اثر تالک بر خواص مکانیکی پلی‌پروپیلن

مقدمه

    در سال‌های گذشته، پلی‌پروپیلن کاربردهای وسیعی را در صنایع مختلف از جمله صنعت خودرو، تزیینات داخلی، صنایع بسته‌بندی، الیاف و غیره یافته است. دلیل اصلی این استقبال، مقاومت فیزیکی و شیمیایی بالا و در کنار آن هزینه‌ نسبتاً پایین این پلیمر است. تولید این پلیمر فقط در سال 2000 میلادی به بیش از سی میلیون تن رسیده است.

شکل 1. کانی تالک

تالک و کاربردهای آن

    تالک (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂) یک نوع کانی است که صفحات آن شامل یک لایه یا ورق بروسیت بین دو ورق سیلیس است که با نیروی واندروالس به هم متصل شده‌اند و اجازه می‌دهد روی هم بلغزند. این ماده معدنی فعالیت شیمیایی کمی دارد. تالک عمدتاً به‌عنوان پرکننده استفاده می‌شود. شکل ورقه ورقه‌ای ذرات تالک می‌تواند سفتی (stiffness) محصولاتی مانند پلی‌پروپیلن (polypropylene)، وینیل‌، پلی‌اتیلن، نایلون و پلی‌استر را افزایش دهد.

شکل 2. کاربرد تالک و پلی‌پروپیلن

    تالک پودرشده، رنگی سفید و بسیار براق دارد که از آن پرکننده‌ای بسیار عالی در رنگ‌های نقاشی می‌سازد، زیرا که به‌طور هم‌زمان به‌عنوان سفیدکننده و براق‌کننده رنگ عمل می‌نماید. سختی پایین تالک به این دلیل ارزشمند است که به‌سبب سایش کم‌تر، خرابی کم‌تری در نازل اسپری و دیگر تجهیزات نقاشی ایجاد می‌کند. تالک در صنایع پلیمر و پلاستیک‌سازی و تولید کابل برق کاربرد دارد و بیش‌ترین مصرف آن به‌دلیل مقاومتی که در برابر حرارت و الکتریسیته دارد، در ساخت سطح میز آزمایشگاه‌ها و صفحه‌ تقسیم برق است.

شکل 3. توزیع مصرف تالک در صنایع گوناگون

اثر تالک بر خواص مکانیکی

    در ادامه این مقاله به بررسی اثر تالک بر روی پلی‌پروپیلن پرداخته می‌شود و با آوردن نمودارهایی و تحلیل آنها، به نقش مثبت تالک بر روی خواص مکانیکی، مهر اثبات زده می‌شود.

شکل 4. اثر افزودن تالک به پلی‌پروپیلن بر استحکام تسلیم

    همان‌گونه که در نمودار مشاهده می‌شود، استحکام تسلیم کامپاند با افزودن میزان تالک تا مقدار 6% افزایش یافته و پس از آن روند نزولی به خود می‌گیرد. افزایش استحکام تسلیم بدین معناست که در آن نقطه از درصد مصرفی تالک، به‌عنوان پرکننده (filler)، چسبندگی خوبی بین پرکننده و ماتریس به‌وجود آمده است و به همین دلیل در برابر فشارهای بالاتر مقاوم است.

شکل 5. اثر افزودن تالک به پلی‌پروپیلن بر استحکام کششی

    در این نمودار، مقادیر تالک حدود 3%، بیش‌ترین استحکام کشش را به ما نشان می‌دهد. لازم به ذکر است در خواص مکانیکی زمانی شاهد اثرات خوب هستیم که فیلرها به‌خوبی و با نسبت‌های درست در ماتریس پخش شوند. به‌عنوان مثال حداکثر استحکام کششی زمانی اتفاق می‌افتد که 3% تالک به‌عنوان فیلر باشد، بنابراین در این درصد جرمی در فضای میکروسکوپیک شاهد توزیع مناسب فیلر در ماتریس هستیم.

شکل 6. اثر افزودن تالک به پلی‌پروپیلن بر مدول الاستیسیته

    با افزایش تالک شاهد سیر صعودی مدول الاستیسیته (مدول یانگ) خواهیم بود که تا 40% به صعود خود ادامه می‌دهد. اگر مدول الاستیسیته افزایش یابد، بدین معناست که ذرات پرکننده (filler) سفت و سخت هستند و باعث کندی در تحرک کامپاند می‌شوند. از نمودار فوق نتیجه می‌شود که تالک به‌طور کلی باعث افزایش مدول می‌شود.

شکل 7. اثر افزودن تالک به پلی‌پروپیلن بر خواص ضربه‌پذیری و مدول خمشی

    طبق شکل فوق مشهود است که با افزایش درصد تالک، مدول خمشی افزایش می‌یابد. هم‌چنین ضربه‌پذیری تا 5% استفاده از تالک افزایش و سپس روند رو به کاهش می‌گیرد. این اندازه‌گیری در دمای ثابت فرض شده است. به‌طور خلاصه افزودن تالک به پلی‌پروپیلن موجب سختی بیش‌تر، استحکام سطحی بهتر و همین‌طور بهبود در مدول خمشی و کششی می‌شود.

منابع

Properties of polypropylene Talc Compounds with different talc particle size and loading

J.shone, and Wolfgang Grellmann

Effect of the Talc Filler Content on the Mechanical Properties of Polypropylene composites

Lubomir Lapcik, Pavlina Jindrova, Barbora Lapcikova, Richard Tamblyn, Richard Greenwood, Neil Rowson

Effects of Melt Temperature and Hold Pressure on the Tensile and Fatigue Properties of an Injection Molded Talc-Filled Polypropylene

Yuanxin Zhou, P.K. Mallick

گرداورنده: سید پارسا آموزش