پلیمرها و کامپوزیت های پلیمری (1)

ترموست ها و ترموپلاست ها

تقریبا 85% از پلیمرهای تولیدی در سراسر دنیا ترموپلاست هستند. آنها را می توان به دو گروه گسترده ی آمورف و کریستالی تقسیم بندی کرد. (این تقسیم بندی با توجه به ویژگی دمای تبدیل آنها انجام می شود.)
ترموپلاست های آمورف بوسیله ی دمای تبدیل به حالت شیشه ای شان (Tg) شناخته می شوند. در دماهای بالای Tg مدول به سرعت کاهش پیدا می کند و پلیمر خاصیت شبه مایع پیدا می کند. ترموپلاست های آمورف عموماً در دمای بالای Tg و به آسانی تغییر شکل پیدا می کنند. (شکل دهی می شوند.) Tg ممکن است دمایی پایین باشد مثلا Tg پلی وینیل کلراید(PVC)، 65 درجه سانتی گراد است و یا امکان دارد این دما بسیار بالا باشد مثلاً Tg پلی آمید ایمید (PAI) 295 درجه سانتی گراد است. ترموپلاست های کریستالی یا به طور صحیح تر، ترموپلاست های نیمه کریستالی می توانند درجات متنوعی از کریستالینیتی (از 20 تا 90%) داشته باشند. عموماً این پلیمرها را در دمای بالاتر از دمای ذوب فاز کریستالی و همچنین بالاتر از Tg فاز آمورف پلیمر کریستالی است. دمای ذوب پلیمرها می تواند بالا مثلاً 365 درجه سانتی گراد برای پلی اترکتون (PEK) و یا پایین مثلاً 110درجه سانتی گراد برای پلی اتیلن با دانسیته ی پایین (LDPE)و حتی پایین تر از این مقدار مثلاً دمای ذوب کوپلیمر اتیلن وینیل استات (EVA)باشد. بمحض سرد شدن، کریستالیزاسیون باید اتفاق افتد. (به طور بهتر، این کار باید در چند ثانیه اتفاق افتد). کریستالیزاسیون اندوده اغلب پس از سرد شدن و در طی چند ساعت پس از فرآیند ذوب شدن اتفاق می افتد.
بیش از 70درصد از کل تولید ترموپلاست ها مربوط به زرین های ارزان قیمت و پرحجم زیر است:
1) پلی اتیلن(PE) با دانسیته های مختلف
2) پلی پروپیلین ایزوتاکتیک (Isotactic Polypropylene)
3) پلی استیرن (PS)
4) پلی وینیل کلراید (PVC)
پس از این 4 نوع پلیمر، پلیمرهای زیر در درجه ی دوم هستند:
1) اکریلیک
2) اکریلونیتریل-بوتادین-استیرن(ABS)
3) پلی استیرن ضربه گیر (HIPS)
پلاستیک های مهندسی مانند استال ها (acetals)، پلی آمیدها، پلی کربنات، پلی استرها، پلی فنیلن اکسید و مخلوط های آنها به طور روزافزون در کاربردهای با کارایی بالا (high-perfromanceapplications) استفاده می شوند. پلیمرهای خاص مانند پلیمرهای کریستال مایع، پلی سولفون ها، پلی ایمیدها، پلی فنیلن سولفید، پلی اترکتون و فلئوروپلیمرها به خاطر دمای Tg یا دمای ذوب بالایشان (290-350درجه سانتی گراد) در تکنولوژی های پیشرفته کاربرد دارند.
رزین های ترموست معمولی عبارتند از:
پلی استرهای اشباع نشده، رزین های فتولیک، رزین های آمپنو، رزین های اوره/فرمالدهید، پلی یوریتان ها، رزین های اپوکسی و سیلیکون هاست.
ترموست های خاص که در کاربردهای ویژه مصرف می شوند عبارتند از:
پلی بیسمال ایمیدها (Polybismaleimides) و پلی ایمیدها و پلی بنزی ایمید ازول (Polybenzimidazoles) رزین های ترموست معمولاً مایع های و با ویسکوزیته ی پایین یا جامدات با وزن ملکولی کم هستند که بوسیله ی افزودنی های مناسب (عوامل اتصال دهنده ی عرضی) عمل آوری می شوند. همچنین این رزین ها بوسیله ی پر کننده ها والیاف تقویت می گردند تا خواص گرمایی و پایداری ابعادی آنها بالا برده شود. این مسئله به طور مکرر اظهار شده است که از نقطه نظر تردی مفرط این مواد،بسیاری از ترموست ها با الیاف و پرکننده ها ترکیب می شوند.

فرآیند شکل دهی ترموپلاست ها و ترموست ها

عموماً عملیاتی که در آن پلیمرهای جامد یا مایع به محصولات کامل تبدیل می شوند، فرآیند شکل دهی پلیمر (Polymer processing) گفته می شود. فرآیندهای شکل دهی پلیمر شامل چندین مرحله می باشد.

الف) عملیات های پیش شکل دهی (Preshaping)

فرآیند پیش شکل دهی شامل همه یا تعدادی از فرآیندهای زیر می باشد:
1) تهیه ی اجزای جامد پلیمر
2) ذوب یا گرم کردن تا حد نرم شدن
3) متراکم کردن و پمپ کردن مذاب پلیمر
4) مخلوط کردن پلیمر به صورت هموژن و یا پراکنده ساخن افزودنی ها
5) تبخیر و زدایش مونومرهای اضافی، حلال، آلودگی ها و رطوبت
هدف کلی از فرآیندهای بالا، ایجاد یک پلیمر ترموپلاست و یا یک ترموست اولیه در حالت سیالی قابل شکل دهی است. در واقع ما می خواهیم به حالتی برسیم که بتوانیم به وسیله ی قالب این سیال را شکل دهی کنیم. پس از این فرآیند ترموپلاست ها بوسیله ی سرد کردن و ترموست ها بوسیله ی واکنش شیمیایی،جامد می شوند.

ب) عملیات شکل دهی

در این فرآیند ساختار اصلی قطعه بوجود می آید. (در واقع ساختار یعنی جهت گیری ملکولی، مرفولوژی). این فرآیند باعث می گردد تا خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر بهبود یابد. روش های شکل دهی عمده عبارتند از شکل دهی با قالب، مولدینگ (molding)، کستینگ (casting)، غلطک زنی (calendering) و پوشش دهی.

ج) این عملیات پس از شکل دهی

این عملیات های تکمیلی عبارتند از تزیین کردن، افزودن یراق آلات، چسب کاری، درزگیری، رنگ رزی، ایجاد نقش و نگار و متالایزینگ.
پس از پیشرفت ناگهانی در تولید ترموپلاست ها که پس از جنگ جهانی دوم رخ داد، پیشرفت های جدید و گذشته منجر به پدید آمدن ماشین های شکل دهی و تکنیک های گوناگونی در این زمینه شد. برخی از فرآیندهای شکل دهی پلیمرها برای ترموپلاست ها مناسبند در حالی که برخی دیگر تنها برای ترموست ها و ترموپلاست هایی با قابلیت ایجاد پیوند عرضی در آنها قابل استفاده می باشد.

همچنین برخی ازاین روش ها را می توان با اصلاح نمودن برای هر دو گروه ترموپلاست و ترموست استفاده نمود. در جدول 1 خلاصه ای از روش های شکل دهی عمده آورده شده است. اکسترود کردن متداولترین روش شکل دهی ترموپلاست هاست. تقریباً 50 درصد از اجناس ترموپلاست بوسیله ی فرآیند اکسترود کردن به محصولاتی از جمله: پروفیل، لوله، فیلم ها، صفحات، کابل و سیم تبدیل می شوند. قالبگیری تزریقی پس از اکسترود کردن روش متداول تر می باشد. تقریباً 15% از اجناس ترموپلاست بوسیله ی این روش تولید می شوند. سایر روش های شکل دهی متداول عبارتند از: قالب گیری بادی (blow molding)، قالب گیری چرخشی (rotomolding)، شکل دهی حرارتی (Thermoforming) و غلطک زنی (calendering).
نوع فرآیند مورد استفاده جهت تولید محصولات پلاستیکی بوسیله ی عواملی همچون حجم تولید، قیمت ماشین آلات و قالب و امکانات و محدودیت های یک فرآیند خاص تعیین می گردد. برای مثال باید گفت: اشکال دقیق و پیچیده را می توان بوسیله ی قالب گیری تزریقی، اشکال توخالی را بوسیله ی قالب گیری بادی یا قالب گیری چرخشی و اشکال یا مقطع معین را با روش اکستروژن بدست آورد. روش های شکل دهی برای ترموست ها، به طور خاص ترموست های تقویت شده که با پلیمرهای مایع سروکار دارند، در اغلب موارد با روش شکل دهی ترموپلاست ها کاملاً متفاوت است. مصرف روز افزون پلیمرها نه تنها موجب افزایش تنوع ماشین آلات شکل دهی شده است بلکه استفاده از گستره ی وسیعی از اصلاح کننده های جامد و مایع مانند پرکننده ها و تقویت کننده ها را دربر داشته است. پیشرفت های مهم در زمینه ی وفق گرفتن این افزودنی ها بوسیله ی بهبود فرآیند مخلوط کردن پلیمر/ادوات مخلوط کننده ایجاد شده است. مخلوط کننده های رزین ترموپلاست پلیمر را به همراه اصلاح کننده ها ترکیب می کنند که حجم مواد اولیه ی مصرفی در این مخلوط کن ها بالاست. این پلیمرها پس از مخلوط شدن اکسترود می شوند. (فرآیند اکسترود آنها به صورت مداوم است). مواد اکسترود شده سپس به واحد پلاتایزر (Pelletizer) برده شده و در آنجا خوراک بخش های شکل دهی ثانویه می شود.
تهیه کنندگان رزین های ترموست، رزین های حساس به دما را با پرکننده، افزودنی و یا رنگ دانه مخلوط می کنند (این عمل مخلوط کردن در مخلوط کن های مختلف صورت می پذیرد) سپس مواد با قابلیت قالب گیری به شکل پودر، گرانول، یا خمیر در آمده و به ادوات قالب گیری تغذیه می شوند.
منبع انگلیسی مقاله : functional filler for plastics /marino xanthos.