اثر عامل چقرمه ساز POE-g-MA بر خاصیت ضربه پذیری کامپاند PA6/PP

رزین های ترموپلاستیک پلی آمید (نایلون) به سبب تعادل بسیار مناسب میان فرایند پذیری و خواص مورد نظر، به گستردگی مورد استفاده قرار می گیرند. از رایج ترین نایلون های مورد استفاده می توان به نایلون ۶ (PA6) و نایلون ۶ و۶ (PA6,6) اشاره نمود. برخی کاربرد های نهایی این رزین، نیاز به خواص ضربه بالا در دماهای پایین دارد، از این رو روش های مختلفی برای افزایش خواص ضربه پذیری این پلیمرها استفاده می شود. به عنوان مثال برای برخی از کاربرد ها، گرید های چقرمه نایلون استفاده می شوند. ولی متداول ترین روش برای غلبه بر این مشکل، ترکیب پلیمر با الاستومر ها یا ترموپلاستیک الاستومرهای گرافت شده با مالئیک انیدرید مثل اتیلن-پروپیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید یا EPR-g-MAH و ماده ترموپلاستیک الاستومر استایرن-اتیلن-بوتادن-استایرن یا SEBS-g-MAH  گرافت شده با مالئیک انیدرید است.

در بسیاری از موارد به دلیل قیمت بالا، عدم پایداری ابعادی در مقابل جذب آب و عدم فرایند پذیری مناسب، استفاده از پلی آمید دچار محدودیت هایی شده است. معمولاً در صنعت برای رفع این مشکل از کامپاند PA6/PP به جای پلی آمید خالص استفاده می شود.

در این مقاله، به بررسی تأثیر حضور پلی اولفین الاستومر (POE) با نام علمی پلی اکتان اتیلن و پلی اولفین الاستومر گرافت شده با مالئیک انیدرید (POE-g-MAH) به عنوان اصلاح کننده خاصیت ضربه پذیری کامپاند پلی آمید/پلی پروپیلن/خاک رس یا PA6/PP/Organoclay پرداخته می شود. POE یک الاستومر پلی اولفین نسبتاً جدید است و نسبت به EPR با PP فرایند پذیری بهتری دارد که در این مقاله دو حالت خالص و گرافت شده آن بررسی می شود.

جدول ۱- ترکیب درصد ترکیبات نانو کامپوزیت ها

ترکیب درصد ترکیبات نانوکامپوزیت ها

در نمونه سازی کامپاند، تأثیر درصدهای مختلف POE و POE-g-MA از ۵ تا ۲۰ درصد وزنی بررسی شده است.

همان گونه که در نمودار ۱ آمده افزودن POE خالص به نانو کامپوزیت های PA6/PP با نسبت ۷۰/۳۰ افزایش جزئی استحکام ضربه می شود که این بهبود با محدودیت هایی به دلیل عدم سازگاری بین PA6 و POE همراه است. این درحالی است که استفاده از POE-g-MA در مقایسه با POE خالص به دلیل ایجاد سازگاری مناسب بین POE و PA6 تأثیر بسیار چشم گیری بر خواص ضربه پذیری پلیمر می گذارد؛ به گونه ای که با افزایش میزان بهبود دهنده ضربه، خواص ناشی از حضور POE-g-MA در مقایسه با POE افزایش می یابد. برای مثال، ترکیب شامل ۲۰ درصد POE-g-MAH، استحکام ضربه ای حدود ۶ برابر PA6/PP/Organoclay خالص دارد.

شکل1: تاثیر غلظت الاستومر روی استحکام ضربه نانوکامپوزیت پلی آمید/پلی پروپیلن چقرمه شده با لاستیک
شکل ۱- تأثیر غلظت الاستومر روی استحکام ضربه نانو کامپوزیت پلی آمید/پلی پروپیلن چقرمه شده با لاستیک

در نمودار های ۲ و ۳ تغییرات Kc (چقرمگی شکست) و Gc (انرژی شکست) همه نانو کامپوزیت ها در دو دمای -۴۰°C و ۲۵°C(RT: دمای اتاق) مشخص شده است. همان طور که انتظار می رود، Kc و Gc طی روند مشابهی با افزایش مقدار POE به طور خطی افزایش می یابند. هم چنین در اشکال ۲ و ۳ مشاهده می شود که تمام نانو کامپوزیت ها در دمای اتاق مقدار بالا تری از Kc و Gc نسبت به دمای -۴۰°C از خود نشان می دهند. هم چنین ارتقای خاصیت ضربه پذیری POE-g-MAH نسبت به POE در شکل مشاهده می شود.

اثر محتوای الاستومری روی Kc نانوکامپوزیت های PA6/PP چقرمه شده با لاستیک
شکل ۲- تاثیر محتوای الاستومری روی Kc نانوکامپوزیت های PA6/PP چقرمه شده با لاستیک در تست سرعت بالا
تاثیر محتوای الاستومری روی Gc نانوکامپوزیت های PA6/PP چقرمه شده با لاستیک
شکل ۳- تاثیر محتوای الاستومری روی Gc نانو کامپوزیت های PA6/PP چقرمه شده با لاستیک در تست سرعت بالا

بهبود چقرمگی در کامپاند را می توان بدین گونه توضیح داد: وقتی PP-g-MAH به PA6/PP افزوده می شود، چسبندگی سطحی بین PA6 و PP به وسیله تشکیل کوپلیمر PA6-g-PP تقویت می شود.
هم چنین به علت شباهت فیزیکی ممکن است جذب بین مولکولی (در هم تنیدگی فیزیکی) بین PP و POE اتفاق بیفتد. این دو عامل، سازگاری بین PA6 و POE را ارتقا می دهند. برهم کنش میان POE و PA-g-MAH و مکانیسم بهبود چقرمگی کامپاند در شکل ۴ نشان داده شده است.

برهمکنش POE و PAgMA
شکل ۴- برهم کنش POE و PA-g-MA

همان طور که در شکل ۵ مشاهده می شود، گروه انیدرید POE-g-MAH با گروه آمینی انتهایی PA6 واکنش می دهد و در نهایت کوپلیمر PA6-g-POE تشکیل می شود که باعث تقویت انرژی سطح بین PA6 و PP می شود. شکل ۶ برهم کنش بین POE-g-MAH، PA6-g-PP ،PP و خاک رس را نشان می دهد که نشانگر کامپاند نهایی است و بهبود خواص مورد نظر را داراست.

واکنش شیمیایی بین PA6 و POEgMAH
شکل ۵- واکنش شیمیایی بین PA6 و POE-g-MAH
برهمکنش بین POEgMAH، PA6gPP، PP و خاک رس
شکل ۶- برهم کنش بین PA ،PA6-g-MA و POE-g-MA و خاک رس
شماتیک مورفولوژیکی
شکل ۷- شماتیک مورفولوژی PA6/PP/PP-g-MAH/Organoclay در دو حالت a) در حضور POE و b) در حضور POE-g-MAH

در شکل ۷ می توان مقایسه مورفولوژیکی بین کامپاند PA6/PP/Organoclay/PP-g-MA به همراه POE و این کامپاند در حضور POE-g-MA را مشاهده کرد. مشاهده می شود که حضور POE-g-MA باعث اتصال بهتر خاک رس و پلی آمید می شود.
بنابراین در کامپاندهای حاوی پلی آمید، حضور سازگارکننده های POE در مقایسه با شکل خالص، مخصوصاً در مقادیر مصرف بالای POE-g-MAH در آن، تأثیر بسیار بالاتری از خود نشان می دهد.

گردآورنده:

حسین چیانی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *