دانلود مقاله سازگارکننده ها برای آلیاژهای پلیمری

سازگارکننده ها برای آلیاژهای پلیمری

کاربرد آلیاژهای پلیمری به دلیل ارائه موازنه ای مطلوب از خواص فیزیکی و شیمیایی همچنان به رشد سریع خود ادامه می دهد.

سازگارکننده ها مکانیسمی جهت اختلاط این پلیمرهای غیر قابل امتزاج فراهم می آوردند.

در این مقاله به روند اخیر استفاده از سازگارکننده ها برای آلیاژهای پلیمری نگاهی می اندازیم.

استفاده از آلیاژهای پلیمری و به تبع آن سازگارکننده ها طبق پیش بینی کارشناسان، همچنان به رشد خود ادامه خواهد داد.

بازار سازگارکننده ها، بدون در نظر گرفتن آن میزان که در بازیافت استفاده می شود، در حدود 6/13 میلیون کیلوگرم (30 میلیون پوند) در سال 2000 تخمین زده شده است و انتظار می رود تا با سرعت رشد سالانه % 4/5 در سال 2005 به 6/18 میلیون کیلوگرم (40 میلیون پوند) برسد.

کمپانی ارتباطات تجاری (BCC) که یک کمپانی آمریکایی است این مطلب را در گزارش سال 2001 خود تحت عنوان "بهینه سازی پلیمر پس از پلیمریزاسیون" بیان کرده است.

دو عامل خواص و قیمت، رشد آلیاژها را تضمین میکنند.

آلیاژهای پلیمری جهت حصول موازنه مطلوب میان خواص فیزیکی و شیمیایی به طور وسیعی استفاده می شوند.

گرایش به پلیمرهای با نقاط ذوب بالاتر و پایداری حرارتی بهتر منجر به کاربرد بیشتر آلیاژهای پلیمری شده است که برای بهبود این پلیمرها که نوعا شکننده تر هستند، به کار گرفته می شوند.

تمایل دیگر، آلیاژ سازی سه ماده یا بیشتر با یکدیگر می باشد که عمدتاً در اجزای قالب گیری شده محصول مورد استفاده مصرف کننده به کار می روند، که از آن جمله می توان به لاستیک های با زیر دست نرم بر روی مسواک ها یا تیغ ها اشاره نمود.

اجزای قالب گیری شده یک محصول از مخلوط پیچیده ای از پلیمرها تشکیل می شوند که خواص فیزیکی مطلوب به همراه چسبندگی به زمینه را دارا می باشند.

سازگارکننده ها در به دست آوردن این آلیاژها نقش کلیدی دارند.

صنعت پلاستیک به طور مداوم به دنبال کاهش در هزینه ها می باشد.

در برخی موارد که یک پلیمر گران جهت کاربرد مشخصی مورد نظر می باشد، آلیاژ سازی با یک پلیمر ارزان تر با یک پرکننده، با استفاده از سازگارکننده یا عامل اتصال (Coupling Agent) مربوط، هزینه ها را کاهش خواهد داد.

راه حل دیگر اصلاح یک پلیمر ارزان مانند pp با استفاده از مواد افزودنی یا آلیاژسازی می باشد به طوری که بتواند با مواد بهتر از لحاظ خواص رقابت کند.

چگونگی عملکرد سازگارکننده ها

سازگارکننده ها جهت تهیه آلیاژ از پلیمرهای غیر قابل امتزاج و خلق یک مخلوط همگون به کار می روند.

مواد ناسازگار، مانند آب و روغن، هنگام اختلاط دو فازی می شوند.

یک سازگارکننده مانند یک عامل سطح فعال عمل کرده و کشش بین سطحی دو پلیمر ناسازگار را کاهش داده و امکان تهیه آلیاژ از آن ها را فراهم می آورد.

هر چند که آلیاژ کماکان دو فازی است اما سازگارکننده، اختلاط و پایداری دو فاز را تا حدی که آلیاژ به مثابه حالت امتزاج پذیر عمل کند، ممکن می سازد.

سازگار کننده نوعاً شامل دو بخش است به طوری که هر بخش می تواند با یکی از اجزای آلیاژ بر همکنش داشته باشد، سازگارکننده های غیر واکنشی پیوندی تشکیل نمی دهند اما عموماً با یکی از اجزا آلیاژ امتزاج پذیر می باشند.

سازگارکننده ها نقش مهمی در خلق انواع مختلف آلیاژ داشته و به آمیزه سازان نیز تا حدودی آزادی عملکرد در جهت برآورد نیازهای مشخص می دهند.

آلیاژهای پلیمری عموماً خواص ضربه یا خمشی، مقاومت شیمیایی، شکل پذیری حرارتی و قابلیت چاپ را تغییر می دهند، در برخی موارد بعضی از خواص آلیاژ سازگار شده از هر یک از اجزا به تنهایی پیشی می گیرد.

سازگارکننده های *** از شرکت Crompton را می توان جهت تهیه ترکیبات پلی پروپلین با کارکرد بهینه، همچنین آلیاژهای پلی پروپلین یا بسیاری از گرما نرم های مهندسی مختلف به کار گرفت.

جریان پذیری بهتر، دانسیته پایین تر، قالب پذیری و مقاومت شیمیایی بهتر، مقاومت به پیر شدن بهتر، مقاومت به خراش بهتر، شفافیت بالا و ماندگاری رنگ بهتر به علاوه کاهش وزن برای کاربردهای ویژه از مزایای استفاده از این مواد می باشد.

سازگارکننده های مورد استفاده در بازیافت

کاربرد مهم دیگر سازگارکننده ها در بازیافت مواد پلیمری می باشد، استفاده از مواد بازیافتی در فرایند گرما نرم ها معمول است.

اگر مواد ضایعاتی شامل پلیمرهای ناسازگار، مانند آنچه در ساختارهای چند لایه مشاهده می شود، باشد، جزء ناسازگار به سطح خارجی ماده اکسترود شده مهاجرت خواهد نمود.

سازگارکننده ها می توانند از وقوع این پدیده جلوگیری یا میزان آن را کاهش دهند.

همچنین سازگارکننده ها امکان بازیافت تکه های فیلم های چند لایه ای را که حاوی پلیمرهای با اندیس جریان کاملاً متفاوت می باشند، فراهم می آورند.

همچنین سازگارکننده ها امکان بازیافت تکه های فیلم های چند لایه ای را که حاوی پلیمرهای با اندیس جریان کاملاً متفاوت می باشند، فراهم می آورند.

آمیزه سازی با سازگارکننده ها هنگام انتخاب یک سازگارکننده، آمیزه ساز ابتدا باید آن سازگارکننده ای را انتخاب کند که با پلیمرهای تشکیل دهنده آلیاژ همخوانی داشته باشد، سازگارکننده های واکنشی نیاز به یک گروه متضاد واکنشی دارند و سازگارکننده های غیر واکنشی باید از لحاظ گرانروی یا به طور ایده آل امتزاج پذیری، با یکی از اجزای آلیاژ تطبیق داشته باشند.

آمیزه سازها همچنین باید به محدوده دمایی قابل استفاده برای سازگارکننده و اجزای آلیاژ توجه داشته باشند.

آمیزه سازها باید مراقب هر گونه تاثیرات ناخواسته منفی حاصل از افزودن سازگارکننده نیز باشند.

برای مثال در یک سیستم واکنشی پیوند زنی مالئیک انیدرید (MA) که پراکسید بسیار زیادی دارد، امکان شبکه ای شدن یکی از پلیمرها در حین فرایند وجود خواهد داشت.

در سیستم های حاوی سازگارکننده های غیر واکنشی، آلیاژ سازگار شده باید از لحاظ خواص فیزیکی و خواص بلند مدت نظیر پیر شدن، حداقل به خوبی پلیمر ماتریس به تنهایی باشد.

در سیستم های آلیاژی، آمیزه ساز باید به هر گونه لایه لایه شدن با توزیع ناهمگون ماده رنگزا یا افزودنی توجه داشته باشد.

اگر یکی از پلیمرها در آلیاژ از دیگری آمورف تر باشد ممکن است که نسبت به ماده بلوری تر، ماده رنگزای بیشتری را در برگیرد.

استفاده از سازگارکننده ای که اختلاط مناسب اجزای پلیمری را ممکن می سازد، می تواند توزیع ناهمگون ماده رنگزا را بر طرف سازد.

اختلاط برشی خوب در آلیاژسازی پلیمرها به خصوص هنگام سازگار سازی واکنشی، بسیار مهم می باشد، در برخی موارد میزان مورد نیاز سازگارکننده می تواند با بهبود شرایط اختلاط کاهش یابد.

آلیاژهای با گرانروی بسیار متفاوت نیز نیاز به برش بسیار بالا دارند، اکسترودرهای دو پیچه همسوگرد به طور معمول برای اختلاط برشی به کار گرفته می شوند.

شرکت *** پلیمرهای *** را توسعه داده که بر پایه فناوری جدید SBC می باشند که بسیاری مزایای فرایندی و طراحی را ارائه می دهند.

سازگارکننده های واکنشی پلی الفین های پیوند خورده با مالئیک انیدرید (MA) عموماً به عنوان عوامل اتصال برای سیستم های حاوی پرکننده یا تقویت کننده استفاده می شوند، اما همچنین می توانند به عنوان سازگارکننده های واکنشی برای آلیاژ پلی الفین ها با پلیمرهایی نظیر نایلون و EVOH که با MA واکنش می دهند، به کار گرفته شوند.

PE یا PP پیوند خورده با MA تهیه شده توسط شرکت Crompton امکان تهیه آلیاژهای نایلون – PP را برای کاربردهایی نظیر قطعات سیستم سرمایش ماشین ها می دهند.

خواص مناسب نایلون در دماهای بالا مورد نیاز می باشد، اما PP نیز به عنوان کاهش دهنده جذب رطوبت که باعث تخریب نایلون می گردد، لازم است.

MA-g-PP را همچنین می توان به عنوان لایه میانی (Tie Layer) سازگارکننده در فیلم های بسته بندی چند لایه PP با EVOH که مانع نفوذ اکسیژن است، به کار برد.

سازگارکننده های پیوند خورده با MA در بازیافت فیلم های چند لایه که ممکن است حاوی نایلون و PP باشند، سودمند خواهند بود.

خط محصول Dupont Pusabound محدوده وسیعی از پلیمرهای پیوند خورده با MA را تولید می کند.

سایر سازگارکننده های واکنشی شامل ترپلیمر اتیلن – بوتیل اکریلات – گلیسیدیل متیل اکریلات (E-BA-GMA) مانند PTW Dupont Elvaloy می باشند که می توانند برای سازگار سازی آلیاژهای پلی بوتیلن ترفتالات PA/ PBT, PP (PBT) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) پلی الفین به کار روند.

یک کاربرد برای این ترپلیمرها در سیم و کابل های مقاوم حرارتی می باشد.

کوپلیمرهای Kraton PG، کوپلیمرهای بلوکی Kraton G می باشند که با MA پیوند زنی شده اند.

از آنجا که هر مولکول دارای دو جزء است، این کوپلیمرها با محدوده وسیعی از پلیمرها شامل نایلون، PS و پلی الفین ها سازگار می باشند.

این مولکول ها در آلیاژهای حاوی سه پلیمر یا بیشتر نیز کاربری مناسبی خواهند داشت.

پلیمرهای Kraton A را می توان جهت تولید موادی که استحکام، کشسانی، مقاومت حرارتی، نرمی و ظاهر اصلاح شده ای دارند استفاده کرد و استفاده آن ها را در کاربردهای مختلف نظیر فیلم، اسباب بازی، بسته بندی، خودرو، لوازم ورزشی، تجهیزات ساختمانی و محصولات قالب گیری و اکسترود شده تسهیل نمود.

سازگارکننده های غیر واکنشی کوپلیمرهای اتیلن – اتیل اکریلات (EEA) می توانند به عنوان سازگارکننده های غیر واکنشی برای آلیاژ پلیمرها یا افزودنی های قطبی با پلی الفین ها به کار گرفته شوند.

EEA می تواند در خطوط بازیافت حاوی نایلون و PP به عنوان جایگزین ارزان تر برای پلی الفین های پیوند خورده با MA در مواردی که نیاز به مقاومت ضربه بالایی نیست یا حین تولید تحت برش بالا قرار نمی گیرد، به کار گرفته شود.

Amplity EA از شرکت Dow در محدوده وسیعی از اندیس های مذاب موجود می باشد تا با گرانروی اجزا در خط بازیافت همخوانی داشته باشد.

EEA همچنین می تواند جهت امکان پذیر نمودن استفاده از مواد افزودنی به میزان بسیار زیاد در مستریج های PE استفاده گردد.

افزودنی هایی نظیر آنتی آکسیدانت ها، رنگ دهنده ها یا آنتی استاتیک ها بسیار قطبی بوده و در پلی الفین های معمول انحلال پذیری پایینی دارند.

افزودن EEA % 30-5 به مستریچ اغلب امکان افزایش دو برابر ماده افزودنی را به آمیزه ساز خواهد داد در حالی که از مهاجرت نابهنگام جلوگیری می نماید، خط تولید Dupont Elvaloy AC شامل کوپلیمرهای EEA، اتیلن – بوتیل اکریلات (EEA) و اتیلن – متا کریلات (EMA) می باشد که به عنوان سازگارکننده برای گونه های مختلفی از پلیمرهای *** از شرکت Crompton که در سال 2002 از Basell خریداری شد، کوپلیمرهای پلی متیل متاکریلات (PMMA) یا پلی استایرن (PS) پیوند خورده بر روی پلی پروپیلن (PP) میباشند.

PMMA-g-PP می تواند به عنوان سازگارکننده غیر واکنشی برای آلیاژسازی PP غیر قطبی با رزین های مهندسی قطبی نظیر MMA، استایرن – اکریلونیتریل (SAN)، اکریلونیتریل – بوتادین – استایرن (ABS)، اکریلونیتریل - استایرن – اکریلات (ASA)، پی وینیل کلراید (PVC) یا پلی کربنات (PC) به کار رود.

این آلیاژها جهت حصول خواص مشخصی نظیر مشخصات جریان یا جذب رطوبت مورد نیاز استفاده می شوند.

آلیاژهای سازگار شده PP با پلیمرهای مهندسی در کاربردهای خودروسازی در حال رشد هستند.

محرک های این رشد، قیمت پایین تر PP و قابلیت بازیافت PP و آلیاژهای حاوی سازگارکننده می باشند.

PS g PP جهت سازگارسازی آلیاژهای پلی فنیلن اتر (PPS) و PP مورد استفاده قرار می گیرد زیرا PS و PPE از معدود پلیمرهایی هستند که کاملاً امتزاج پذیر می باشند.

PS g PP همچننی می تواند بازده اصلاح ضربه کوپلیمرهای بلوکی استایرنی (SBC) راکه به عنوان اصلاح کننده ضربه PP به وسیله سازگار نمودن PP و SBC به کار می روند، بهبود بخشد.

SBC ها خود به عنوان سازگارکننده استفاده می شوند.

SBC ها می توانند آلیاژ پلی فنیلن اکایرد (PPO) و نایلون را سازگار نموده و باعث چقرمگی آن شوند.

این آلیاژ ترکیبی از خواص بهینه را دارا می باشد: مقاومت حرارتی و ضربه به همراه سفتی و مشخصات سطحی عالی، SBC های مختلف جهت سازگار نمودن آلیاژهای استایرنی و الفین ها استفاده می شوند، پلیمرهای استایرنی شامل رزین ABS, HIPS, PS, K و غیره می باشند.

سازگار کننده های این آلیاژها شامل کوپلیمرهای چند بلوکی استایرن – بوتادین (SB)، استایرن – بوتادین – استایرن (SBC)، استایرن – اتیلن – بوتیلن – استایرن (SBES) و استایرن – ایزوپرن – استایرن (SBS) می باشند، جزء لاستیکی پلی دی ان (بوتادین یا ایزوپرن) سازگار کننده با جزء الفینی آلیاژ پلیمری امتزاج پذیر می باشد.

برخی مواد تنها سه بلوکی هستند (استایرن – دی ان – استایرن) در حالیکه بقیه شامل مقادیر مشخصی از کوپلیمر دو بلوکی می باشند (استایرن – دی ان).

کوپلیمرهای سه بلوکی استحکام را افزایش داده و محدوده دمایی کاربری آلیاژ را وسعت می بخشند.

کوپلیمرهای دارای اجزای دو بلوکی را می توان در کاربردهایی که جریان آسان تر، سختی کمتر و چسبندگی بیشتر مورد نیاز است (مانند لایه های میانی در فیلم های چند لایه)، به کار گرفت.

آلیاژهای استایرن- الفین سازگار شده در محدوده ای از کاربردها استفاده می شوند.

برای مثال HDPE و یک سازگار کننده SBC را می توان با HPES آلیاژ نمود تا مقاومت شیمیایی آن در عین حفظ شکل پذیری حرارتی افزایش یابد.

Kraton G SBC که دارای بلوک رابری هیدروژنه میب اشد، حساسیت برشی بسیار بالا با گرانروی بی نهایت در برش صفر دارد.

این خاصیت برای قالب گیری تزریقی و در انتهای چرخه قالب گیری که برش برابر صفرمی باشد مناسب است.

در این مقطع از فرایند، کوپلیمر فازهای آلیاژ را تثبیت کرده و از جدایی آن ها طی زمان جلوگیری می کند.

SBC ها به طور گسترده ای برای سازگار سازی مواد بازیافتی استفاده می شوند.

Kraton G با مقاومت تخریب خوب در بازیافت PVC که می تواند طی چرخه های حرارتی متعدد به محصولات جانبی تخریب گردد، سودمند بوده و دارای مزیت است.

مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد که کوپلیمرهای SIS خطی سه بلوکی حاوی مقادیر متوسط یا بالای استایرن، مشخصاً در کاربری های مربوط به بازیافت که در معرض چندین فرایند در حالت مذاب هستند، موثر می باشند.

استفاده از این کوپلیمرهای SIS در آلیاژهای HPES و HDPE نسبت به کوپلیمرهای چند بلوکی SB و کوپلیمرهای سه بلوکی SBS دارای مزایایی از نظر سرعت جریان مذاب (MFR) و خواص فیزیکی میباشند.

روندها و فناوری های جدید در حالی که آلیاژهای پلیمری به طور متداول در اکسترودهای دو پیچه که برش بالا و اختلاط مناسبی فراهم می کنند، فرایند می گردند، بیشتر آمیزه سازان تمایل به استفاده از تجهیزات دیگری نظیر اکسترودهای تک پیچه در مراکز فعالیت خود دارند.

محصولات جدید Kraton G و Kraton A طراحی شده اند تا آلیاژسازی در ماشین آلات با برش کمتر به سهولت انجام گیرد.

Kraton G حاوی جزء رابری اصلاح شده ای است که جهت آلیاژ نمودن بهتر با PP طراحی شده است.

Kraton A که در سال 2003 معرفی شد جهت آلیاژسازی بهتر با استایرن ها طراحی شده است.

فناوری های سازگار سازی در آینده ممکن است احتیاج روز افزون به راندمان بهبود یافته را محقق سازند.

سازگار سازی بهتر جهت تحقق دستیابی به قطعات نازک تر و چرخه های فرایند سریع تر که نتیجه تمایل به کاهش هزینه های تولید می باشد، در آینده مورد نیاز خواهد بود.

سازگار کننده های جدیدی نیز در مقیاس آزمایشگاهی تولید شده اند که در آینده نیاز به تولید آن ها در مقیاس صنعتی خواهد بود.

برای مثال آلیاژهای سازگار شده پلیمرهای بلور مایع (LCP) با PE تقریبا در مقابل تمام گازها عبور پذیری بسیار پایینی را به دست می دهند.

برعکس EVOH، این آلیاژ در شرایط مرطوب نیز خواص عبوردهی خوبی دارد.

همچنین برای کاربردهای با عبور پذیری مناسب، آلیاژهای PVA/ PE جایگزینی با قیمت پایین تر برای EVOH می باشند.

تحت شرایط آمیزه سازی مشخص این آلیاژهای سازگار شده می توانند خواص نوری بهتری نسبت به EVOH داشته باشند.

چند آلیاژ پلیمری آلیاژ پلی آمید / پلی الفین هنگامی که پلی امید (نایلون) به طور کامل خشک گردد و یا در محیطی با دمای پایین قرارگیرد.

استحکام ضربه ای آن به صورتی قابل توجه کاهش می یابد.

برای غلبه بر این ضعف، تولیدکنندگان و آمیزه کاران پلی آمید با استفاده از مواد سازگار ساز متفاوت، گونه هایی بسیار گوناگون از آلیاژهای این ماده ی پلیمری را تولید می کنند.

به طور معمول از دو اکسترودر دو مارپیچ برای ساخت این آلیاژها استفاده می شود.

در اکسترودر دو مارپیچ اول، یک مونومر اسیدی روی پلی الفین پیوند شده می شود.

که نقش سازگار ساز را دارد در اکسترودر مارپیچ دوم، پلی الفین اصلاح شده با پلی آمید مخلوط می شود.

اما نقطه قابل انتقاد در این فرآیند، تولید دو مرحله ای آلیاژ با استفاده از دو اکسترودر دو مارپیچ و همچنین تخریب گرمایی ماده به واسطه ی دو بار اکستروژن است.

اگر قرار باشد این آلیاژ با الیاف شیشه و یا دیگر پرکننده های معدنی تقویت شود، آلیاژ می بایست گرمای تخریب گر بیشتری را در اکسترودر دو مارپیچ سومی تحمل کند.

اما با استفاده از اکسترودر آمیز ساز دو مارپیچ "TEX" می توان سه مرحله آمیزه کاری توصیف شده در بالا را در یک مرحله انجام داد.

تصاویر (1) و (2) چگونگی تولید یک – مرحله ای پلی آمید اصلاح شده و همچنین پلی آمید تقویت شده را نشان می دهند.

در این مقاله چگونگی آمیزه کاری چند آلیاژ پلیمری در اکسترودرهای آمیزه ساز دو مارپیچ هم – چرخش مدولار توصیف می شود.

نخست، ماده ی پلی الفین (پلی اتیلن – پلی پروپیلن و امثال آن) و مونومر اسیدی در بخش A اکسترودر دو مارپیچ با هم مخلوط می شوند تا پلی الفین پیوندی تولید گردد.

در بخش B اکسترودر پلی الفین اصلاح شده و پلی آمید با هم مخلوط می شوند تا آمیزه ای که ذرات 1/0 تا یک میکرومتری پلی الفین در ماتریس پلی آمیدی پخش شده اند، شکل گیرد.

در بخش C اکسترودر آمیزه ساز دو مارپیچ در تصویر (1).

مواد فرار نظیر هوا و مونومر اسیدی که واکنش نکرده اند.

تحت خلا از اکسترودر خارج می شوند.

در بخش C اکسترودر دو مارپیچ در تصویر (2) الیاف شیشه به آمیزه ی مذاب پلی آمید / پلی الفین افزوده می شود و در بخش D دستگاه آمیزه ساز.

مواد فرار تحت خلا از اکسترودر خارج می گردند.

آلیاژ پلی آمید / PPO آلیاژ پلی آمید و پلی فنیلن اکساید (PPO) در کاربردهایی نظیر بدنه ی خارجی خودرو بسیار مورد توجه قرار گرفته است و کاربردهای آن در حال افزایش است.

به هنگام تولیدآلیاژ پلی آمید / PPO به طور معمول از ماده ی کمکی "سازگارساز" برای بهبود استحکام ضربه ای آلیاژ حاصله در دماهای پایین، از یک الاستومر استفاده می شود تا ویژگی های ضربه ای بهبود یابد.

این آلیاژ سه جزیی، ساختاری ویژه دارد.

فاز الاستومر به صورتی همگن در فاز "PPO" پخش می گردد.

در حالی که خود "PPO" در ماتریس پلی آمید پخش می شود.

برای دست یابی به این ساختار، به ساز و کار اختلاط بسیار پیچیده ای نیاز است.

چگونگی آرایش آمیزه ساز برای تولید آلیاژ پلی آمید / PPO / لاستیک در تصویر (3) آمده است.

در بخش آمیزه کاری A از آن جا که پودر "PPO" بسیار ریز است.

به دلیل وجود هوا در میان ذرات آن، برخی مشکلات در انتقال این ماده در طول مارپیچ رخ می دهد مارپیچ می بایست آن چنان طراحی گردد تا انتقال روان مواد جامد در طول اکسترودر را در پی داشته باشد.

در بخش آمیزه کاری B مذاب "PPO" و پلی آمید در هم مخلوط می شوند و به خوبی در هم پخش می شوند.

در بخش های ابتدایی این مرحله، مواد پلی آمید در زمینه "PPO" پخش می شود.

همچنان که فرآیند پخش به جلو می رود.

گرانروی (ویسکوزیته) پلی آمید کاهش می یابد.

در این مرحله بسیار مشکل است تا مشخص گردد که کدام یک از اجزای پلی آمیدی یا "PPO" نقش فاز پیوسته و دیگری نقش فاز پخش شده را ایفا می کنند.

در بخش C اکسترودر آمیزه ساز.

جزو سوم آلیاژ، یعنی الاستومر به مواد پلیمری مذاب قبلی افزوده می شود و مخلوط می گردد.

همچنان که فرآیند پخش به جلو می رود، الاستومر در پلیمر "PPO" پخش می گردد و تغییر فازی رخ می دهد.

در مرحله ی نهایی، پلیمر "PPO" در زمینه پلی آمیدی پخش می گردد و ساختار معروف به سالامی شکل می گیرد.

چکیده بتن های پلیمری ترکیباتی هستند که با جایگزینی کامل ماتریس سیمانی بتن های معمولی با یک حامل پلیمری تهیه می گردد.

بتن های پلیمری علیرغم داشتن خواص بسیار مطلوب و مزایای فراوان نسبت به بتن های سیمانی، به علت بالا بودن هزینه تهیه و کاربرد، تا کنون نتوانسته است جایگاه خود را در کشور پیدا کند و نیاز به تلاش های تحقیقاتی و کاربردی بیشتر برای استفاده از مواد داخلی و بومی کردن فناوری ساخت بتن های پلیمری در سالهای اخیر همواره احساس شده است.

در این تحقیق به منظور کاهش نسبی هزینه های تولید، از رزینهای ساخت داخل به عنوان پایه پلیمری استفاده شده است که این رزین ها با استفاده از مواد افزودنی ارزانقیمت برای کاربردهای مورد نظر اصلاح شده است.

پس از انتخاب مواد و تعیین ترکیب بندی مناسب و روش فراورش مطلوب با توجه به تجهیزات معمول، که پس از انجام آزمایش های منظمی بر اساس طرح آزمایش تاگوچی به دست آمده است، بتن پلیمری با خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار بالاتر از بتن های رایج تهیه شده است که اهم خواص اندازه گیری شده آن عبارت است از: مقاومت فشاری Mpa 7/94، مقاومت خمشی Mpa 2/16، مقاومت کشش غیر مستقیم (برزیلین) Mpa 5/7 مدول الاستیسیته دینامیکی Gpa 29، نفوذ آب تحت فشار برابر صفر، چسبندگی به بتن معمولی Mpa 2/12، مقاومت بسیار خوب در انواع محیطهای خورنده مانند: سولفات سدیم، اسید کلریدریک، اسید سولفوریک، اسید نیتریک، سود سوزآور، بنزین و آب دریاچه ارومیه در ضمن، هزینه تمام شده محصول به میزان بیش از 70 درصد کاهش را نسبت به بتن های پلیمری تهیه شده از رزین های وارداتی نشان می دهد در حالی که خواص مکانیکی تنها در مواردی به میزان 35-15 درصد کاهش داشته است.

مقدمه ترکیبات بتنی تهیه شده از سیمان، آب و مصالح سنگی، عمده ترین مواد برای ساخت سازه های مختلف به شمار می روند.

این ترکیبات غالباً خواص فیزیکی و مکانیکی خوبی دارند وبه طور گسترده ای در صنایع مختلف ساختمانی استفاده می گردند.

ولی بتن های سیمانی به دلیل داشتن برخی خواص ضعیف در کاربردهای خاصی مانند سدها و سازه های دریایی، محیطهای خورنده صنعتی و همچنین در جاهای غیر همسطح و کاربردهای دیگری که نیاز به سرعت عمل بیشتر دارند، با مشکلات عدیده ای همراه هستند.

عمده ترین موارد ضعف بتن در این کاربردها، مقاومت سایشی کم، نفوذ پذیری بالا، زمان گرایش زیاد، مقاومت کم در برابر مواد شیمیایی و پدیده هایی مانند کاویتاسیون و خوردگی ناشی از نفوذ کار و همچنین مقاومت کم در برابر یخبندان است.

بتن به خاطر ساختمان حفره دار خود که ناشی از خروج آب ایجاد شده در واکنش ئیدراتاسون است در مقابل آب و یون های کلر و گاز (مانند CO2) نفوذپذیر است و هر کدام از این عوامل به نوعی باعث خوردگی میلگردها و ایجاد تنش و در نتیجه ترک برداشتن و از هم پاشیدگ بتن می شود.

یکی از راه هایی که برای رفع مشکلات ناشی از ضعف بتن در کاربردهای خاص مطرح شده است، استفاده از کامپوزیت های پلیمر – بتن است.

کامپوزیت های پلیمر – بتن ترکیباتی هستند که با جایگزین، کامل سیمان در بتن با مواد پلیمری با استفاده از ترکیب سیمان و پلیمر به دست می آیند.

اگر حامل (Binder) سیمانی بتن بطور کامل با یک پلیمر جایگزین گردد، ترکیب حال را بتن پلیمری (Polymer Cncrete) می نامند.

بتن های پلیمری بر پایه پلیمرهای آلی ترموست هستند که پس از اختلاط با مصالح سنگی در دمای اتاق پلیمریزه می شوند.

پلیمرهایی که عموما استفاده می شوند عبارت است از: اپوکسیها، فورانها، اکریلیکها، پلی استرهای غیر اشباع و وینیل استرها، از این گروه، بسته به کارایی مورد نظر و قیمت پلیمرها، سیستم پلیمری برای کاربرد مورد نظر انتخاب می گردد.

مصالح سنگی مورد استفاده نیز عمدتاً از مصالح سنگی قابل قبول برای بتن سیمانی، انتخاب می شود.

اکثر مصالح سنگی که مطابق استاندارد ASTM C 33 دارای مشخصه های مطلوب است، کارایی خوبی نیز در بتن های پلیمری دارند در ضمن، بتن های پلیمری را می توان با تقویت کننده هایی شامل میله ها و الیاف تقویت نمود که در این مورد نیز سازگاری بسیار خوبی با انواع مواد مانند میلگردهای آهنی و الیاف فلزی، شیشه ای و پلیمری دارند.

در مقایسه با بتن های سیمانی، بتن های پلیمری خیلی قویتر و بادوام تر هستند و استحکام خمشی، فشاری و کششی بسیار بالاتری دارند.

همین امر باعث می شود که در سازه های حاصل از بتن های پلیمری مواد کمتری مصرف گردد و در نتیجه این سازه ها در مقایسه با سازه های بتنی مشابه سبکتر هستند.

علاوه بر آن این مواد دارای مزایای مهم دیگری مانند زمان گیرایش کم در دمای محیط و حتی در دماهای پایین، مقاومت سایشی بسیار بالا، نفوذ پذیری بسیار کم در برابر آب و نمک های محلول و گازها، مقاومت بسیار بالا در چرخه های انجماد و نیز سهولت فراورش و اجرا هستند.

بتن های پلیمری کاربردهای گسترده ای در سازه های مختلف پیدا کرده اند که مهمترین کاربردها شامل موارد زیر است: - سازه های ئیدرولیکی مانند سدها، تونل ها، کانالها و سازه های دریایی - تعمیرات جاده ها، کف پلها و پوشش پلها - سازه های زیرزمینی - قطعات پیش ساخته ساختمانی مانند دریچه های فاضلاب و دریچه های بازدید در مخازن و سیلوها - تونل های خطوط کابل مخابرات، برق، گاز و فاضلاب - پایه و بدنه ماشین ابزار - سدها و مخازن آب های اسیدی، مخازن نگهداری اسید و محفظه های دفن زباله های اتمی و رادیواکتیو در سال های اخیر کارهای تحقیقاتی چندی در مورد بتن های پلیمری، در کشور اجرا شده است که عمدتاً در حد تحقیقاتی و آزمایشگاهی بوده اند و در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته اند.

در گروه پلیمر دانشگاه تربیت مدرس نیز از اوایل سال 75 کارهای تحقیقاتی منظمی در مورد بتن های پلیمری در قالب طرح پژوهشی صورت گرفته است که علیرغم نتایج آزمایشگاهی و نیمه صنعتی بسیار خوب، به علت استفاده از رزین های خارجی و بالا بودن هزینه تمام شده، در بخش صنعت با استقبال خوبی روبرو نشده است و تا کنون در مقیاس صنعتی، تنها در ساخت پایه ماشین ابزار خاص با ارتعاشات زیاد، استفاده شده است.

به همین دلیل از اوایل سال 78 تحقیقات جدیدی به منظور کاهش نسبی هزینه های تولید و استفاده از منابع داخلی و همچنین بومی کردن فناوری ساخت بتن های پلیمری طرح ریزی و اجرا شد که مراحل تحقیقات و نتایج حاصله به طور مختصر در این مقاله گزارش می شود.

در این تحقیق، پس از انتخابمواد شامل رزین های پلیمری ساخت داخل و مصالح بستگی و مواد افزودنی مناسب، ترکیب بندی بهینه ای که در کارهای تحقیقاتی قبلی براساس طرح آزمایش تاگوچی تعیین شده بود، متناسب با مواد جدید اصلاح شد و روش فراورش مناسب با توجه به تجهیزات معمول نیز با انجام آزمایش های کیفی و تجربی تعیین گردید.

پس از آن نمونه های مختلف تهیه شده و مورد آزمایش قرار گرفت که آزمایش های انجام گرفته و نتایج در ادامه ذکر می شود.

تجربی مواد: از رزین پایه پلی استر غیر اشباع از نوع اورتو فنالیک به عنوان حامل (Binder) استفاده شده است.

رزین استفاده شده بر پایه یکی از محصولات ساخت داخل کشور بوده است که با تغییرات اندکی برای استفاده در بتن پلیمری اصلاح شده است از محلول متیل اتیل کتون پراکسید (MEKP) به عنوان آغازگر و محلول کبالت به عنوان شتاب دهنده همراه با رزین استفاده شده است که این مواد نیز ساخت داخل هستند.

مصالح سنگی و فیلرهای مورد استفاده از نوع مصالح مرغوب شسته شده با سایش کم و درصد شکستگی بالا انتخاب شده اند که با توجه به کارهای تحقیقاتی قبلی در محدوده استانداردهای ASTM و استاندارد سازمان برنامه و بودجه به شرح ذیل است: درصد رد شده از الک مش 200 مربوط به پرکننده (Filler) مورد استفاده است که از کربنات کلسیم محصول شرکت با ریت فلات ایران برای این منظور استفاده گردیده است.

آزمایش ها: با توجه به این که آزمایش های استاندارد ملی و حتی جهانی کمی برای بتن های پلیمری وجود دارد و در کشورهای مختلف از آزمایش های متفاوتی برای این منظور استفاده می شود، محققان غالباً از آزمایش های مربوط به بتن های معمولی برای آزمایش بتن های پلیمری استفاده میکنند، به همین دلیل و همچنین برای فراهم نمودن امکان مقایسه بتن پلیمری با بتن معمولی، در این تحقیق نیز از آزمایش های استاندارد مربوط به بتن معمولی برای آزمایش بتن پلیمری استفاده شده است که آزمایش های انجام شده و شماره استاندارد مربوط در زیر قید می گردد.

هر یک از آزمایش های مذکور با تکرار پذیری 2 انجام شده است یعنی متوسط جواب دو نمونه مشابه تعیین شده است که نتایج حاصله در ادامه ذکر می گردد.

در آزمایش تعیین مقاومت نمونه ها در برابر خوردگی ناشی از محلول سولفات سدیم اشباع، از نمونه های استوانه ای 11 اینچ استفاده شده است که نمونه ها به مدت 16 ساعت در محلول اشباع و پس از آن 4 ساعت در دمای C ْ 110 قرار می گیرند، این چرخه 5 بار تکرار شده است و تغییر وزن نمونه و وضعیت ظاهری نمونه بررسی شده است.

کاهش وزنی نمونه ها پس از آزمایش صفر است و فقط تغییر رنگ جزیی در سطح نمونه ها مشاهده می شود.

دقت در نتایج به دست آمده در جداول الف و ب به خوبی بیانگر خواص برتر بتن های پلیمری در مقایسه با بتن معمولی است.

نتایج جدول الف نشان می دهد که بتن پلیمری نه تنها چگالی کمتری نسبت به بتن معمولی دارد بلکه خواص مکانیکی آن نظیر مقاومت فشاری، خمشی، کششی و سایشی حدود 3 تا 5 برابر بتن های معمولی است.

نفوذ ناپذیری بتن پلیمری در مقایسه با بتن معمولی و مقاومت خوب آن در برابر اکثر محیط های خورنده (نظیر جدول ب و قسمت ج) ارزنده تر بودن این محصول و کارایی بالایی آن در انواع محیط های سخت و غیر متعارف را نشان می دهد.

هر متر مکعب از بتن های پلیمری ساخته شده از رزین های وارداتی بیش از 9 میلیون ریال هزینه را بالغ می شود.

در حالی که ارزش بتن های پلیمری ساخته شده در این تحقیق بر پایه رزین داخلی کمتر از 5/2 میلیون ریال در هر متر مکعب است.

یعنی هزینه تمام شده به میزان 72 درصد کاهش می یابد و این در حالی است که خواص فیزیکی و مکانیکی و مقاومت در برابر محیط های خورنده آن با عنایت به نتایج تحقیقاتی قبلی در اکثر موارد تغییر چندانی نکرده است و در مواردی تنها به میزان حدود 35-15 درصد کاهش نشان می دهد.

نتیجه گیری و نهایی: بتن پلیمری تهیه شده دارای خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار بالاتر از بتن های رایج است و مقاومت آن در برابر محیط های خورنده نیز بسیار خوب است در ضمن با توجه به استفاده از رزین های ساخت داخل در این محصول، هزینه تمام شده آن به میزان بیش از 70 درصد کاهش را نسبت به بتن های پلیمری تهیه شده از رزین های وارداتی نشان می دهد.

در حالی که خواص مکانیکی تنها در مواردی به میزان 35-15 درصد کاهش داشته است.