پلیمرها و کامپوزیت های پلیمری (1)

ترموست ها و ترموپلاست ها
 

تقريبا 85% از پليمرهاي توليدي در سراسر دنيا ترموپلاست هستند. آنها را مي توان به دو گروه گسترده ي آمورف و کريستالي تقسيم بندي کرد. (اين تقسيم بندي با توجه به ويژگي دماي تبديل آنها انجام مي شود.)
ترموپلاست هاي آمورف بوسيله ي دماي تبديل به حالت شيشه اي شان (Tg) شناخته مي شوند. در دماهاي بالاي Tg مدول به سرعت کاهش پيدا مي کند و پليمر خاصيت شبه مايع پيدا مي کند. ترموپلاست هاي آمورف عموماً در دماي بالاي Tg و به آساني تغيير شکل پيدا مي کنند. (شکل دهي مي شوند.) Tg ممکن است دمايي پايين باشد مثلا Tg پلي وينيل کلرايد(PVC)، 65 درجه سانتي گراد است و يا امکان دارد اين دما بسيار بالا باشد مثلاً Tg پلي آميد ايميد (PAI) 295 درجه سانتي گراد است. ترموپلاست هاي کريستالي يا به طور صحيح تر، ترموپلاست هاي نيمه کريستالي مي توانند درجات متنوعي از کريستالينيتي (از 20 تا 90%) داشته باشند. عموماً اين پليمرها را در دماي بالاتر از دماي ذوب فاز کريستالي و همچنين بالاتر از Tg فاز آمورف پليمر کريستالي است. دماي ذوب پليمرها مي تواند بالا مثلاً 365 درجه سانتي گراد براي پلي اترکتون (PEK) و يا پايين مثلاً 110درجه سانتي گراد براي پلي اتيلن با دانسيته ي پايين (LDPE)و حتي پايين تر از اين مقدار مثلاً دماي ذوب کوپليمر اتيلن وينيل استات (EVA)باشد. بمحض سرد شدن، کريستاليزاسيون بايد اتفاق افتد. (به طور بهتر، اين کار بايد در چند ثانيه اتفاق افتد). کريستاليزاسيون اندوده اغلب پس از سرد شدن و در طي چند ساعت پس از فرآيند ذوب شدن اتفاق مي افتد.
بيش از 70درصد از کل توليد ترموپلاست ها مربوط به زرين هاي ارزان قيمت و پرحجم زير است:
1) پلي اتيلن(PE) با دانسيته هاي مختلف
2) پلي پروپيلين ايزوتاکتيک (Isotactic Polypropylene)
3) پلي استيرن (PS)
4) پلي وينيل کلرايد (PVC)
پس از اين 4 نوع پليمر، پليمرهاي زير در درجه ي دوم هستند:
1) اکريليک
2) اکريلونيتريل-بوتادين-استيرن(ABS)
3) پلي استيرن ضربه گير (HIPS)
پلاستيک هاي مهندسي مانند استال ها (acetals)، پلي آميدها، پلي کربنات، پلي استرها، پلي فنيلن اکسيد و مخلوط هاي آنها به طور روزافزون در کاربردهاي با کارايي بالا (high-perfromanceapplications) استفاده مي شوند. پليمرهاي خاص مانند پليمرهاي کريستال مايع، پلي سولفون ها، پلي ايميدها، پلي فنيلن سولفيد، پلي اترکتون و فلئوروپليمرها به خاطر دماي Tg يا دماي ذوب بالايشان (290-350درجه سانتي گراد) در تکنولوژي هاي پيشرفته کاربرد دارند.
رزين هاي ترموست معمولي عبارتند از:
پلي استرهاي اشباع نشده، رزين هاي فتوليک، رزين هاي آمپنو، رزين هاي اوره/فرمالدهيد، پلي يوريتان ها، رزين هاي اپوکسي و سيليکون هاست.
ترموست هاي خاص که در کاربردهاي ويژه مصرف مي شوند عبارتند از:
پلي بيسمال ايميدها (Polybismaleimides) و پلي ايميدها و پلي بنزي ايميد ازول (Polybenzimidazoles) رزين هاي ترموست معمولاً مايع هاي و با ويسکوزيته ي پايين يا جامدات با وزن ملکولي کم هستند که بوسيله ي افزودني هاي مناسب (عوامل اتصال دهنده ي عرضي) عمل آوري مي شوند. همچنين اين رزين ها بوسيله ي پر کننده ها والياف تقويت مي گردند تا خواص گرمايي و پايداري ابعادي آنها بالا برده شود. اين مسئله به طور مکرر اظهار شده است که از نقطه نظر تردي مفرط اين مواد،بسياري از ترموست ها با الياف و پرکننده ها ترکيب مي شوند.

فرآيند شکل دهي ترموپلاست ها و ترموست ها
 

عموماً عملياتي که در آن پليمرهاي جامد يا مايع به محصولات کامل تبديل مي شوند، فرآيند شکل دهي پليمر (Polymer processing) گفته مي شود. فرآيندهاي شکل دهي پليمر شامل چندين مرحله مي باشد.

الف) عمليات هاي پيش شکل دهي (Preshaping)
 

فرآيند پيش شکل دهي شامل همه يا تعدادي از فرآيندهاي زير مي باشد:
1) تهيه ي اجزاي جامد پليمر
2) ذوب يا گرم کردن تا حد نرم شدن
3) متراکم کردن و پمپ کردن مذاب پليمر
4) مخلوط کردن پليمر به صورت هموژن و يا پراکنده ساخن افزودني ها
5) تبخير و زدايش مونومرهاي اضافي، حلال، آلودگي ها و رطوبت
هدف کلي از فرآيندهاي بالا، ايجاد يک پليمر ترموپلاست و يا يک ترموست اوليه در حالت سيالي قابل شکل دهي است. در واقع ما مي خواهيم به حالتي برسيم که بتوانيم به وسيله ي قالب اين سيال را شکل دهي کنيم. پس از اين فرآيند ترموپلاست ها بوسيله ي سرد کردن و ترموست ها بوسيله ي واکنش شيميايي،جامد مي شوند.

ب) عمليات شکل دهي
 

در اين فرآيند ساختار اصلي قطعه بوجود مي آيد. (در واقع ساختار يعني جهت گيري ملکولي، مرفولوژي). اين فرآيند باعث مي گردد تا خواص فيزيکي و مکانيکي پليمر بهبود يابد. روش هاي شکل دهي عمده عبارتند از شکل دهي با قالب، مولدينگ (molding)، کستينگ (casting)، غلطک زني (calendering) و پوشش دهي.

ج) اين عمليات پس از شکل دهي
 

اين عمليات هاي تکميلي عبارتند از تزيين کردن، افزودن يراق آلات، چسب کاري، درزگيري، رنگ رزي، ايجاد نقش و نگار و متالايزينگ.
پس از پيشرفت ناگهاني در توليد ترموپلاست ها که پس از جنگ جهاني دوم رخ داد، پيشرفت هاي جديد و گذشته منجر به پديد آمدن ماشين هاي شکل دهي و تکنيک هاي گوناگوني در اين زمينه شد. برخي از فرآيندهاي شکل دهي پليمرها براي ترموپلاست ها مناسبند در حالي که برخي ديگر تنها براي ترموست ها و ترموپلاست هايي با قابليت ايجاد پيوند عرضي در آنها قابل استفاده مي باشد.

همچنين برخي ازاين روش ها را مي توان با اصلاح نمودن براي هر دو گروه ترموپلاست و ترموست استفاده نمود. در جدول 1 خلاصه اي از روش هاي شکل دهي عمده آورده شده است. اکسترود کردن متداولترين روش شکل دهي ترموپلاست هاست. تقريباً 50 درصد از اجناس ترموپلاست بوسيله ي فرآيند اکسترود کردن به محصولاتي از جمله: پروفيل، لوله، فيلم ها، صفحات، کابل و سيم تبديل مي شوند. قالبگيري تزريقي پس از اکسترود کردن روش متداول تر مي باشد. تقريباً 15% از اجناس ترموپلاست بوسيله ي اين روش توليد مي شوند. ساير روش هاي شکل دهي متداول عبارتند از: قالب گيري بادي (blow molding)، قالب گيري چرخشي (rotomolding)، شکل دهي حرارتي (Thermoforming) و غلطک زني (calendering).
نوع فرآيند مورد استفاده جهت توليد محصولات پلاستيکي بوسيله ي عواملي همچون حجم توليد، قيمت ماشين آلات و قالب و امکانات و محدوديت هاي يک فرآيند خاص تعيين مي گردد. براي مثال بايد گفت: اشکال دقيق و پيچيده را مي توان بوسيله ي قالب گيري تزريقي، اشکال توخالي را بوسيله ي قالب گيري بادي يا قالب گيري چرخشي و اشکال يا مقطع معين را با روش اکستروژن بدست آورد. روش هاي شکل دهي براي ترموست ها، به طور خاص ترموست هاي تقويت شده که با پليمرهاي مايع سروکار دارند، در اغلب موارد با روش شکل دهي ترموپلاست ها کاملاً متفاوت است. مصرف روز افزون پليمرها نه تنها موجب افزايش تنوع ماشين آلات شکل دهي شده است بلکه استفاده از گستره ي وسيعي از اصلاح کننده هاي جامد و مايع مانند پرکننده ها و تقويت کننده ها را دربر داشته است. پيشرفت هاي مهم در زمينه ي وفق گرفتن اين افزودني ها بوسيله ي بهبود فرآيند مخلوط کردن پليمر/ادوات مخلوط کننده ايجاد شده است. مخلوط کننده هاي رزين ترموپلاست پليمر را به همراه اصلاح کننده ها ترکيب مي کنند که حجم مواد اوليه ي مصرفي در اين مخلوط کن ها بالاست. اين پليمرها پس از مخلوط شدن اکسترود مي شوند. (فرآيند اکسترود آنها به صورت مداوم است). مواد اکسترود شده سپس به واحد پلاتايزر (Pelletizer) برده شده و در آنجا خوراک بخش هاي شکل دهي ثانويه مي شود.
تهيه کنندگان رزين هاي ترموست، رزين هاي حساس به دما را با پرکننده، افزودني و يا رنگ دانه مخلوط مي کنند (اين عمل مخلوط کردن در مخلوط کن هاي مختلف صورت مي پذيرد) سپس مواد با قابليت قالب گيري به شکل پودر، گرانول، يا خمير در آمده و به ادوات قالب گيري تغذيه مي شوند.
منبع انگلیسی مقاله : functional filler for plastics /marino xanthos.
/ن