کتب و مقالات
فیلم های آموزشی
دوره های آموزشی

کد : ٣٢۶٨
تاریخ انتشار : ١٣٩۵/٠۵/٣٠
بازدید : ١۵٩۵

آمیزه های پلی پروپیلن با لاستیک


ترموپلاستیک الاستومر ها یا (TPEs) دسته جدیدی از مواد پلیمری هستند که ضمن داشتن خواص فرآیند پذیری ترموپلاستیکها خواص فیزیکی-مکانیکی ترموست های الاستومر را نیز دارند. در این مقاله به خواص و نحوه تهیه و کاربرد این مواد پرداخته می شود.


آمیزه های پلی پروپیلن با لاستیک
آمیزه های پلاستیک و لاستیک :
مقدمه:
ترموپلاستیک الاستومر ها یا (TPEs) دسته جدیدی از مواد پلیمری هستند که ضمن داشتن خواص فرآیند پذیری ترموپلاستیکها خواص فیزیکی-مکانیکی ترموست های الاستومر را نیز دارند.
عمدتا برای تهیه این مواد از دو روش استفاده می شود:
1-سنتز و کوپلیمریزاسیون دو منومر پلاستیک و الاستومر
2-آلیاژ فیزیکی الاستومر و یک ترموپلاستیک
آلیاژ های پلی الفین و  الاستومراز میان سایر آلیاژ های  ترموپلاستیک الاستومر ها به دلیل ساده بودن روش تولید کاربرد بیشتری پیدا کرده اند.
در ای الیاژ ها بیشر از الاستومر های EPR ، EPDM، BR، RIP ، NR استفاده می شود.
لاستیک ها به دو دلیل به پلاستیک اضافه می شوند.
1-افزایش چقرمگی پلاستیک  با افزایش مقادیر کم لاستیک
2-تولید ترموپلاستک الاستومر های که ضمن داشتن خواص لاستیک همانند پلاستیک فرآورش شوند. که در آنها مقادیر بالایی الاستومر استفاده می شود.

1-چقرمه سازی پلاستیک:
اولین کاربرد الاستومر ها در آلیاژ های پلی پروپیلن کاهش خواص شکنندگی و به اصطلاح چقرمه سازی آن بود .
 
روش افزایش مقاومت به ضربه پلیمر ها:
برای افزایش این خاصیت در پلیمر معمولا از یک جزء لاستیک داخل ماتریس پلیمری استفاده می شود. اگر در محدوده 10 تا 40 درصد از لاستیک استفاده شود دسته جدیدی از مواد حاصل می شود که علاوه بر حفظ خواص پلاستیکی، مقاومت ضربه بالا و استثنایی زیر 50 درجه سانتی گراد دارند.
تهیه آلیاژ های پلیمری:
 
آلیاژ های پلیمری معمولا با پنج روش تولید می شوند:

1-اختلاط مذاب
2-ریخته گیری محلل
3-مخلوط در حالت لاتکس
4-کوپلیمریزاسیون بلاک و گرافت
5-پلیمرهای شبکه ای
 
اختلاط مذاب:
بسیاری از آلیاژ های PC/PA ، PP/EPDM ، PA/NBR  به علت سادگی و اقتصادی بودن این روش به این صورت تهیه می شوند.
اختلاط معمولا به دو روش انجام می گیرد.
1-اختلاط خشک
در این حالت اگر مواد به صورت پودری باشند ابتدا اختلاط به صورت خشک صورت گرفته و سپس شکلدهی می شوند.
2-اختلاط مذاب
اختلاط  مذاب اولیه در مخلوط کن های داخلی و یا اکسترودر تک مارپیچ تهیه و سپس شکلدهی می شوند.
مواد قبل از فرآورش می بایست خشک شوند زیرا رطوبت سبب تغییر خواص نهایی می شود.
در روش اختلاط مذاب یک جفت پلیمر می تواند پلاستیک-پلاستیک یا پلاستیک-لاستیک باشد.
 
 
 
2-ریخته گیری محلولی:
در این روش دو یا چند پلیمر در حلالی مناسب حل شده  یا پلیمرها جداگانه در حلال مشابه حل می شوند و سپس محلول ها با یکدیگر مخلوط تا به شرایط تعادل برسند.
پس از تبخیر حلال فیلم نازکی باقی می ماند که به منظور پوشش دهی استفاده می گردد.
این روش به علت حلالیت پایین اکثر پلیمرها، مشکل جداسازی حلال، مشکلاتی مانند سمیت، آلوده کردن محیط و مسائل اقتصادی در صنایع خاص کاربرد دار.
 
3-مخلوط کردن در حالت لاتکس:
وقتی دو پلیمر به حالت لاتکس در دسترس باشند، در اثر اختلاط لاتکس ها بلافاصله دو پلیمر در حد میکرون یا کوچکتر با هم مخلوط می شوند و از مسائلی مانند گرما، تنش یا مشکلات حلال اجتناب می شود.
سپس با تخریب یا سفت شدن لاتکس ها، آلیاژ آمیزه جامد پلیمر بدون جدایی قابل ملاحضه در دو فاز ایجاد می شود.
این روش نیز به دلیل محدودیت دسترسی به پلیمر هایی که در حالت لاتکس با هم امتزاج پذیر باشند محدود است.
 
4-کوپلیمریزاسیون بلاک و گرافت
این روش واکنش پلیمریزاسیون یک منومر با پلیمر دیگر است به طور مثال ABS  با گرافت کردن استایرن آکریلونیتریل (SAN) با یک لاستیک بوتادین ساخته می شود.
 
5-پلیمرهای شبکه ای:
در این روش، ابتدا یک پلیمر شبکه ای و سپس مونومر یا پیش پلیمر دوم داخل شبکه کراسلینک به طور یکنواخت متورم می شود تا ژل تشکیل دهد و نهایتا این منومر یا پیش پلیمر دوم نیز شبکه ای می شود تا شبکه کراسلینک دومی را تشکیل دهد که کاملا با شبکه اولی در تداخل است.
 
دلایل آلیاژ سازی:
چقمرگی و فرآورش بهتر
مقاومت، مدول و HDT
مقاومت در برابر حلال، آتشگیری و پایداری ابعادی
سایر خواص مانند تغییر طول، براقیت و غیره
 
پلاستیک های چقرمه شده با لاستیک :
بسیاری از ترموپلاستیک ها مانند پی وی سی، پلی پروپیلن، پلی استایرن و پلی آمید به دلیل مقاومت ضربه ای و چقرمگی پایین به ویژه در زیر درجه حرارت انتقال شیشه ای محدودیت هایی برای کاربرد در محصولات مختلف دارند.
با افزودن مقداری از لاستیک با دمای انتقال شیشه پایین می توان این خواص راه بهبود داد.ذرات لاستیک پخش شده در ماتریس پلیمر سبب توقف رشد ترک و افزایش مقاومت به ضربه می شوند.
به طور مثال پی وی سی را افزودن NBR  (لاستیک آکریلو نیتریل) و یا سایر مواد لاستیکی چقرمه می کنند، پلی استایرن با افزودن کوپلیمر بلاک استایرن-بوتادین مقاوم به ضربه می شود.
مقاومت به ضربه HIPS  در دما های بسیار پایین هماندد PS یا پلی استایرن معمولی است ولی در دماهای بالا حدود 95- افزایش می شود این به این علت است که دمای انتقال شیشه پلی بوتادین در این دما است.
در نتیجه افزایش مقاومت به ضربه آلیاژ حاصل به دمای انتقال شیشه لاستیک استفاده شده بستگی دارد.
2-غلظت لاستیک و فاصله بین ذرات لاستیک :
مقاومت ضربه ای آلیاژ پلیمر به شدت به غلظت ، نوع لاستیک و فاصله بین ذرات بستگی دارد.
به طور کلی با افزایش میزان لاستیک درجه حرارت انتقال از حالت شکننده به حالت چقرمه به درجه حرارت های پایین منتقل شده تنش تسلیم و مدول یانگ کاهش و مقاومت ضربه افزایش می یاب.
به طور کلی بری تغییر از حالت شکست ترد به حالت شکست چقرمه باید از مقادیر بالای 10 درصد از لاستیک در آلیاژ استفاده کرد.
همچنین با افزایش اندازه ذرات لاستیک به مقدار بیشتر از لاستیک برای افزایش مقاومت ضربه لازم است.این در حالی است که اگر اندازه ذرات بیش از حد کوچک باشد سبب بهبود این خواص نخواهد شد.
به طور مثال در آلیاژ های پی وی سی سخت شامل 9 درصد MBS  ( متیل متاکریلات-بوتادین-استایرن) با کاهش اندازه از 0/5 با 0/1 به شدت کاهش می یابد.
به طور کلی بسیار کوچک (مثلا 1/0 میکرون) از ذرات بزرگ تر در جزء حجمی ثابت اثر کمتری دارند که دو دلیل عمده دارد.
1-ذارت ریز در شروع ترک های ریز کارایی کافی ندارد
2-ذرات بسیار ریز در اختتام ترک ها موثر هستند.

 مهم ترین فاکتور هایی که بر چقرمگی تاثیر می گذارد به شرح زیراند:
-غلظت لاستیک
-فاصله بین ذرات
-ابعاد ذرات لاستیک و توزیع ابعاد ذرات
-چسبندگی بین سطح
-مدول برشی و درجه حرارت انتقال شیشه ای لاستیک
-چکش خواری ذاتی ماتریس
-تنش شروع ترک و تنش تسلیم ماتریس
 
 پلی پروپیلن اصلاح شده با EPDM
هنگامی که لاستیک EPDM با هموپلیمر یا بلاک کوپلیمر PP ، محدوده 10 تا 40 درصد وزنی، کاملا مخلوط شود، دسته ای جدید از مواد تولید تقریبا ارزان هستند و مدول بین 600 تا 1200 مگاپاسگال با خواص ضربه ای استثنایی در زیر 50 درجه سانتی گراد دارند.
از این آلیاژ به صورت گسترده ای در صنعت خودرو سازی استفاده می شود.
 
تجهیزات و دستگاه های لازم برای اختلاط مذاب:
مهمترین فاکتور هایی که آلیاژ PP/EPDM  را بهینه می کنند به شرح زیراند:
1-شدت اختلاط که تنش برشی را زیاد می کند( در سراسر جرم پلاستیک)
2-اجتناب از گرم شدن موضعی در حین اختلاط
3-منظور کردن زمان اختلاط مناسب تا اجزای مخلوط زمان کافی برای پخش شدن و رسیدن به ابعاد تعادلی داشته باشند.
این سه شرط در مخلوط کن های داخلی از نوع بنبوری، که موثرترین دستگاه های مخلوط کن موجوداند، تامین می شوند.

در حقیقت در مخلوط کن های بنبوری دو شرط مهم عملکرد دستگاه قابل کنترل اند:
1-فشار پیستون عمل کننده
2-زمان مانده ماده یا موادی که مخلوط می شوند.

با تغییر این دو فاکتور، تنظیم تنش برشی و دمای لازم برای هر مخلوطی ممکن می شود.
وقتی که خرده های اجزای لاستیک به شکل حبه یا گرانول در دسترس باشند، سایر دستگاه هایی که به طور موثری می توانند استفاده شوند عبارتند از :
1-مخلوط کن های پیوسته با دو رتور با سرعت بالا
2-اکسترودرهای دو پیچه
3-اکسترودر های تک پیچه با L/D  بالای 30
در تمام حالات، زمان ماندن صحیح و مناسب نقش مهمی در رسیدن به نتیجه مطلوب در عمل اختلاط دارد. نقطه ضعف عملکرد اکسترودرهای پیوسته، مشکل هماهنگ کردن گریز از گرم شدن موضعی و رسیدن به خروجی مناسب است. گرم شدن بیش از حد به تنهایی نمی تواند باعث تخریب یا ایجاد اتصالات عرضی مواد تحت فرآیند شود. اما می تواند باعث افزایش جریان پذیری فاز PP  شود.
PP  به تغییرات دما بسیار حساس است و نتیجه نهایی نبودن تنش برشی موثر موثر در فصل مشترک PP  مذاب و ذرات الاستومر نرم شده است که باعث پخش مناسب ذرات لاستیک می شود. اگر گرم شدن موضعی اتفاق بیفتد، غلظت موضعی اجزا در محصول نهایی ممکن است تفاوت زیاد داشته باشد.
 
قوانین عمومی در حین اختلاط مذاب:
1-وقتی PP  جز اصلی باشد، معمولا از ابتدای حالت مذاب تا مخلوط جامد، فاز پیوسته را تشکیل می دهد. تمام گرید های تجاری ویسکوزیته کمتر از EPDM   در بالای 170 درجه سانتی گراد دارد.
(کمترین درجه حرارت برای اختلاط مفید) به علاوه اختلاف در ویسکوزیته با افزایش درجه حرارت اختلاط افزایش می یابد.
2-وقتی EPDM  جزء اصلی باشد، اثر جرم منجر به افزایش فاز پیوسته می شود. تشکیل چنین پدیده ای با نسبت ویسکوزیته بالاتر EPDM/PP خنثی می شود.
بنابراین ذرات پخش شده EPDM  می تواند در PP  تشکیل شود و یا دو فاز نسبتا پیوسته به وجود آیند.
وقتی که جزء EPDM  بالای 70 درصد وزنی باشد به تشکیل فاز پیوسته منجر می شود.
 
3-وقتی که تنش برشی اختلاط بالا باشد، ذرات فاز پخش شده کوچک می شوند و شکل کروی یا بیضوی به نظر می رسند. محور اصلی آنها در جهت تنش برشی است.
 
4-وقتی که PP/EPDM  در داخل قالب در سرعت برشی بالا، اکسترود می شود، بیشتر جزء PP  مخلوط به سطح مهاجرت می کند و روی دیواره متمرکز و باعث افزایش فاز پیوسته PP   با مقدار کمتری از ذرات پخش شده EPDM  می شود.
 
عوامل بازدارنده قابل استفاده در آمیزه:

1-آنتی اکسیدان:
آلیاژ های PP/EPDM  در جریان فرآیند پذیری در دمای بالا در برابر سایر الاستومر ها پایدارتر هستند.
رفتار EPDM  در برابر اکسیژن همانند رفتار  PP  است. و آنتی اکسیدان مشابه برای آنها قابل استفاده است.
مقدار مناسب برای محافظت حدود 1/0 تا 2/0 درصد وزنی آنتی اکسیدان است.
3-پایدار کننده های UV
به این منظور از دوده به مقدار 1 تا 2 درصد و یا برخی مشتقات آمینی به میزان 2/0 تا 5/0 درصد استفاده می شود.
 
3-مواد ضد چسبندگی:
به منظور به هم نچسبیدن گرانول آمیزه های PP/EPDM  از استئارات کلسیم و روی به میزان 1 تا 2 درصد استفاده می کنند.
 
4-پرکننده ها و تقویت کننده ها:
برخی از پرکننده ه مانند کربنات کلسیم و الیاف شیشه در آلیاژهای PP/EPDM  کاربرد پیدا کرده اند در جدول زیر پرکننده های مهم در این آلیاژ ها و اثرات آن معرفی شده .
بیشتر مواقع استفاده از دوده به عنوان پر کننده مطمئن نیست( به جز فرمولاسیون های سیم و کابل)
از دوده به عنوان عامل رنگ دهنده و جاذب نور UV  استفاده می شود.
 

پر کننده های پر کاربرد در کامپاند های پلاستیک/لاستیک
مورفولوژی آلیاژ های پلی اولفینی:
موفولوژی آلیاژ های PP/EPDM  بسیار پیچیده است. توزیع ذرات، اندازه و شکل فاز های لاستیک و پلاستیک خواص آمیزه را تعیین می کند.
فاز پلاستیک(خصوصا) همیشه پیوسته است ولی فاز الاستومر ممکن است پیوسته و یا متفرق باشد و این به مقدار الاستومر،مقدار ترموپلاستیک در آلیاژ، نوع لاستیک استفاده شده، روش اختلاط و سایر اجزاء فرمولاسیون بستگی دارد.
به طور کلی در اغلب فرمولاسیون ها PP را فاز پیوسته و محدوده 45 تا 85 درصد لاستیک در آلیاژ هر دو فاز می تواند پیوسته باشد.

عوامل موثر بر مورفولوژِی:
نسبت ویسکوزیته لاستیک و پلاستیک
شکل فیزیکی افزودنی ها در دمای اختلاط
حضور سازگاردهنده ها
زمان اختلاط
سرعت برشی اعمال شده در حین اختلاط
حضور سایر مواد افزودنی
 
 
خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژ PP/EPDM
در جدول زیر برخی خواص فیزیکی و مکانیکی این آلیاژ ها آورده شده است.

خواص فیزیکی و مکانیکی کامپاند های PP/EPDM
 
 
 
محدودیت ها و مزایای آلیاژ ها PP/EPDM
بیشترین محدودیت این مواد، هنگام استفاده در صنایع اتومبیل، مربوط به خواص سطحی و عملیات حرارت است. وقتی محصول نهایی در معرض حادثه یا شکست قرار گیرد، دندانه دندانه شده و مقاومت ضعیف در برابر خراش مهمترین ضعف این آلیاژ است.
محدودیت حرارتی ناشی از نزول سریع شیب سختی بر حسب درجه حرارت در محدوده بالاتر از 80 تا 90 درجه سانتی گراد است.
در شرایط اعمال بار احتمال وقوع خزش وجود دارد.
ضریب انبساط حرارتی این مواد بالاست.
 
مزایا
1-وزن مخصوص پایین
2-خواص ضربه ای بالا در دمای معمولی و تا 30- درجه سانتی گراد هم حفظ می شود.
3-پایداری طولانی در برابر پیرشدگی حرارتی و پایداری در برابر UV اگر پایدار کننده مناسب اضافه شود.
4-راحتی و هزینه پایین فرآیند.
5-محدوده وسیع خواص قابل دست یابی
6—سازگاری با انواع مختلف رنگ ها
 
کاربرد ها:
این نوع آلیاژ ها کاربرد زیادی به خصوص در صنعت خودرو سازی دارند به طور مثال سپر ساخته شده خودرو های دخلی معمولا از کامپاند پلی پروپیلن حاوی 16 درصد EPDM ساخته شده است.

منبع:
کتاب انواع آمیزه های پلی اولفینی و روند جهانی آن-جلد دوم

تالیف:
مهندس علیرضا میربلوک
مهندس آرش وحیدی
مهندس حمید یزدانی
 

برچسب: کامپاند PP/EPDM, آمیزه پلی پروپیلن با لاستیک, آمیزه پلاستیک با لاستیک , -اختلاط مذاب, ریخته گیری محلل, مخلوط در حالت لاتکس, کوپلیمریزاسیون بلاک و گرافت, پلیمرهای شبکه ای, آلیاژ پلیمری, چقرمه سازی پلاستیک,

فرم ارسال نظر

ارسال نظر

نام:
 
آدرس ایمیل:
پیام:
 
    
عبارت امنیتی:
 

نظرات

موردی یافت نشد !
تصویر موجود نمیباشد