اعضای تیم تحقیق گفت: “علاوه بر سبک وزن بودن، الیاف منحصر به فردی هستند زیرا تا کنون ترکیب استحکام بالا با چقرمگی بالا در یک ماده دشوار بود.”
گفته می‌شود این الیاف به دلیل خواص منحصر به فردشان، برای استفاده در مورد اجزای سازنده فنی تحت بار زیاد نظیر تایرهای مقاوم در برابر سایش و بخش‌های دیگر خودرو به طور مطلوب مناسب می‌باشند در حالی که به کاهش وزن خودرو کمک می‌کنند. آن‌ها می‌توانند به عنوان ماده‌ای برای چترهای نجات و تجهیزات حفاظتی در صنعت نساجی یا برای تاندون‌ها و رباط‌های مصنوعی، مواد ترمیمی بافت یا بخیه‌های جراحی در مهندسی پزشکی استفاده شوند.
دانشمندان بر این باورند که این ماده می‌تواند دست‌خوش توسعه بیشتر قرار گیرد. Martins de Souza e Silva گفت: “الیاف ما از یک اصل طراحی نوآورانه استفاده می‌کنند که اجازه خواهد داد به طور مشابه الیاف چقرمه و محکم از سایر پلیمرهای استاندارد نیز تولید شود.” “بنابراین ترکیبات مختلف پلیمرها و مولکول‌های پیونددهنده می‌تواند منجر به پیدایش مواد جدید شوند.”
در حال حاضر به هر جهت الیاف پلیمری کشف شده توسط این تیم‌ها می‌توانند با استفاده از فرآیندهای پیش‌رفته در این بخش که فراهم می‌شوند، مستقیماً ساخته شوند. Martins de Souza e Silva گفت: “ما انتظار داریم که به زودی الیاف ما به منظور کاربرد عملی در صنعت ارائه شود.”
لینک خبر: https://www.canplastics.com/features/researchers-discover-unique-new-polymer-fibres/
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
کامپوزیت های پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه
خواص مکانیکی کامپوزیت های پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه
پلی پروپیلن (PP) به دلیل دارا بودن خواصی چون مقاومت در برابر خوردگی، فرآیندپذیری آسان و همچنین هزینه کم، جز پرکاربردترین پلاستیک ها به شمار می رود. با این حال، عمل کرد مکانیکی نسبتاً ضعیف PP کاربرد این پلیمر را در بسیاری از حوزه های مهندسی مانند خودرو سازی محدود کرده است. به همین دلیل، امروزه تولید و کاربرد کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) به دلیل بهبود قابل توجه خواص مکانیکی نسبت به هزینه تولیدشان، در بسیاری از حوزه ها در حال توسعه است. تقویت کنندگی با الیاف شیشه، کارآمدترین و اقتصادی ترین روش برای بهبود عمل کرد مکانیکی PP است. به دلیل قابلیت طراحی بالا و سهولت فرآیند قالب گیری، الیاف شیشه در ماتریس PP مورد توجه بسیاری از صنایع مختلف مانند خودروسازان قرار گرفته است. پلی پروپیلن حاوی الیاف شیشه از ۱۰% الی ۴۰% به ویژه در حوزه قطعات خودرو و لوازم خانگی به کار برده می شود. از کاربردهای اصلی این محصول می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- خودروسازی
- لوازم ساختمانی
- لوازم خانگی
- لوازم اداری
- لوازم الکترونیکی
- قطعات با استحکام بالا و…
E-glass و S-glass متداول ترین الیاف مورد استفاده در صنعت پلاستیک های تقویت شده هستند الیاف شیشه نوع E کمترین هزینه را در بین تمام الیاف تقویت کننده تجاری دارند، که همین امر موجب استفاده گسترده از آن ها در صنعت پلاستیک تقویت شده با الیاف شده است. الیاف شیشه نوع S که در اصل برای اجزای هواپیما و محفظه موشک به کار برده می شود، بالاترین مقاومت کششی را در بین تمام الیاف مورد استفاده داراست. با این حال، تفاوت ترکیب و هزینه ساخت بالاتر، آن را گران تر از E-glass کرده است.
پلی پروپیلن معمولاً با الیاف کوتاه شیشه (GF) تقویت می شود تا خواصی مانند سفتی (مدول الاستیک)، استحکام کششی، چقرمگی، مقاومت شیمیایی، و دمای اعوجاج حرارتی شان در مقایسه با نمونه های تقویت نشده بهبود یابد. میزان بهبود این خواص به خواص مکانیکی الیاف، توزیع اندازه طول الیاف، مقدار لیف مورد استفاده، جهت گیری آن ها در ماتریس، میزان تنش بین سطحی بین لیف و ماتریس، و خواص مکانیکی ماتریس بستگی دارد.
با این حال، معمولاً چسبندگی ضعیف الیاف به ماتریس منجر به تضعیف خواص کامپوزیت حاصل می شود. به همین دلیل، در پلی پروپیلن تقویت شده با GF، که ماتریس یک پلی الفین غیر قطبی است، بهتر است از یک سازگارکننده عامل دار شده پلی الفینی برای تقویت کارآمد خواص مکانیکی کامپوزیت استفاده شود. در کامپوزیت های پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه (PPGF) معمولاً از پلی پروپیلن عامل دار شده با مالئیک انیدرید (PP-g-MA) به عنوان سازگار کننده بین سطحی به منظور تقویت چسبندگی بین الیاف و ماتریس استفاده می شود.
در این مقاله به بررسی تأثیر عوامل مختلف بر بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده پرداخته شده است.
- توزیع طول الیاف: طول الیاف به شدت بر خواص نهایی کامپوزیت تأثیر دارد و الیاف شیشه نیز در طول فرآیند ذوب می توانند دچار شکستگی شوند. بنابراین فرایندهای اکستروژن و تزریق بر طول الیاف و توزیع طول آن ها اثرگذار هستند. در اصل الیاف شیشه در طول فرایند کامپاندینگ گرانول های کامپوزیتی دچار یک شکست اولیه شده و سپس در اثر میدان های برشی و فشاری در حین فرآیند تزریق شکست ثانویه رخ خواهد داد. نتایج تحقیقات حاکی از آن است که در مقایسه کامپوزیت های حاوی سازگارکننده و فاقد آن، در مقدار مساوی الیاف شیشه، طول الیاف در کامپوزیت های حاوی سازگارکننده بیش تر، و پراکندگی اندازه الیاف نیز باریک تر است. که دلیل این امر، استحکام بیشتر فصل مشترک لیف-ماتریس است که منجر به شکست کم تر الیاف در طول فرایند ذوب کردن می شود.
- آرایش یافتگی الیاف: الیاف در ترموپلاستیک های پر شده معمولاً در جهت جریان دچار آرایش یافتگی خواهند شد و در نتیجه کامپوزیت های حاصل موادی ناهمسان گرد هستند. آرایش یافتگی الیاف پارامتر مهمی است که بر رفتار ترمومکانیکی کامپوزیت ها به شدت تأثیرگذار است. معمولاً در آرایش یافتگی در راستای موازی با جهت جریان استحکام و عمل کرد بهتری را شاهد خواهیم بود. همچنین نتایج مطالعات نشان داده که استفاده از سازگارکننده در کامپوزیت های PP/شیشه بر میزان جهت گیری الیاف مؤثر و باعث افزایش آن خواهد شد.
- سازگار کننده: سازگار کننده در کامپوزیت PP/شیشه با افزایش استحکام فصل مشترک لیف/ماتریس، باعث افزایش استحکام ضربه، استحکام خمشی، افزایش تنش و کرنش failure، و بهبود خواص تریبولوژیکی خواهد شد. همچنین با اضافه کردن ۴۰% الیاف شیشه به پلی پروپیلن، ضریب انبساط حرارتی آن تا نصف کاهش می یابد، و هنگامی که از ۳۰% الیاف شیشه در کنار پلی پروپیلن استفاده شود مقاومت کششی تا ۱۸۰% افزایش می یابد.
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
پلیکربنات Polycarbonate
ساختمان و خواص شیمیایی
پلی‌کربنات‌ها در حقیقت پلی‌استرهای گرمانرم آمورف و خطی هستند که از واکنش اسید کربنیک با دی‌اُل‌های آروماتیک به دست می‌آیند.
اطلاعات کمی در زمینه پلی‌کربنات‌های آلیفاتیک، سیکلوآلیفاتیک، آلیفاتیک آروماتیک وجود دارد در حالی که پلی‌کربنات‌های آروماتیک به ویژه پلی‌کربنات‌های ساخته شده از بیس‌فنل A به طور وسیعی مطالعه شده‌اند.
بیس‌فنل A پلیکربنات از ترکیبات اسید کربنیک با فسژن به دست می‌آید.
پلیکربنات غیر خورنده است، قابلیت آتش‌گیری دارد ولی پس از خارج ساختن آن از شعله، خودش را خاموش می‌کند.
این پلاستیک در حلال‌های هیدروکربورهای کلره حل می‌شود، توسط هیدروکربورهای حلقوی و قلیاهای قوی مورد حمله قرار می‌گیرد، در الکل‌های خطی نامحلول و در برابر اسیدهای معدنی پایدار می‌باشد.
میزان جذب رطوبت پلیکربنات کم و در برابر گازن اُزُن، هوا، اشعه ماوراء بنفش و شرایط محیطی مقاوم است. در جدول زیر برخی از خواص مهم شیمیایی پلیکربنات نشان داده شده است.
سال‌ها تصور می‌شد قطعات ساخته شده از پلیکربنات غیرسمی هستند و تماس آن‌ها با مواد غذایی مشکلی ایجاد نمی‌کند، لاکن تحقیقات چند سال اخیر دلالت بر آن دارد که پلاستیک‌هایی که در ساختار مولکولی آن‌ها بیس‌فنل A وجود دارد سمی و خطرناک هستند زیرا ورود این مواد به چرخه غذایی باعث جذب این ترکیب توسط مغز انسان می‌شود که یکی از عوارض آن بیماری آلزایمر خواهد بود.
خواص حرارتی
پلیکربنات صلبیت خود را تا ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد و چقرمگی خود را تا دمای ۲۰- درجه سانتی‌گراد حفظ می‌کند.
پلی‌کربنات‌های ساخته شده از بیس‌فنل A تنها در دماهای کم‌تر از ۱۰۰- درجه سانتی‌گراد حالت شکننده پیدا می‌کند همچنین مقاومت خود را تا ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد حفظ می‌نمایند.
این پلاستیک دارای پایداری ابعادی بسیار بالایی است، درجه حرارت واپیچی گرمایی (HDT) قطعات ساخته شده از پلی‌کربنات‌های بیس‌فنل A در گستره حرارتی (۴۳-۱۳۴ درجه سانتی‌گراد) قرار می‌گیرد. این دما با استفاده از تقویت‌کننده‌های الیاف شیشه تا حدود (۱۵ درجه سانتی گراد) افزایش می‌یابد.
این پلاستیک‌ها در تماس با شعله آتش‌گیر است ولی پس از خروج از شعله قابلیت خوداطفایی دارد. پلیکربنات قابلیت عمل استریل شدن با بخار آب را دارد.
به آسانی و با انوع مختلف روش‌های متداول صنعتی قابلیت شکل‌دهی دارد.
در جدول زیر تعدادی از خواص مهم حرارتی پلیکربنات نشان داده شده است.
خواص مکانیکی
پلی‌کربنات‌های آروماتیک (مانند بیس‌فنل A پلیکربنات) با دوام و سخت هستند و این خصوصیات را در محدوده نسبتاً زیادی از دما حفظ می‌کنند.
خصوصیات مکانیکی پلی‌کربنات‌های آروماتیک به وزن مولکولی آن‌ها بستگی دارد.
مقاومت در برابر ضربه بسیار زیاد این پلاستیک از برجسته‌ترین خواص مکانیکی آن در مقایسه با تمام پلاستیک پرمصرف صنعتی و مهندسی است، همچنین از مقاومت بالایی در برابر سایش برخوردار می‌باشد. در جدول زیر تفاوت خواص و کاربردی چهار نوع کربنات با جرم مولکولی مختلف ارائه شده است.
محصولاتی که متوسط وزن مولکولی آن‌ها کم‌تر از ۱۰۰۰۰ است قابلیت تشکیل فیلم را ندارند اما با افزایش وزن مولکولی بین ۱۰۰۰۰ تا ۱۸۰۰۰ خصوصیات مکانیکی آن‌ها در حد ضعیف قرار می‌گیرند.
جرم مولکول‌های کم‌تر از ۲۰۰۰۰ عموماً رفتار مکانیکی مناسبی ندارند، لاکن با افزیش وزن مولکولی تا ۲۵۰۰۰ رفتارهای کششی و ضربه‌ای بهتر می‌شود.
تهیه جرم مولکول‌های بالای ۵۰۰۰۰ این پلاستیک دشوار است. این پلاستیک از پایداری ابعادی بسیار خوبی برخوردار است، ضریب انبساط خطی پلی‌کربنات‌های تهیه شده از بیس‌فنل A در مقایسه با سایر پلاستیک‌ها، بسیار پایین‌تر است، این مقدار با استفاده از تقویت‌کننده الیاف شیشه، تا حدود ۲/۳% مقدار اولیه کاهش می‌یابد.
از تقویت‌شده این پلاستیک با الیاف شیشه، می‌توان به عنوان جای‌گزینی مطمئن برای برخی کامپوزیت‌ها مانند پلی‌فنل‌فرم‌آلدهید استفاده کرد، فرآیند شکل‌دهی آن ساده‌تر و اقتصادی‌تر است و در بسیاری از موارد خواص بهتری نیز در مقایسه با رزین‌های فنلی از خود نشان میدهد.
پلیکربنات پلاستیکی بسیار شفاف و خوش‌نما است و ۹۰% نور را از خود عبور میدهد، ولی در طول زمان از شفافیت آن کمی کاسته می‌شود.
در جدول زیر تغییر شفافیت بیس‌فنل A پلیکربنات در ابتدای زمان تولید، و سه سال پس از زمان ساخت آن نشان داده شده
است.
پلیکربنات بیس‌فنل A درای ضریب دی‌الکتریک بسیار پائینی است، بنابراین از خواص بالایی از نظر عایق بودن برخوردار می‌باشد.
در جدول زیر برخی از مهم‌ترین خواص مکانیکی و الکتریکی این پلاستیک ارائه شده است.
انواع و گونه‌های مختلف PC
تنوع گونه‌های تجاری پلی کربنات در سال‌های اخیر افزایش زیادی یافته است، کاربرد محصول و فرآیند شکل‌دهی دو گزینه مهم انتخاب مواد و گونه‌های این پلاستیک به شمار می‌آیند.
انواع متعدد پلیکربنات موجود در بازار عبارتند از هموپلیمر، آلیاژ تقویت‌شده و بهبود یافته با افزودنی‌های ویژه.
هموپلیمرهای آن در ساخت فیلم، ورق و قطعه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع دیگری از این پلاستیک مانند آلیاژهای آن، از قبیل آمیخته‌های PC/ABS و PC/PBT را می‌توان نام برد که در صنایع خودروسازی به نحو گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع بهبودیافته، مانند مقاوم شده در برابر شعله، یا نوع پایدار شده در مقابل ترک‌های ناشی از تنش‌های محیطی.
انواع تقویت‌شده با الیاف شده با الیاف شیشه که با درصدهای وزنی ۲۰% و ۳۰% کاربردهای فراوانی دارند و از آن‌ها قطعات محکمی ساخته می‌شود.
نوع شاخه‌ای پلیکربنات برای کاربردهایی که مذاب باید استحکام زیادی داشته باشد، مناسب است.
مهم‌ترین تفاوت بین گونه‌ها عبارتند از
- تفاوت در وزن مولکولی
- حضور یا (به صورت) یک ترکیب پلی‌هیدرولیکی
- تفاوت در مواد افزودنی
از گونه‌های صنعتی و تجاری بیس‌فنل A پلی کربنات می‌توان موارد زیر را نام برد:
- نمونه‌های مناسب برای قالب‌گیری تزریقی
- نمونه‌های مناسب برای فرآیند اکستروژن
- نمونه‌های مناسب برای قالب‌گیری دمشی
- نمونه‌های مناسب برای قالب‌گیری فوم‌های ساختاری
- نمونه‌های مناسب برای قالب‌گیری حرارتی تحت خلأ
پلیکربنات با تمام روش‌های شکل‌دهی مانند قالب‌گیری تزریقی، اکستروژن، ترموفورمینگ، فشاری و… با کیفیت عالی شکل‌دهی می‌شود.
کاربردها
صنایع الکترونیک یکی از بزرگ‌ترین بازارهای مصرف را برای پلیکربنات فراهم نموده‌اند.
این پلاستیک در ساخت محفظه کامپیوترهایی که خواص مکانیکی، الکتریکی و مقاومت در برابر آتش بالاتری از آن‌ها در نظر باشد، همچنین سایبان خلبانان هواپیمای مافوق صوت به کار برده شود.
همچنین در ساخت محصولات قالب‌گیری، فیلم‌های اکسترود شده، لوله، شیشه‌های نشکن، پنجره، حباب چراغ‌های خودروها و خیابان‌ها، مصارف خانگی، حباب کلاه ایمنی فضانوردان، شیشه‌های مقاوم در برابر گلوله بانک‌ها، سپر پلیس ضد شورش و اتومبیل‌های زره‌دار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
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 اصلاح‌کننده‌های ضربه برای پلیمرها
نیاز به استفاده از اصلاح کننده‌های ضربه
اصلاح کننده‌های ضربه برای بهبود دوام و چقرمگی انواع پلاستیک‌ها استفاده می‌شوند. با توجه به کاربرد استفاده نهایی و مقاومت ذاتی پلیمرها، فرمول‌ها نیاز به سطح متفاوتی از مقاومت ضربه را داشته که موارد مصرف عمومی تا ابر چقرمه را پوشش دهند.
اصلاح کننده‌های ضربه با کاربرد در مصارف عمومی
اصلاح مقاومت ضربه برای کاربردهای عمومی سطح کمی از مقاومت ضربه را پوشش میدهد، به عنوان مثال برای جلوگیری از آماده‌سازی قطعات قالب‌گیری شده PA اعمال می‌شود. این به معنای مقاومت مطلوب ضربه در دمای اتاق است؛ اما هیچ الزامی را برای مقاومت ضربه در دمای پایین (زیر صفر) را در نظر نمی‌گیرد. برای بیشتر کاربردها مقدار کمی (کم‌تر از ۱۰%) از اطلاح کننده ضربه مورد نیاز است و اصلاح کننده ضربه لزوماً نباید دارای گروه‌های واکنشی باشد تا قابل قبول برای کاربرد مورد استفاده باشد.
اصلاح مقاومت ضربه در دمای پایین
مقاومت ضربه در دمای پایین برای کاربردهایی که به سطح خاصی از انعطاف پذیری و مقاومت در برابر شکست در دماهای پایین نیاز دارند، لازم است. به عنوان مثال این مورد در بسیاری از لوازم از جمله لوازم خانگی کاربرد دارد. برای این منظور به مقدار اصلاح کننده بین ۵% تا ۱۵% که غالباً واکنش پذیراند، نیاز است.
ابر چقرمه
چقرمگی بالا برای کاربردهایی که نباید قطعه تحت دمای ۳۰- تا ۴۰- و همچنین سرعت برخورد بالا دچار شکست شود. این نیاز تنها با مقدار بالای اصلاح کننده ضربه واکنشی (۲۰% تا ۲۵%) با دمای انتقال شیشه‌ای کم برآورده می‌شود. علاوه بر عمل‌کرد ضربه، این اصلاح کننده‌ها می‌توانند منجر به بهبود سایر مشخصات مواد نظیر شوند:
- خواص نوری و کششی
- مقاومت در برابر هوا
- فرآیند پذیری
- اشتعال پذیری
- اعوجاج (تغییر شکل) گرمایی
اصلاح کننده‌های ضربه چگونه کار می‌کنند؟
خاصیت الاستومری یا لاستیکی اصلاح کننده‌های ضربه، انرژی ضربه را جذب یا تلف می‌کنند. اصلاح کننده‌های ضربه می‌توانند در حین پلیمریزاسیون داخل راکتور یا در مرحله آمیزه سازی به عنوان افزودنی ترکیب شوند. دو ساز و کار عمل‌کرد آن‌ها عبارت اند از:
انتشار ترکچه
این اصل این است که اصلاح کننده ضربه را در ماتریس شکننده پراکنده کنید؛ یک فاز میرایی که می‌تواند انرژی را جذب کرده و انتشار ترکچه را متوقف کند.
نوار برشی/ حفره‌زایی
ساز و کار دوم تشکیل نوارهای برشی اطراف ذره الاستومری است که انرژی تغییر شکل را جذب می‌کند. این مکانیزم همیشه با حفره‌زایی ذرات میراکننده (ظهور فضاهای خالی) است که انرژی را نیز جذب می‌کند. اگرچه که ایجاد نوارهای برشی بیشتر انرژی را جذب می‌کند.
برای کارآمد بودن فاز پراکنده باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:
قابلیت میرایی: فاز الاستومری توصیه می‌شود. به طور کلی از مواد با دمای انتقال شیشه‌ای پایین و دارای بلورینگی کم استفاده می‌شود. دمای انتقال شیشه‌ای پایین برای چقرمگی در دمای پایین کاملاً لازم است. کوپلیمرهای پلی‌الفینی نامزد بسیار خوبی هستند.
چسبندگی خوب با فاز پیوسته: این پارامتر برای چقرمگی کارآمد واقعاً کلیدی است. عدم چسبندگی مناسب می‌تواند ترکچه‌های متعددی را ایجاد کند که تا زمان شکست گسترش یابند. چسبندگی مطلوب می‌تواند برهم‌کنش ویژه‌ای در سطح و واکنش پذیری را فراهم کند. سازگاری با تشکیل فصل مشترک کوپلیمرهای آمفیفیلیک باعث کاهش کشش سطحی و افزایش چسبندگی می‌شود. سازگاری پلیمر بر اندازه، نظم و پایداری پراکندگی تأثیر داشته که بر عمل‌کرد قطعه نهایی اثر مثبت می‌گذارد.
طبقه بندی فناوری‌های اصلاح کننده ضربه
۱٫اصلاح با پلی الفین‌های عامل دار شده
به منظور تأمین نیازهای صنعت، پلیمرهایی مانند پلی‌آمید، پلی‌استر، پلی وینیل کلراید یا پلاستیک‌های زیستی نیاز به مقاومت در برابر ضربه را دارند. در میان فناوری‌های موجود در بازار، اصلاح کننده‌های ضربه پلیمری که به عنوان پلیمرهای عامل دار شده شناخته می‌شوند، طیف کاملی از عمل‌کرد چقرمگی را ارائه می‌دهند. از مصارف عمومی تا ابر چقرمگی در سیستم‌های مختلف پلیمری.
اصلاح ضربه با پلیمرهای مختلف
پلی آمید (PA)
طیف گسترده‌ای از اصلاح کننده‌های ضربه مبتنی بر کوپلیمرهای اتیلن (عامل دار شده یا نشده) یا یونومرها برای برآوردن نیازهای منحصر به فرد در PA6 و PA66 یا پلی‌آمید تقویت شده با شیشه در دسترس هستند. عمل‌کرد مقاومت در برابر ضربه پیشرو در صنعت:
- مقاومت در برابر ضربه فوق العاده بالا (ابر چقرمه)
- چقرمگی در دمای پایین
- چقرمگی متوسط با کاهش هزینه
مزایای بیشتر:
- جریان بهبود یافته برای بهره‌وری بالاتر
- خصوصیات زیبایی ( سطح کلاس A رنگ‌پذیری عالی)
- سطح پیوندزنی بالاتر برای بهبود کارایی در جهت کاهش هزینه
- موافقت FDA برای تماس مستقیم با غذا
پلی استر (PET ,PBT)
در کاربرد مهندسی پلیمر یا ورقهای ریخته گری، اصلاح کننده‌های ضربه پلیمری طیف گسترده‌ای از عمل‌کرد را ارائه میدهد که به شما امکان میدهد راه حل‌های متناسب با نیازهایتان را برآورده کند.
پلیمرهای مهندسی: برای کاربردهایی که بیش‌ترین تقاضا را دارند، برخی از اصلاح کننده‌های ضربه پلیمری مقاومت به ضربه‌ی فوق العاده را در پلیمرهای خالص و ترکیبات حاوی الیاف شیشه فراهم می‌کنند. با این حال در هنگام آمیزه‌کاری پلیمر مهندسی، PBT چالش اصلی افزایش مقاومت ضربه با حفظ خواص اصلی است. در میان طیف گسترده‌ای از پیشنهادات، اصلاح مقاومت ضربه ابزار ارزشمند و جدیدی را به آمیزه سازان جهت تطبیق خواص PBT برای کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی میدهد. همچنین می‌تواند برای سایر کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
کاربرد ورقهای تخت: افزایش بهروه‌وری در حین دستیابی به خصوصیات استحکام در برابر ضربه در ورقهای تخت ریخته‌گری شده یک چالش بسیار پیچیده است.
پلی وینیل کلراید (PVC)
بسته به نوع استفاده نهایی، انواع مختلف PVC برای دستیابی به اهداف عمل‌کردی مورد نظر به مواد اصلاح کننده ضربه متفاوت نیاز دارند.
پلی پروپیلن (PP)
پلی پروپیان یک پیلمر نیمه بلورین است که تعادل بسیار جذاب بین قیمت و کارایی و همچنین فرایند پذیری آسان را ارائه میدهد. با این حال PP برای برآوردن برخی از نیازهای صنعت، نیاز به بهبود مقاومت در ضربه در دمای محیط یا دماهای پایین دارد. اصلاح کننده‌های مقاومت به ضربه PP را در دمای اتاق یا دماهای پایین بهبود می‌بخشند. مجموعه گسترده‌ای از محصولات برای ارائه یک راه حل منحصر به فرد و سفارشی در هر شرایط در دسترس است.
از مزیای بیشتر می‌توان به موارد زیر اشراره کرد:
- افزایش پراکنش رنگدانه‌ها، الیاف شیشه و سایر مواد معدنی
- بهبود سازگاری برای آلیاژسازی PP
آکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS)
ABS در سطح بین پلاستیک‌های مهندسی و موادی نظیر PS عمل می‌کنند. آن‌ها به طور گسترده در کاربردهایی نظیر کامپیوتر و بدنه‌ی چاپ‌گر، لوازم خانگی، تجهیزات باغبانی، قطعات خودرو و اسباب بازی استفاده می‌شوند. در حین استفاده از ترکیبات ABS چه استاندارد و چه بازیافتی با چقرمگی ضعیف رو به رو هستیم. اصلاح مقاومت ضرببه یک چالش بسیار پیچیده است که بسته به دمای مورد استفاده برای مصارف عمومی یک راه حل خاص وجود دارد.
از مزیای بیشتر می‌توان به موارد زیر اشراره کرد:
سازگاری بالا
قابلیت پراکنش بالا (امکان اصلاح حین فرآیند را فراهم می‌کند)
آمیزههای پلیکربنات (PC/ABS , PC/PBT)
الزامات مربوط به پلی کربنات با داشتن مقاومت ضربه عالی در دماهای پایین و در عین حال فرآیندپذیری مناسب، امکان تولید موثر قطعات و پروفیل‌های بسیار خاص مانند قطعات خودرویی تزریقی را فراهم می‌کند. بسته به پلیمر مورد استفاده برای اختلاط با PC و سطح چقرمگی لازم یک افزودنی خاص لازم است. در مقایسه با فناوری جایگزین مزایای بیش‌تری را می‌توان یافت:
قابلیت فرآیندپذیری بهتر به لطف کاهش ویسکوزیته مذاب
پایداری بهتر در برابر گرما و UV
ازدیاد طول بیشتر
انجام فرآیند بهتر به دلیل فرم گرانول به جای پودر
۲٫ اصلاح با استفاده از مواد هسته-پوسته
شماتیکی از یک اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته در زیر ارائه شده است.
این مواد معمولاً دارای هسته الاستومری با دمای انتقال شیشه‌ای پایین مانند بیوتیل‌آکریلات یا بوتادین با پوسته پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA) هستند. از نمونه‌های اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته می‌توان به Paraloid از Dow chemical و Clearstrength از Arkema اشاره کرد. یکی از مزیت‌های اصلی ارائه شده در روی‌کرد اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته، اندازه از پیش تعیین شده ذرات است. با این حال اصلاح کننده ضربه باید به طور مناسب در ماتریس پراکنده و بهم پیوند داده شود تا بر روی چقرمگی پلاستیک مهندسی مؤثر باشد. این اتصال می‌تواند به صورت برهم‌کنش فیزیکی پوسته با ماتریس یا واکنش شیمیایی حاصل شود. واضح‌ترین مسیر برای دستیابی به آن، ترکیب بخش‌های واکنش‌پذیر به داخل زنجیره‌های پوسته در حین ساخت توسط پلیمریزاسیون امولسیونی است. بنابراین آن قسمت واکنشی متعاقباً در حین فرآورش مذاب با ماتریس واکنش میدهد.
مقایسه اصلاح کننده‌های ضربه MBS در برابر آکریلیک
اصلاح کننده‌های هسته پوسته برای ایجاد اثر استثنایی در دماهای پایین در طیف وسیعی از پلاستیک‌های مهندسی مانند پلی کربنات، آلیاژهای پلیکربنات (PC/ABS، PC/PBT) و پلی استرها طراحی شده‌اند. اصلاح کننده‌های هسته-پوسته مقاومت به ضربه در دماهای پایین، رنگ‌پذیری و پایداری حرارتی را نسبت به آکریلیک‌های دیگر به پلیکربنات میدهد.
اصلاح کننده ضربه MBS در پلی کربنات
پلیکربنات با ویژگی‌های نظیر شفافیت، مقاومت عالی در برابر ضربه و توانایی مقاومت در دماهای بالا در طول عمر شناخته شده است. با این حال مقاومت شیمیایی کم پلیکربنات (در برابر بنزین) که موضوع مورد استفاده در خودرو است، مطرح می‌شود. محدودیت دیگر قالب‌گیری تزریقی گریدهای با ویسکوزیته بالاست به ویژه زمانی که مقاومت در برابر ضربه بالا مورد نیاز باشد. علاوه بر این به هنگام استفاده از رنگدانه، پرکننده و سایر مواد افزودنی نظیر بازدارنده شعله سایر ویژگی‌های ذاتی نظیر مقاومت ضربه تحت تأثیر قرار می‌گیرد. پلیکربنات بازیافتی یک راه حل مقرون به صرفه برای آمیزه‌سازان است. اما مراحل بازیافت عمل‌کرد مکانیکی آن را کاهش میدهد و استفاده از اصلاح کننده ضربه را برای رسیدن به سطح عمل‌کرد مطلوب ضروری می‌کند.
اصلاح کننده‌های ضربه MBS در آمیزههای پلی کربنات (PC/ABS، PC/PBT)
برای تأمین نیازهای جدید بازار از جمله عمل‌کرد فنی و در نظر گرفتن قیمت، آمیزه‌سازان ترکیبات پلیمری را طراحی کرده‌اند تا تعادلی را میان ویژگی‌های ذاتی پلیکربنات و عمل‌کرد قیمتی ماتریس‌های ABS و PBT ایجاد کند. این آمیزههای پلیمری در مقایسه با پلی‌کربنات‌های مرسوم عمل‌کرد بالایی دارند. این ترکیبات کمک می‌کنند:
غلبه بر رفتار ضعیف و شکننده
به منظور بهبود رفتار جریان در کاربردهای مات پلیکربنات با ضربه‌پذیری بالا یک فاز لاستیکی مانند ABS ممکن است به ماتریس PC اضافه شود.
PC/ABS سریع‌ترین رشد را در بین آلیاژهای PC دارد که در آن ABS امکان تعادل بین مقاومت ضربه، سطح نهایی و جریان‌پذیری بالا جهت فرآیندپذیری بهتر را فراهم می‌کند. به عنوان یک اشکال آمیزههای PC/ABS اغلب استانداردهای جدید بازدارندگی شعله را ندارند. متداول‌ترین کاربرد نهایی آمیزه PC/ABS قطعات خودرو، تجهیزات اداری، کامپیوترها و تلفن‌های همراه است.
غلبه بر مقاومت شیمیایی پایین
پلی کربنات مقاومت شیمیایی بسیار کمی دارد؛ تماس با روغن و بنزین که عمل‌کرد بسیار مهمی در کاربردهای خودرویی است. به منظور غلبه بر این ضعف پلیکربنات و پلی‌استرهایی مانند PBT باهم مخلوط شده تا آلیاژی با مقاومت شیمیایی بالا به دست آید. که نتیجه آن متأسفانه به دلیل ویژگی‌های ضعیف PBT، عمل‌کرد ضربه‌ای ضعیف است. اما وقتی نوبت به بازیافت می‌رسد، افزودن رنگدانه، پرکننده و بازدارنده‌های شعله باعث از دست رفتن چقرمگی اولیه می‌شوند.
اصلاح کننده ضربه MPS در پلی‌استرها
پلی‌استرهایی نظیر PBT و PET پلیمرهای نیمه بلورین هستند که عمل‌کرد بسیار جذابی مانند پایداری حرارتی بالا و مقاومت شیمیایی از خود نشان می‌دهند. از طرفی پلی‌استرها عمل‌کرد ضعیف ضربه در دماهای پایین را نشان می‌دهند، بنابراین اصلاح‌کننده ضربه مورد نیاز است. از پلی‌استرها اغلب در کاربردهای خودرویی مانند محفظه محرک برای شیشه بالابر برقی خودرو و محفظه هدایت هدایت نور استفاده می‌شود. همچنین از آن‌ها در بسیاری از وسایل خانگی، کاربردهای الکتریکی و پزشکی استفاده می‌شود. با این حال برای برآوردن برخی از نیازهای صنعت، این پلیمرها به بهبود عمل‌کرد ضربه در دمای پایین نیاز دارند. برای این کاربردها استفاده از اصلاح کننده ضربه بسیار مهم است.
۳٫ اصلاح با استفاده از TPE
ترموپلاستیک الاستومرها به طور کلی به عنوان پلیمری تعریف می‌شوند که همانند ترموپلاستیک‌ها فرآیند می‌شوند اما دارای ویژگی‌های یک الاستومر رایج است.
برخی از TPE های تجاری:
- بلاک کوپلیمرهای استایرینیک
- پلی یورتان‌های الاستومری
- کوپلی‌استر‌های ترموپلاستیک
- پلی آمیدهای ترموپلاستیک
برای اینکه به عنوان یک ترموپلاستیک الاستومر طبقه بندی شوند باید دارای ویژگی‌های زیر باشند:
- توانایی کش آمدن متوسط و به محض برطرف شدن تنش، بازگشت به چیزی نزدیک به شکل اصلی
- قابلیت فرآیند کردن به صورت مذاب در دمای بالا
- عدم خزش قابل توجه
برخی از نمونه محصولات TPE که اخیراً تولید و به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند:
TPE اغلب زمانی استفاده می‌شوند که الاستومرهای رایج نتوانند دامنه خصوصیات فیزیکی مورد نیاز محصول را فراهم کنند. بنابراین آن‌ها در برنامه‌های خاص و براساس نیاز نهایی استفاده می‌شوند. این نمونه دیگری از الزامات قابل دستیابی به توازن بین مدول مناسب و خصوصیات ضربه در بین اصلاح کننده‌های ضربه پلاستیک‌های مهندسی است. این یک ویژگی است که برای همه‌ی روی‌کردهای تشریح شده مرتبط و مهم است.
۴٫ اصلاح با آمیزههای توده ( بالک) الاستومری
این روی‌کرد استفاده با اصلاح کننده ضربه هسته-پوسته متفاوت است زیرا اندازه فاز لاستیکی پراکنده شده به شرایط فرآیند استفاده شده بستگی دارد. این کار اجازه کنترل اندازه ذرات را در محصول اصلاح شده میدهد.
معایب استفاده از آمیزههای بالک الاستومری
یکی از بزرگ‌ترین معایب کاهش سختی بیشتر در مقایسه با اصلاح کننده‌های هسته-پوسته است. این بدان معنی است که اگر سختی برای کاربرد مورد نظر حیاتی و مهم باشد می‌بایست میزان الاستومر به طور مناسب تنظیم شود.
مثال: اصلاح PBT با استفاده از آمیزههای الاستومری
در این مورد شرایط فرآیند PBT – الاستومر بر اندازه ذرات الاستومر و از این رو بر اصلاح ضربه که حالص می‌شود اثر می‌گذارد. علاوه بر این ویسکوزیته نسبی اجزا بر مورفولوژی ترکیب نهایی تأثیر می‌گذارد. از آنجا که ویسکوزیته مذاب اربتاط مستقیمی با وزن مولکولی پلیمرها دارند، به همین خاطر وزن مولکولی فاکتور مهمی در تعریف تغییرات ضربه مشاهده شده هستند.
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.
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 📧