اثر افزودن پلی‌پروپیلن گرافت‌شده با مالئیک انیدرید بر خواص کامپوزیتهای پلی‌پروپیلن/تالک
پلی‌پروپیلن 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، بسته‌بندی، خودرو، ورق و… را دارد. استفاده از فیلرهای معدنی از جمله تالک می‌تواند علاوه بر کاهش هزینه تمام‌شده، باعث افزایش خواص مکانیکی، بهبود پایداری ابعادی و افزایش مقاومت به تغییر شکل نیز بشود. فاکتور تعیین‌کننده در عمل‌کرد مؤثر ذرات تالک در ماتریس پلی‌الفینی، برقراری برهم‌کنش موثر بین تالک و ماتریس پلیمری و پراکنش یک‌نواخت آن‌ها درون پلیمر است. با توجه به ماهیت قطبی تالک و ماهیت غیر قطبی 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 است. مهم‌ترین سازگارکننده‌ای که برای بهبود برهم‌کنش بین کربنات کلسیم و ماتریس پلی‌الفینی به‌‌کار می‌رود، پلی‌پروپین یا پلی‌اتیلن گرافت‌شده با مالئیک انیدرید (PP/PE-g-MA) است 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 شده است (شکل 1).
شکل 1. اثر افزودن گرافت بر خواص مکانیکی کامپوزیت پلی‌پروپیلن- تالک
گرافت در کامپوزیتهای حاوی درصدهای بالاتر تالک نیز اثر مشابهی دارد. به‌طوری که در کامپوزیتهای PP/50%Talc نیز همانطور که در شکل 2 دیده می‌شود، استحکام کششی و استحکام ضربه پس از افزودن wt%5 گرافت افزایش چشم‌گیری داشته‌اند.
شکل 2. اثر گرافت بر خواص مکانیکی کامپاند پلی‌پروپیلن-تالک
با توجه به اینکه در صنعت، همواره هزینه تمام‌شده 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 است. برای مثال در کامپوزیتهای PP/30%Talc، درصد بهینه گرافت 1.5% گزارش شده است (شکل 3).
شکل 3. مقدار بهینه تالک در کامپاند پلی‌پروپیلن-تالک
همانطور که در شکل 4 دیده می‌شود، افزایش مقادیر گرافت تا مقادیر 25% نیز تأثیر چندانی بر خواص کامپوزیت‌ها نخواهد داشت.
شکل 4. اثر افزایش گرافت بر خواص مکانیکی پلی‌پروپیلن-تالک
از آنجایی که یکی از ضعف‌های PP شکنندگی آن در دماهای پایین است، اثر گرافت بر خواص ضربه کامپوزیتهای PP/30%Talc در دماهای 0 و oC -20 بررسی شده است. همانطور 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 پلی‌پروپیلن-تالک
اثر افزودن PP-g-MA بر خواص رئولوژیکی کامپوزیتهای PP/Talc
افزودن PP-g-MA به کامپوزیتهای PP/Talc باعث بهبود جریان‌پذیری و خواص رئولوژیکی می‌شود، به‌طوری که شاخص جریان مذاب (MFI) کامپوزیتهای PP/30%Talc با افزودن 1.5 و 3% گرافت، به‌ترتیب به 9.4 و g/10min 9 رسیده است (نسبت به 11 برای کامپوزیتهای PP/30%Talc بدون گرافت).
شکل 6. اثر گرافت بر فرآیندپذیری پلی‌پروپین-تالک
افزودن گرافت هم‌چنین می‌تواند به‌دلیل افزایش برهم‌کنش پلی‌پروپیلن و تالک و تشکیل شبکه قوی پلیمر-فیلر، باعث بهبود خواص رئولوژیکی کامپوزیتهای مذکور نیز بشود. به‌طوری که 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 است.
شکل 7. اثر گرافت بر خواص رئولوژیکی پلی‌پروپیلن-تالک
اثر افزودن PP-g-MA بر مورفولوژی کامپوزیتهای PP/Talc
تصاویر مورفولوژی ذرات تالک در ماتریس PP، تأییدکننده خواص مکانیکی و رئولوژیکی کامپوزیتهای آن است. شکل 8 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 به‌مراتب یکنواخت‌تر شده است.
شکل 8. اثر گرافت بر مورفولوژی پلی‌پروپیلن-تالک
مقایسه کامپوزیتهای PP/(PP-g-MA)/Talc با نمونه تجاری کامپوزیت PP/Talc استفاده‌شده در صنعت خودرو
یکی از مهم‌ترین کاربردهای کامپوزیتهای PP/Talc، استفاده در صنایع خودروسازی به‌ویژه قطعات داخلی خودرو مانند داشبورد است. افزودن PP-g-MA باعث افزایش خواص قطعات خودروی ساخته‌شده 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 است.
جدول 1. فرمولاسیون نمونه‌های 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 کامپاند پلی‌پروپیلن-تالک حاوی گرافت با نمونه‌های تجاری
لطفاً برای اطلاعات بیشتر درباره سازگارکننده‌های پلی‌الفین/تالک شرکت آریا پلیمر پیشگام اینجا را کلیک کنید.
