اثر افزودن پلی‌پروپیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید بر خواص کامپوزیت‌‌های پلی‌پروپیلن/ تالک

پلی پروپیلن با مزایای مهمی از جمله هزینه پایین، خواص مکانیکی مطلوب، مقاومت شیمیایی و رطوبتی عالی، قابلیت استفاده گسترده در کاربردهای گوناگون از جمله صنایع لوله، کابل، الیاف، بسته بندی، خودرو، ورق و … را دارد. استفاده از فیلرهای معدنی از جمله تالک می‌تواند علاوه بر کاهش هزینه تمام شده محصول، باعث افزایش خواص مکانیکی، بهبود پایداری ابعادی و افزایش مقاومت به تغییرشکل نیز بشود. فاکتور تعیین کننده در عملکرد موثر ذرات تالک در ماتریس پلی الفینی، برقراری برهمکنش موثر بین تالک و ماتریس پلیمری و پراکنش یکنواخت آن‌ها درون پلیمر می‌باشد. با توجه به ماهیت قطبی تالک و ماهیت غیرقطبی PP و PE و عدم سازگاری کافی بین این ‌دو با یکدیگر، استفاده از یک عامل سازگارکننده که اینترفیس بین ذرات و ماتریس را بهبود بخشد، ضروری می‌باشد. مهم‌ترین سازگارکننده‌ای که برای بهبود برهمکنش بین کربنات کلسیم و ماتریس پلی‌الفینی به‌ کار می‌رود، پلی‌پروپین یا پلی‌اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید (PP/PE-g-MA) می‌باشد که با دارا بودن دو بخش قطبی و غیرقطبی می‌تواند شبکه پلیمر-فیلر قوی ایجاد کند.

اثر افزودن PP-g-MA بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های PP/Talc

استفاده از گرافت، با افزایش سازگاری پلی‌پروپیلن و تالک باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت‌های آن می‌شود. برای مثال، افزودن wt%3 گرافت به کامپوزیت‌های PP/30%Talc (کامپاند تالک) باعث افزایش استحکام کششی، مدول و استحکام ضربه شده‌است (شکل 1).

شکل 1. اثر افزودن گرافت بر خواص مکانیکی کامپوزیت پلی‌پروپیلن- تالک

 گرافت در کامپوزیت‌های حاوی درصدهای بالاتر تالک نیز اثر مشابهی دارد. به طوریکه در کامپوزیت‌های PP/50%Talc نیز همان طور که در شکل 2 دیده می‌شود، استحکام کششی و استحکام ضربه پس از افزودنwt%5 گرافت افزایش چشمگیری داشته‌اند.

شکل 2. اثر گرافت بر خواص مکانیکی کامپاند پلی‌پروپیلن-تالک

با توجه به اینکه در صنعت، همواره هزینه تمام شده محصول از اهمیت بالایی برخوردار است، لذا سازگارکننده‌ای که درصد بهینه پایینی داشته باشد، قابلیت استفاده در مصارف صنعتی را خواهد داشت. با افزودن PP-g-MA می‌توان کامپوزیت‌های با کیفیت و مقرون به صرفه‌ای تولید کرد، چرا که معمولاً درصد بهینه آن مقادیر پایینی می‌باشد. برای مثال در کامپوزیت‌های PP/30%Talc، درصد بهینه گرافت 1.5% گزارش شده‌ است (شکل 3).

شکل 3. مقدار بهینه تالک در کامپاند پلی پروپیلن-تالک

همان‌طور که در شکل 4 دیده می‌شود، افزایش مقادیر گرافت تا مقادیر 25% نیز تاثیر چندانی بر خواص کامپوزیت‌ها نخواهد داشت.

شکل 4. اثر افزایش گرافت بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن- تالک

از انجائیکه یکی از ضعف‌های PP شکنندگی آن در دماهای پایین است، اثر گرافت بر خواص ضربه کامپوزیت‌های PP/30%Talc در دماهای 0 و  ^oC20- بررسی شده‌است. همان طور که شکل 5 نشان می‌دهد، نمونه‌های حاوی درصدهای مختلفی از گرافت، همگی استحکام ضربه بالاتری نسبت به نمونه بدون گرافت دارند، که این برتری در دماهای منفی نیز صادق است.

شکل 5. اثر گرافت بر خواص ضربه پلی پروپیلن- تالک

اثر افزودن PP-g-MA بر خواص رئولوژیکی کامپوزیت‌های PP/Talc

افزودن PP-g-MA به کامپوزیت‌های PP/Talc، باعث بهبود جریان پذیری و خواص رئولوژیکی می‌شود، به طوریکه شاخص جریان مذاب (MFI) کامپوزیت‌های PP/30%Talc با افزودن 1.5 و 3% گرافت، به ترتیب به 9.4 و g/10min9 رسیده است (نسبت به 11 برای کامپوزیت‌های PP/30%Talc بدون گرافت).

شکل 6. اثر گرافت بر فرایندپذیری پلی پروپین- تالک

افزودن گرافت همچنین می‌تواند به دلیل افزایش برهمکنش پلی‌پروپیلن و تالک و تشکیل شبکه قوی پلیمر-فیلر باعث بهبود خواص رئولوژیکی کامپوزیت‌های مذکور نیز بشود. به‌طوریکه هرسه پارامتر رئولوژیکی ویسکوزیته کامپلکس، مدول ذخیره و مدول اتلافی کامپوزیت‌ها پس از افزودن گرافت افزایش قابل ملاحظه‌ای نشان دادند. همان‌طور که شکل 7 نشان می‌دهد، با افزودن گرافت به کامپوزیت PP/Talc، فاکتور اتلاف کاهش قابل ملاحظه‌ای نشان داده و کمتر از یک می‌شود که نتیجه افزایش الاستیسیتی سیستم به‌خاطر برهمکنش بهتر بین پلیمر و فیلر می‌باشد.

شکل 7. اثر گرافت بر خواص رئولوژیکی پلی پروپیلن- تالک

اثر افزودن PP-g-MA بر مورفولوژی کامپوزیت‌های PP/Talc

تصاویر مورفولوژی ذرات تالک در ماتریس PP، تایید کننده خواص مکانیکی و رئولوژیکی کامپوزیت‌های آن می‌باشد. شکل 7 مورفولوژی پخش ذرات تالک را در کامپوزیت‌های PP/30%Talc قبل و بعد افزودن 3% گرافت نشان می‌دهد. بعد از افزودن 3% گرافت پخش ذرات تالک به مراتب یکنواخت‌تر شده‌ است.

شکل 8. اثر گرافت بر مورفولوژی پلی پروپین- تالک

مقایسه کامپزیت‌های PP/(PP-g-MA)/Talc با نمونه تجاری کامپوزیت PP/Talc استفاده شده در صنعت خودرو

یکی از مهم‌ترین کاربردهای کامپوزیت‌های PP/Talc استفاده در صنایع خودروسازی به ویژه قطعات داخلی خودرو مانند داشبورد می‌باشد. افزودن PP-g-MA باعث افزایش خواص قطعات خودروی ساخته شده از کامپوزیت PP/Talc می‌شود. برای مثال، خواص پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌پروپیلن بازیافتی (rPP) و کامپوزیت‌های PP/graft/Talc و rPP/graft/Talc با نمونه‌های تجاری کامپوزیت‌های PP/Talc (Kinghfa PP)، با درصدهای یکسان تالک، مقایسه شده است (شکل 9). فرمولاسیون نمونه‌های مذکور مطابق جدول 1 می‌باشد.

جدول 1. فرمولاسیون نمونه های مربوط به شکل 9

شکل 9 خواص مکانیکی این نمونه‌ها را نشان می‌دهد. همان ‌طور که مشاهده می‌شود، با استفاده از سازگار کننده PP-g-MA، حتی با کامپوزیت‌های بر پایه rPP نیز می‌توان به خواصی مشابه و یا در بسیاری از موارد بالاتر از نمونه‌های تجاری دسترسی پیدا کرد.

شکل 9. مقایسه کاپاند پلی‌پروپیلن- تالک حاوی گرافت با نمونه‌های تجاری

لطفاً برای اطلاعات بیشتر درباره سازگارکننده‌های پلی‌الفین/تالک شرکت آریا پلیمر پیشگام اینجا را کلیک کنید.