کتب و مقالات
فیلم های آموزشی
دوره های آموزشی

کد : ٣٢٠٧
تاریخ انتشار : ١٣٩۵/٠٢/٠۶
بازدید : ٣۴۵۶

اثر افزودنی های مختلف بر خواص فیزیکی رزین پلی وینیل کلراید


ترکیب پلی وینیل کلراید با برخی از افزودنی ها برای ارتقا خواص فیزیکی و مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت.دو دسته فرمولاسیون(PVC سخت و نرم) و استفاده ازPVC(گستره k value از 60 تا70)به عنوان پلیمر پایه، آماده شد. در این مقاله اثر افزودنی های مختلف بر خواص پی وی سی بررسی می شود.


اثر افزودنی های مختلف بر خواص فیزیکی رزین پلی وینیل کلراید
افزودنی های مختلف که به طور کلی به نرم کننده ها،پر کننده،استابلایزر،رنگدانه و کمک فرایند طبقه بندی می شوند. در یک واحد غلظت استاندارد(قسمت در 100 رزین((phr) با پلیمر پایه مخلوط می شود.
ترکیبات کابل و کفش در رده pvc نرم حاوی افزودنی های نرم کننده مانند دی ایزو اکتیل فتالات    40 phr (DIOP)،روغن سویای اپوکسی شدهphr 2-3،نرم کننده کلی phr80-50 به ترتیب آماده می شود.در حالی که ترکیبات لوله و ورق سخت در رده upvc شامل پرکننده/استابلایزرهای مختلف مانند سولفات سرب سه بازه(6phr)،استئارات سرب(phr1)،مونو استئارات گلیسریل(0.4phr) در لوله های سخت وبوتیل مرکاپتید(کمپلکس نسبتا پایدار محلول در آب)phr)2-2.5)، الکل چرب و استر اسید چرب(phr0.8-0.5) در ترکیب ورق سخت جهت تهیه استفاده می شود.
 
تحقیقات تجربی برای تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی مانند استحکام کششی، ازدیاد طول در نقطه پارگی،سختی  و خواص فیزیکی  مانند وزن مخصوص برای نمونه های ترکیب شده انجام گرفت.یک افزایش قابل  ملاحظه برای استحکام  کششی از 460Kg/cm2 برای pvcپایه تا محدوده 550 Kg/cm2 برای ترکیبات upvc (ورق و لوله سخت pvc) و با افزایش کم در ازدیاد طول در نقطه پارگی از 56%(پلیمر پایه) به 124.33% و 150%  به ترتیب برای ترکیبات لوله و ورق مشاهده شد.
 
از طرف دیگر ازدیاد طول در نقطه پارگی برای ترکیبات pvc  نرم از 56%  به 250.67%(ترکیب کابل) و 351.33%(ترکیب کفش) افزایش یافته است.
در حالی که استحکام کششی از 460Kg/cm2 به150.33 Kg/cm2(ترکیب کابل) و 120.33 Kg/cm2(ترکیب کفش) کاهش می یابد.
سختی از 40 به 80 برای همه ترکیبات به جز ترکیب کفش با سختی 65.33 افزایش می یابد.اثر نرم کننده رابطه مستقیم با ازدیاد طول در نقطه پارگی، اما نسبت معکوس با استحکام کششی دارد.
 
مقدمه:
پلی وینیل کلراید که به طور کلی با نام pvc شناخته می شود واحد سازنده محصولات مختلف مانند اقلام الکتریکی، مصالح ساختمانی،نوشت افزار، تجهیزات شیمیایی،سیم ،کابل و غیره می باشد و یکی از گرما نرم هایی است که امروزه در سراسر جهان به مقدار زیاد تولید می شود.
در حال حاضر 50 نوع مختلف پلا ستیک با 60000 فرمولاسیون مختلف پلاستیک وجود دارد.ترکیباتی که بر اساس پلی اولفین و پلی وینیل کلرایدند بالا ترین استفاده در جهان را دارند.
بر آورد شده هر هفته در آمریکا ، شش مواد پلاستیک جدید برای ارزیابی و تصویب به آزمایشگاه های آزمون عمده فرستاده می شود.تناژ تولید جهانی pvc بعد از LDPE (پلی اتیلن دانسیته پایین) در جایگاه دوم قرار دارد. با این حال PVC فرایند پذیری و ثبات حرارتی پایین تر نسبت به کالا های دیگر پلاستیک مانند پلی اتیلن و پلی استایرن دارد.
PVC  گرما نرم است و با توجه به ثبات حرارتی پایین استفاده از  پلیمر PVC در صنعت محدود شده است. و تلاش هایی به منظور افزایش پایداری حرارتی و خواص مکانیکی PVC  در سال های اخیر انجام شده است.پلیمر pvc اصلاح نشده شکننده و موادی انعطاف ناپذیر با امکان تجاری محدود است. پردازش  pvc  در شکل خام  با استفاده از کرما و فشار منجر به تخریب شدید پلیمر می شود کلرید هیدروژن تولید می شود و به سرعت از سفید به زرد و قهوه ای و سپس سیاه تغییر رنگ می دهد.این تغییرات  در دمای پردازش حدود c150 مشاهده می شود. استفاده از pvc به شکل ترکیب با اضافه کردن  افزودنی به پلیمر پایه، در سراسر جهان است. روش و دستور تهیه این ترکیب فرمولاسیون نامیده می شود با اضافه کردن افزودنی هایی مانند نرم کننده، استابلایزر حرارتی، روان کننده،پر کننده و کو پلیمریزاسیون با سایر مونومر ها، خواص ضعیف pvc بهبود می یابد.
به طور تجاری،ترکیب pvcشامل اصلاح کافی اجزا پلیمر خام  برای تولید یک مخلوط همگن مناسب برای پردازش و رسیدن به عملکرد مورد نیاز با پایین ترین قیمت ممکن می باشد.ترکیب و پردازش رزین pvc با استفاده از افزودنی های مناسب یک کمپلکس از موادی را تولید می کند که رفتار و خواص آن کاملا متفاوت با رزین  pvc تنهاست.
نوع افزودنی قابل مصرف وابسته به نوع استفاده محصول  نهایی pvc است برای مثال  رزین pvc برای برای استفاده در ساخت محصولات سخت را نرم نمی کنند. مانند لوله های آب، اتصالات لوله کشی و رکورد های گرامافون.
در ساخت لوله و یا پانل های ساختاری که نیاز به مقاومت بالا در برابر ضربه است pvcبا نسبت کمی از پلیمر های سنتزی لاستیکی مخلوط می شود.اصلاح pvc سخت دارای چقرمگی نسبتا پایین توسط ترکیب با فاز لاستیکی انجام می شود.رزین هایی را که آسان تر از پلی وینیل کلراید نرم می شوند با اضافه کردن خواص مختلف وینیل استات به وینیل کلراید قبل از پلیمریزاسیون مخلوط می توان تهیه کرد.رزین های سخت تر از بهبود پلی وینیل کلراید با کلر نتیجه می شود.در فرمولاسیون تجاری pvcنسبت نرم کننده از گستره 15 تا 50% وزنی است.
حتی در دماهای پایین پردازش، پلی وینیل کلراید تجزیه می شودو HCLاز دست می دهد.جایگزینی آشکار هیدروژن فعال در PVCفرض شده است امکان مهار حذف HCLاز طریق نمک های آلی فلزی و تثبیت PVCیا سرکوب فعالیت کاتالیستی HCLدر این واکنش از طریق اپو کسید شدن وجود دارد.
برای دستیابی به خواص بهتر آب بندی،PVCبا الاستو مر ها و نرم کننده های ویژه اصلاح می شود.این اصلاح کننده ها منجر به کاهش دمای انتقال شیشه ای، افزایش قابلیت تغییر شکل پذیری، الاستیسیته،مقاومت در برابر سایش،بهبود الاستیکی،مقاومت در برابر روغن ها،سوخت هاوبسیاری از مواد شیمیایی می شود.
حالت فیزیکی و مورفولوژی یک پلیمر تاثیری قوی بر روی خواص مکانیکی ان دارد.یک نمونه ساده  از تفاوت ایجاد شده در رفتار مکانیکی، ازدیاد طول است که زمانی اتفاق می افتد که پلاستیک تحت تنش قرار میگیرد.تقریبا تمام پلاستیک ها وقتی که تحت تنش قرار می گیرند یک کشیدگی(ازدیاد طول) از خود نشان می دهند که حتی با از بین رفتن این تنش کشیدگی ایجاد شده بهبود نمی یابد.شایع ترین خواص مکانیکی مشخص شده پلیمر ها مدول خمشی و استحکام کششی است .خواص مکانیکی به طور قابل توجهی بستگی به نوع و مقدار نرم کننده تحت تاثیر قرار می گیرد. مقدار کمتر فیلر ،خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار می دهد.
Upvcماده ای سخت است در حالی که پلاستی سایز pvc قابل انعطاف وبا استفاده از مقادیر بالای نرم کننده لاستیکی می شود.
با توجه به طیف گسترده ای از ترکیبات pvcمهم است که به خواص فیزیکی رزین pvcتوجه داشته باشیم و یک ایده در باره فرمولاسیون ترکیب آن ارائه دهیم.
جدول 1 نشان دهنده برخی از خواص pvc است.
 
خواص پی وی سی
این مقاله به تشریح اثر افزودنی ها عمدتانرم کننده و فیلر روی خواص فیزیکی و مکانیکی ترکیب pvc می پردازد به عنوان مثال وزن مخصوص،استحکام کششی، ازدیاد طول در نقطه پارگی و سختی.
مواد و روش های شیمیایی:
مواد شیمیایی که برای آماده سازی چهار فرمولاسیون ترکیبات pvc استفاده می شود به دو دسته تقسیم می شوند.

دسته اول پلیمر پایه است که برای آماده سازی فرمولاسیون pvcلازم است .
برای رسیدن به این هدف از سو سپانسیون پلیمر pvc
 (ISO No. 85-100) ،سوسپانسیون پلیمر pvc (ISO No. 125),،
رزین pvc  k-value60 . 65)
رزین pvc (K-value 70) استفاده می شود.مواد افزودنی مورد استفاده سولفات سرب سه بازه،استئارات سرب،مونو استئارات گلیسریل،آکریلیک(کمک فرایند)،دی ایزو اکتیل فتالات(DOP)،تریکسیلیل فسفات،خاک رس چین،بوتیلین مرکاپتید،الکل چرب،اسید استر چرب،موم پلی اتیلن جاذب UV،نرم کننده،روغن سویای اپوکسید شده،استابلایزر مایع Ba/cd،استئاریک اسید،پیگمنت هستند.غلظت پلیمر پایه به 100 قسمت در مخلوط مشخص می شود در حالی که غلظت بقیه افزودنی های مورد استفاده به صورت قسمت در 100 رزین (phr)مشخص می شود.
جدول 2و3و4و5فرمولاسیون مختلف برای جهار نوع ترکیب مبتی بر pvcرا نشان می دهد مواد در انواع مختلف میکسر ها مخلوط شده اند.
سه نمونه از هر ترکیب برای تعیین استحکام کششی،ازدیاد طول در نقطه پارگی،سختی و وزن مخصوص تجزیه و آنالیز شده است.
فرمولاسیون لوله

فرمولاسیون کابل
فرمولاسیون ورق
فرمولاسیون کفش
روش آزمون:
وزن مخصوص و دانسیته از پارامتر های مهمی هستند که باید آنالیز شود.نمونه در  هر شکل و با حجم بیشتر از 1ccبرداشته می شود.
5گرم از مواد به شکل گرانول یا پودری در یک حجم اندازه گیری شده به یک چگالی سنج اضافه شدو وزن مخصوص ازتغییرات حجم و وزن در دمای 73.4Fمحاسبه شد.برای نگهداری،تخلیه کامل هوا در این روش لازم است.
اندازه گیری های کششی طبق ASTM D638 با استفاده از دستگاه کشش جهانی کامپیوتری مجهز به یک نرم افزار مناسب انجام شددر این آنالیز استحکام کششی و ازدیاد طول در نقطه پارگی انجام شد.نمونه هااز طریق قالب گیری تزریقی با ضخامت 0.13 تا 0.28 به صورت نشان داده شده در شکل 1پردازش می شوند.
بهترین نتیجه زمانی بدست می آید که یک کشش سنج به هر دو انتهای گردن  باریک متصل شود.فک ها می تواند با سرعت 0.2-0.5-2 یا 20اینچ در دقیقه از هم جدا شوند و نمونه از هر دو انتها کشیده شود.استرس(تنش)در مقابل فشار(ازدیاد طول)برای ایجاد منحنی تنش-کرنش رسم شد که پاسخ ماده رادر مقابل بار گذاری تنش توصیف می کند.سختی شر نمونه ها با استفاده  ازدستگاه سختی سنج بر طبق(ASTM(D 2583.67اندازه گیری می شود .ابزار سختی سنج یک وسیله کوچک دستی است که در آن فرونده کروی تحت اثر نیروی فنر یا وزنه،روی سطح ماده فشرده شده و یک عقربه عدد سختی راروی صفحه مدرج نشان می دهد.طرح های مختلف از این دستگاه برای آزمایش گسترده کامل الاستو مرها و پلاستیک ها از بسیار نرم تا بسیار سخت، از مقیاس شر A تا D وجود دارد.با توجه به خاصیت ارتجاعیت، مقدار فروروندگی با زمان تغییر می کند.
Indenter  به مدت 5 ثانیه به کمک نیروی دست به نمونه پلاستیک فشار داده می شود.مقدار فرو رفتگی به طور مستقیم بر روی شاخص شماره گیری ثبت می شود.

 
بحث و نتیجه گیری:
چهار ترکیب فرموله شده می تواند در دو دسته pvc سخت و نرم طبقه بندی می شود.نتایج تست برای همه ترکیبات در جدول 6و7و8و9 جدول بندی شده است.مقایسه بین خواص pvcفرموله شده با پلیمر پایه در شکل 2و3و4و5که افزایش بزرگی در خواص فیزیکی رزین pvcنشان می دهد،نمایش داده شده است.

 
تتست فرمولاسیون
در شکل 2 تقریبا تمامی ترکیبات وزن مخصوص برابر دارند که عاملی قوی از لحاظ قیمت گذاری هستند و از اهمیت خاصی برخوردارند.همچنین  در کنترل تولید هم درتولید مواد خام و قالبگیری و اکستروژن استفاده می شود.
وزن مخصوص فرمولاسیون پی وی سی

 مطابق شکل 3 استحکام کششی ترکیب upvc به شدت افزایش یافته است و به مقدار kg/cm2 550 رسیده است.این افزایش در استحکام کششی به دلیل فقدان نرم کننده در فرمولاسیون این ترکیبات است.استحکام کششی pvc انطاف پذیر (کابل و کفش)به kg/cm2 150 می رسد که در مقایسه با ترکیبات upvc خیلی پایین تر است که دلیل آن وجود نرم کننده در فرمولاسیون است.نرم کننده با مولکول های پلیمر پیوند می دهدوبین مولکول ها قرار می گیرد.
 با توجه به این اتصال، نرم کننده  دارای اثرات بزرگی برخواص مکانیکی پلیمر دارد.گفته می شود که برهم کنش دو قطبی بین گرو های قطبی پلیمر با گروه های قطبی نرم کننده رخ می دهد.در چنین مواردی اتم های کلر در رزین pvcو گروه استر در DOP نرم کننده نقش گروه قطبی را ایفا می کنند.
با افزودن نرم کننده به پلیمر نیروی پیوندی بین اتم ها ضعیف می شودو حجم آزاد افزایش می یابد که منجر به کاهش سختی،مدول الاستیسیته و استحکام کششی می شود.
استحکام کششی پی وی سی


بر عکس آن،با توجه به حضور نرم کننده در ترکیبات PVCنرم ،ازدیاد طول در نقطه پارگی در ترکیبات انعطاف پذیر PVCبزرگتر از UPVC است(شکل 4).مقادیر بالاتر ازدیاد طول در ترکیبات عاری از فیلر مشاهده می شود.افزایش حجم آزاد منجر به ایجاد ترکیبی نرم و ضعیف از PVC می شود و طبق مطالعات قبلی نشان داده شده که نرم کننده اثر قابل توجهی در ازدیاد طول در نقطه پارگی دارد.
 
ازدیاد طول در نقطه پارگی

اثر نرم کننده و فیلر بر سختی در شکل 5 نشان داده است.سختی لوله های UPVCو ورق با ترکیب کابل به دلیل حضور متوسط مقدار فیلر، برابر است اما سختی ترکیبات کفش به دلیل عدم حضور فیلر کاهش می یابد.همچنین نشان داده شده که سختی با افزایش مقدارنرم کننده برای ترکیبات PVCنرم بدون اضافه کردن فیلر کاهش می یابد.واضح است که کاهش فیلر منجر به کاهش سختی شر می شود در حالی که با افزایش مقدار فیلر سختی شر افزایش می یابد.همان طور که قبلا توضیح داده شد نرم کننده برهم کنش بین مولکولی PVC را تضعیف می کند در حالی که اضافه کردن فیلر اثر کاملا معکوسی دارد و سختی PVC را افزایش می دهد. 

سختی پی وی سی

Nielsen Elgozali , Brydson و mark مشاهده کردند که افزودن فیلر سختی pvc  را بر طبق نتایج بدست آمده افزایش می دهد.به طور کلی دیده می شود که تغییر اندکی در فرمولاسیون افزودنی های مختلف مانند نرم کننده،فیلر،استابلایزر، روان کننده و رنگ ترکیب pvc  را چند منظوره و خواص آن به شدت افزایش
 می یابد.

 
جمع بندی:
از نتایج تجربی ابن چنین بدست می آید که:
1-     استحکام کششی در فقدان عامل نرمی  و حضور فیلر افزایش می یابد.حداکثر  مقدار بدست آمده برای استحکام کششی 550.67 Kg/cm2 برای ترکیب  لوله pvc  سخت بوده است.استحکام کششی با افزایش مقدار نرم کننده کاهش می یابد و متناظر با آن حداقل مقدار استحکام کششی Kg/cm2  120.33 برای ترکیب کفش است.
2-    ازدیاد طول در نقطه پارگی با افزایش مقدار استابلایزر/فیلر برای نمونه بدون نرم کننده کاهش می یابد(ترکیباتpvc سخت)
در حالی که با افزایش مقدار نرم کننده برای ترکیبات انعطاف پذیر افزایش می یابد(ترکیب pvc نرم) بیشترین ازدیاد طول در نقطه پارگی بدست آمده برای نمونه  برای نمونه نرم(حاوی نرم کننده) 351.33% بوده است نمونه های دارای فیلر حداقل ازدیاد طول در پارگی برابر 134.33% را نشان می دهند.
3-سختی شر(شر  A تاD) برای هر دو ترکیب PVC نرم و سخت به مقدار 80 افزایش می یابد.در حالی که سختی شر برای ترکیب کفش (PVC نرم) به مقدار 65.33 می رسد.
4-ترکیبات سخت (UPVC) وزن مخصوص بیشتری1.4233 برای لوله و 1.4067 برای ورق نشان می دند که از مقدار ترکیبات PVC با نرم کننده 13.373 (ترکیب کابل) و 1.23 (ترکیب کفش) هم بیشتر است.دلیل  احتمالی این افزایش جزئی در وزن مخصوص این است که فیلر ها چگالتر از نرم کننده اند.
می توان نتیجه گرفت  که افزایش مقدار نرم کننده منجر به کاهش استحکام کششی و وزن مخصوص و افزایش در ازدیاد طول در نقطه پارگی می شود.از سوی دیگر،افزایش مقدار فیلر استحکام کششی را افزایش اما ازدیاد طول در نقطه پارگی را در غیاب نرم کننده کاهش می دهد.
در نهایت نتیجه می شود که افزودن افزودنی های مختلف به پلیمر پایه تاثیر بسزایی بر خواص مکانیکی و فیزیکی PVC دارد.

تهیه شده توسط: شادی حقدوست
شرکت آریان غرب کردستان 

 
برچسب: افزودنی پی وی سی, نرم کننده, کمک فرآیند, پر کننده, استابیلایزر, رنگدانه, فرمولاسیون پلاستیک, خواص PVC, پردازش PVC, تخریب PVC, ,

فرم ارسال نظر

ارسال نظر

نام:
 
آدرس ایمیل:
پیام:
 
    
عبارت امنیتی:
 

نظرات

موردی یافت نشد !
تصویر موجود نمیباشد