در عصر حاضر، هر فعالیتی از زندگی ما حول محور پلیمرها و مواد پلاستیکی میچرخد. با این حال، مواد پلیمری خام دارای خواص مناسبی برای چنین طیف وسیعی از کاربردهای کالایی و تخصصی نیستند. خواص یک ماکرومولکول را میتوان با اضافه کردن افزودنیها در فرمولاسیون آنها تنظیم کرد تا هم فرآیندپذیری و هم کاربرد نهایی آنها بهبود یابد.
فرمولاسیونهای پلیمری باید به طور دقیق طراحی شوند تا نیازهای حیاتی مهندسان را که هر روز در بخشهای کلیدی مانند خودرو، هوانوردی، دستگاههای هوشمند، مراقبتهای بهداشتی و تولید و ذخیرهسازی انرژی با آن مواجه هستند، برآورده کنند.
آمیزهسازی پلیمرها مسیری مناسب برای توسعه مواد پلیمری جدید است که خواص عالی بیش از یک پلیمر موجود را ترکیب میکنند. این استراتژی معمولاً ارزانتر و سریعتر از توسعه مونومرهای جدید و یا مسیرهای پلیمریزاسیون جدید است و به عنوان پایهای برای مواد پلیمری کاملاً جدید عمل میکند. مخلوط کردن پلیمرها معمولاً در دستگاههای پردازش پلیمرها، مانند اکسترودرهای دو ماردون انجام میشود. با این حال، پلیمرهایی با ساختارهای مختلف همیشه از نظر ترمودینامیکی قابل امتزاج نیستند.
شش دسته از افزودنیهای کارآمد با تقاضای زیاد در بازار، به ترتیب عبارتند از نرمکنندهها (پلاستی سایزر)، بازدارندههای شعله (FR)، اصلاحکنندههای ضربه یا ایمپکت مدیفایر (Impact Modifiers)، آنتیاکسیدانها، ضدمیکروبها و پایدارکنندههای UV که در این مقاله منحصرا درباره اصلاح کنندههای ضربه صبحت خواهد شد.
مقدمه
- دمای انتقال شیشهای پایین
- اثر بخشی با حداقل مقدار
- سایز ذره و توزیع اندازه ذرات بهینه
- چسبندگی خوب به ماتریس ترموپلاستیک
خواص ضربهپذیری پلیمرها
خواص ضربهپذیری در پلیمرها مستقیماً با چقرمگی کلی ماده مرتبط است. چقرمگی به عنوان توانایی پلیمر در جذب انرژی اعمال شده تعریف میشود. با تجزیه و تحلیل منحنی تنش-کرنش، میتوان چقرمگی ماده را تخمین زد؛ زیرا با مساحت سطح زیر منحنی نسبت مستقیم دارد.
انعطافپذیری مولکولی نقش مهمی در تعیین چقرمگی و شکنندگی یک ماده ایفا میکند. به عنوان مثال، پلیمرهای انعطافپذیر به دلیل این واقعیت که بخشهای بزرگ مولکولها میتوانند به راحتی و به سرعت به تنش مکانیکی پاسخ دهند، رفتار ضربهپذیری بالایی دارند، در حالی که در پلیمرهای سفت، بخشهای مولکولی قادر به جدا شدن نیستند و ضربه باعث شکست ترد میشود.
بیشتر پلیمرها هنگامی که تحت بار ضربهای قرار میگیرند، به نظر میرسد که به شکلی کاملاً مشخص میشکنند. به دلیل بار ضربهای وارد شده به پلیمر، ترک شروع به انتشار در سطح پلیمر میکند. انرژی لازم برای شروع ترک در سطح پلیمر، انرژی شروع ترک نامیده میشود. اگر بار اعمال شده انرژی کافی برای فراتر رفتن از انرژی شروع ترک را داشته باشد، ترک به انتشار در امتداد سطح پلیمر ادامه میدهد و شکست کامل زمانی رخ میدهد که انرژی بار ضربه از انرژی انتشار ترک فراتر رفته باشد.
اصلاح ضربه در پلاستیکهای مهندسی
استحکام و سختی پلاستیکهای مهندسی یک مزیت محسوب میشود، اما ممکن است در اثر بارهای ضربهای به صورت تُرد شکسته شود. این امر به ویژه در دماهای پایینتر یا تحت تنش دینامیکی صادق است. برای قطعات خودرو، هوافضا و ماشینآلات صنعتی، شکست ناشی از ضربه میتواند عواقب شدیدی داشته باشد. ایمپکت مدیفایرها با وارد کردن فازهای شکلپذیر به ماتریس میتوانند انرژی ضربه را به طور مؤثرتری جذب و از طریق اتلاف انرژی، آنها را دفع کنند. این امر از شروع و انتشار ترک جلوگیری میکند و به طور قابل توجهی چقرمگی ماده را افزایش میدهد.
عوامل تاثیر گذار بر ضربهپذیری
در این بخش پارامترهایی که بر خواص استحکام ضربه یک ماده پلیمری اثر مهمی دارند، شرح داده میشوند:
دما
رفتار ضربهای مواد پلیمری به شدت به دما وابسته است. در دماهای پایینتر، مقاومت در برابر ضربه به شدت کاهش مییابد. این کاهش ضربه در نزدیکی دمای انتقال شیشهای حتی بیشتر میشود. برعکس، در دماهای بالاتر، مقاومت به طور قابل توجهی بهبود مییابد.
درجه بلورینگی
افزایش درصد بلورینگی، مقاومت در برابر ضربه را کاهش داده و احتمال شکست ترد را افزایش میدهد. کاهش وزن مولکولی متوسط، در صورت کاهش معنیدار چگالی درهمتنیدگی و اتصال مکانیکی بین فازهای آمورف و بلوری، معمولاً موجب کاهش مقاومت ضربهای (چقرمگی) شکست میشود.
شرایط فرآیند
شرایط فرآوری نقش کلیدی در تعیین رفتار ضربهای یک ماده ایفا میکند. شرایط فرآوری نامناسب میتواند باعث از دست رفتن بخشی از چقرمگی ماده شود. حفرههایی که به عنوان متمرکزکننده تنش عمل میکنند، در اثر شرایط فرآوری نامناسب ایجاد میشوند. دمای بالای فرآیند همچنین میتواند باعث تخریب حرارتی پلیمر و در نتیجه کاهش خاصیت ضربهپذیری شود.
جهتگیری
نحوه جهتگیری مولکولهای پلیمر تأثیر عمدهای بر رفتار ضربهای پلیمر خواهد داشت. جهتگیری مولکولی وارد شده به فیلمها و الیاف کشیده شده ممکن است استحکام و چقرمگی بیشتری ایجاد کند. با این حال، این جهتگیری مولکولهای پلیمر میتواند در یک قطعه قالبگیری شده بسیار مخرب باشد، زیرا تنش ضربهای معمولاً چند محوری است. استحکام ضربهای معمولاً در جهت جریان بیشتر است.
افزایش مقاومت در برابر ضربه پلیآمید با ایمپکت مدیفایر
اصلاحکننده ضربهپذیری در پلیآمید، ساختاری دارد که شامل یک بخش قطبی و یک بخش ناقطبی است. برای پلیآمید، رایجترین عوامل تقویتکننده، الاستومرهای پلیالفینی اصلاحشده با مالئیک انیدرید هستند که مقاومت در برابر ضربه و چقرمگی در دمای پایین را بهبود میبخشند. این افزودنیها همچنین برای بهبود سازگاری در آلیاژهای پلیمری مناسب هستند.
مکانیسم عملکرد سازگارکنندهها به عنوان Impact Modifier
الاستومرهای پلیاولفینی گرافت شده با مالئیک انیدرید (POE-g-MAH) اصلاحکنندههای ضربه فوقالعاده موثری برای طیف وسیعی از سیستمهای پلیمری، به ویژه برای آلیاژهای پلیآمید-پلیاولفین هستند. گروههای مالئیک انیدرید گرافت شده روی زنجیره POE قطبی هستند و میتوانند با گروههای عاملی قطبی موجود در پلیآمیدها واکنش نشان دهند و با آنها برهمکنش داشته باشند. این چسبندگی بین سطحی قوی تضمین میکند که فاز پراکنده POE به طور مؤثر انرژی ضربه را جذب میکند. برخلاف اختلاط فیزیکی ساده، این برهمکنش شیمیایی یک مکانیسم چقرمگی قوی ایجاد میکند که برای ایجاد مورفولوژیهای پایدار و پراکنده در آلیاژهای پلاستیکی حیاتی است.
به طور خلاصه، مزایای کلیدی استفاده از POE-g-MAH به عنوان اصلاحکننده ضربه برای پلیآمیدها عبارتند از:- افزایش قابل توجه مقاومت ضربه: به ویژه در دمای اتاق و دمای زیر صفر، جایی که نایلون میتواند به طور خاص شکننده باشد.
- بهبود چقرمگی: این ماده میتواند تغییر شکل بیشتری را قبل از شکست تحمل کند.
- موثر در فرمولاسیونهای دارای فیلر (پرکنندهها): ایمپکت مدیفایرهای POE-g-MAH حتی زمانی که پلیآمیدها با فیلرهایی مانند الیاف شیشه یا مواد معدنی ترکیب میشوند، کارایی خود را حفظ میکنند.
ایمپکت مدیفایر آریا پلیمر
برای اطلاعات بیشتر در رابطه با ایمپکت مدیفایرهای آریا پلیمر، از صفحه این محصول (در این لینک) بازدید کنید یا از طریق صفحه تماس با ما، با کارشناسان ما در ارتباط باشید.
