سازگاركننده ها براي آلياژهاي پليمري

كاربرد آلياژهاي پليمري به دليل ارائه موازنه اي مطلوب از خواص فيزيكي و شيميايي همچنان به رشد سريع خود ادامه مي دهد. سازگاركننده ها مكانيسمي جهت اختلاط اين پليمرهاي غير قابل امتزاج فراهم مي آوردند. در اين مقاله به روند اخير استفاده از سازگاركننده ها براي آلياژهاي پليمري نگاهي مي اندازيم.
استفاده از آلياژهاي پليمري و به تبع آن سازگاركننده ها طبق پيش بيني كارشناسان، همچنان به رشد خود ادامه خواهد داد. بازار سازگاركننده ها، بدون در نظر گرفتن آن ميزان كه در بازيافت

استفاده مي شود، در حدود ۶/۱۳ ميليون كيلوگرم (۳۰ ميليون پوند) در سال ۲۰۰۰ تخمين زده شده است و انتظار مي رود تا با سرعت رشد سالانه % ۴/۵ در سال ۲۰۰۵ به ۶/۱۸ ميليون كيلوگرم (۴۰ ميليون پوند) برسد. كمپاني ارتباطات تجاري (BCC) كه يك كمپاني آمريكايي است اين مطلب را در گزارش سال ۲۰۰۱ خود تحت عنوان “بهينه سازي پليمر پس از پليمريزاسيون” بيان كرده است. دو عامل خواص و قيمت، رشد آلياژها را تضمين ميكنند. آلياژهاي پليمري جهت حصول موازنه مطلوب ميان خواص فيزيكي و شيميايي به طور وسيعي استفاده مي شوند. گرايش به پليمرهاي با نقاط ذوب بالاتر و پايداري حرارتي بهتر منجر به كاربرد بيشتر آلياژهاي پليمري شده است كه براي بهبود اين پليمرها كه نوعا شكننده تر هستند، به كار گرفته مي شوند.
تمايل ديگر، آلياژ سازي سه ماده يا بيشتر با يكديگر مي باشد كه عمدتاً در اجزاي قالب گيري شده محصول مورد استفاده مصرف كننده به كار مي روند، كه از آن جمله مي توان به لاستيك هاي با زير دست نرم بر روي مسواك ها يا تيغ ها اشاره نمود. اجزاي قالب گيري شده يك محصول از مخلوط پيچيده اي از پليمرها تشكيل مي شوند كه خواص فيزيكي مطلوب به همراه چسبندگي به زمينه را دارا مي باشند. سازگاركننده ها در به دست آوردن اين آلياژها نقش كليدي دارند.
صنعت پلاستيك به طور مداوم به دنبال كاهش در هزينه ها مي باشد. در برخي موارد كه يك پليمر گران جهت كاربرد مشخصي مورد نظر مي باشد، آلياژ سازي با يك پليمر ارزان تر با يك پركننده، با استفاده از سازگاركننده يا عامل اتصال (Coupling Agent) مربوط، هزينه ها را كاهش خواهد داد. راه حل ديگر اصلاح يك پليمر ارزان مانند pp با استفاده از مواد افزودني يا آلياژسازي مي باشد به طوري كه بتواند با مواد بهتر از لحاظ خواص رقابت كند.
چگونگي عملكرد سازگاركننده ها

سازگاركننده ها جهت تهيه آلياژ از پليمرهاي غير قابل امتزاج و خلق يك مخلوط همگون به كار مي روند. مواد ناسازگار، مانند آب و روغن، هنگام اختلاط دو فازي مي شوند. يك سازگاركننده مانند يك عامل سطح فعال عمل كرده و كشش بين سطحي دو پليمر ناسازگار را كاهش داده و امكان تهيه آلياژ از آن ها را فراهم مي آورد.
هر چند كه آلياژ كماكان دو فازي است اما سازگاركننده، اختلاط و پايداري دو فاز را تا حدي كه آلياژ به مثابه حالت امتزاج پذير عمل كند، ممكن مي سازد. سازگار كننده نوعاً شامل دو بخش است به طوري كه هر بخش مي تواند با يكي از اجزاي آلياژ بر همكنش داشته باشد، سازگاركننده هاي غير واكنشي پيوندي تشكيل نمي دهند اما عموماً با يكي از اجزا آلياژ امتزاج پذير مي باشند.

سازگاركننده ها نقش مهمي در خلق انواع مختلف آلياژ داشته و به آميزه سازان نيز تا حدودي آزادي عملكرد در جهت برآورد نيازهاي مشخص مي دهند. آلياژهاي پليمري عموماً خواص ضربه يا خمشي، مقاومت شيميايي، شكل پذيري حرارتي و قابليت چاپ را تغيير مي دهند، در برخي موارد بعضي از خواص آلياژ سازگار شده از هر يك از اجزا به تنهايي پيشي مي گيرد.

سازگاركننده هاي *** از شركت Crompton را مي توان جهت تهيه تركيبات پلي پروپلين با كاركرد بهينه، همچنين آلياژهاي پلي پروپلين يا بسياري از گرما نرم هاي مهندسي مختلف به كار گرفت. جريان پذيري بهتر، دانسيته پايين تر، قالب پذيري و مقاومت شيميايي بهتر، مقاومت به پير شدن بهتر، مقاومت به خراش بهتر، شفافيت بالا و ماندگاري رنگ بهتر به علاوه كاهش وزن براي كاربردهاي ويژه از مزاياي استفاده از اين مواد مي باشد.

سازگاركننده هاي مورد استفاده در بازيافت
كاربرد مهم ديگر سازگاركننده ها در بازيافت مواد پليمري مي باشد، استفاده از مواد بازيافتي در فرايند گرما نرم ها معمول است. اگر مواد ضايعاتي شامل پليمرهاي ناسازگار، مانند آنچه در ساختارهاي چند لايه مشاهده مي شود، باشد، جزء ناسازگار به سطح خارجي ماده اكسترود شده مهاجرت خواهد نمود. سازگاركننده ها مي توانند از وقوع اين پديده جلوگيري يا ميزان آن را كاهش دهند. همچنين سازگاركننده ها امكان بازيافت تكه هاي فيلم هاي چند لايه اي را كه حاوي پليمرهاي با انديس جريان كاملاً متفاوت مي باشند، فراهم مي آورند.
آميزه سازي با سازگاركننده ها
هنگام انتخاب يك سازگاركننده، آميزه ساز ابتدا بايد آن سازگاركننده اي را انتخاب كند كه با پليمرهاي تشكيل دهنده آلياژ همخواني داشته باشد، سازگاركننده هاي واكنشي نياز به يك گروه متضاد واكنشي دارند و سازگاركننده هاي غير واكنشي بايد از لحاظ گرانروي يا به طور ايده آل امتزاج پذيري، با يكي از اجزاي آلياژ تطبيق داشته باشند. آميزه سازها همچنين بايد به محدوده

دمايي قابل استفاده براي سازگاركننده و اجزاي آلياژ توجه داشته باشند. آميزه سازها بايد مراقب هر گونه تاثيرات ناخواسته منفي حاصل از افزودن سازگاركننده نيز باشند. براي مثال در يك سيستم واكنشي پيوند زني مالئيك انيدريد (MA) كه پراكسيد بسيار زيادي دارد، امكان شبكه اي شدن يكي از پليمرها در حين فرايند وجود خواهد داشت. در سيستم هاي حاوي سازگاركننده هاي غير واكنشي، آلياژ سازگار شده بايد از لحاظ خواص فيزيكي و خواص بلند مدت نظير پير شدن، حداقل به خوبي پليمر ماتريس به تنهايي باشد. در سيستم هاي آلياژي، آميزه ساز بايد به هر گونه لايه

لايه شدن با توزيع ناهمگون ماده رنگزا يا افزودني توجه داشته باشد. اگر يكي از پليمرها در آلياژ از ديگري آمورف تر باشد ممكن است كه نسبت به ماده بلوري تر، ماده رنگزاي بيشتري را در برگيرد. استفاده از سازگاركننده اي كه اختلاط مناسب اجزاي پليمري را ممكن مي سازد، مي تواند توزيع ناهمگون ماده رنگزا را بر طرف سازد.
اختلاط برشي خوب در آلياژسازي پليمرها به خصوص هنگام سازگار سازي واكنشي، بسيار مهم مي باشد، در برخي موارد ميزان مورد نياز سازگاركننده مي تواند با بهبود شرايط اختلاط كاهش يابد. آلياژهاي با گرانروي بسيار متفاوت نيز نياز به برش بسيار بالا دارند، اكسترودرهاي دو پيچه همسوگرد به طور معمول براي اختلاط برشي به كار گرفته مي شوند.
شركت *** پليمرهاي *** را توسعه داده كه بر پايه فناوري جديد SBC مي باشند كه بسياري مزاياي فرايندي و طراحي را ارائه مي دهند.
سازگاركننده هاي واكنشي
پلي الفين هاي پيوند خورده با مالئيك انيدريد (MA) عموماً به عنوان عوامل اتصال براي سيستم هاي حاوي پركننده يا تقويت كننده استفاده مي شوند، اما همچنين مي توانند به عنوان سازگاركننده هاي واكنشي براي آلياژ پلي الفين ها با پليمرهايي نظير نايلون و EVOH كه با M

A واكنش مي دهند، به كار گرفته شوند. PE يا PP پيوند خورده با MA تهيه شده توسط شركت Crompton امكان تهيه آلياژهاي نايلون – PP را براي كاربردهايي نظير قطعات سيستم سرمايش ماشين ها مي دهند. خواص مناسب نايلون در دماهاي بالا مورد نياز مي باشد، اما PP نيز به عنوان كاهش دهنده جذب رطوبت كه باعث تخريب نايلون مي گردد، لازم است. MA-g-PP را همچنين مي توان به عنوان لايه مياني (Tie Layer) سازگاركننده در فيلم هاي بسته بندي چند لايه PP با EVOH كه مانع نفوذ اكسيژن است، به كار برد. سازگاركننده هاي پيوند خورده با MA در بازيافت فيلم هاي چند لايه كه ممكن است حاوي نايلون و PP باشند، سودمند خواهند بود. خط محصول Dupont

Pusabound محدوده وسيعي از پليمرهاي پيوند خورده با MA را توليد مي كند.
ساير سازگاركننده هاي واكنشي شامل ترپليمر اتيلن – بوتيل اكريلات – گليسيديل متيل اكريلات (E-BA-GMA) مانند PTW Dupont Elvaloy مي باشند كه مي توانند براي سازگار سازي آلياژهاي پلي بوتيلن ترفتالات PA/ PBT, PP (PBT) و پلي اتيلن ترفتالات (PET) پلي الفين به كار روند. يك كاربرد براي اين ترپليمرها در سيم و كابل هاي مقاوم حرارتي مي باشد.
كوپليمرهاي Kraton PG، كوپليمرهاي بلوكي Kraton G مي باشند كه با MA پيوند زني شده اند. از آنجا كه هر مولكول داراي دو جزء است، اين كوپليمرها با محدوده وسيعي از پليمرها شامل نايلون، PS و پلي الفين ها سازگار مي باشند. اين مولكول ها در آلياژهاي حاوي سه پليمر يا بيشتر نيز كاربري مناسبي خواهند داشت.
پليمرهاي Kraton A را مي توان جهت توليد موادي كه استحكام، كشساني، مقاومت حرارتي، نرمي و ظاهر اصلاح شده اي دارند استفاده كرد و استفاده آن ها را در كاربردهاي مختلف نظير فيلم، اسباب بازي، بسته بندي، خودرو، لوازم ورزشي، تجهيزات ساختماني و محصولات

قالب گيري و اكسترود شده تسهيل نمود.
سازگاركننده هاي غير واكنشي
كوپليمرهاي اتيلن – اتيل اكريلات (EEA) مي توانند به عنوان سازگاركننده هاي غير واكنشي براي آلياژ پليمرها يا افزودني هاي قطبي با پلي الفين ها به كار گرفته شوند. EEA مي تواند در خطوط بازيافت حاوي نايلون و PP به عنوان جايگزين ارزان تر براي پلي الفين هاي پيوند خورده با MA در مواردي كه نياز به مقاومت ضربه بالايي نيست يا حين توليد تحت برش بالا قرار نمي گيرد، به كار گرفته شود. Amplity EA از شركت Dow در محدوده وسيعي از انديس هاي مذاب موجود مي باشد تا با گرانروي اجزا در خط بازيافت همخواني داشته باشد. EEA همچنين مي تواند جهت امكان پذير نمودن استفاده از مواد افزودني به ميزان بسيار زياد در مستريج هاي PE استفاده گردد. افزودني هايي نظير آنتي آكسيدانت ها، رنگ دهنده ها يا آنتي استاتيك ها بسيار قطبي بوده و در پلي الفين هاي معمول انحلال پذيري پاييني دارند. افزودن EEA % 30-5 به مستريچ اغلب امكان افزايش دو برابر ماده افزودني را به آميزه ساز خواهد داد در حالي كه از مهاجرت نابهنگام جلوگيري مي نمايد، خط توليد Dupont Elvaloy AC شامل كوپليمرهاي EEA، اتيلن – بوتيل اكريلات (EEA) و اتيلن – متا كريلات (EMA) مي باشد كه به عنوان سازگاركننده براي گونه هاي مختلفي از پليمرهاي *** از شركت Crompton كه در سال ۲۰۰۲ از Basell خريداري شد، كوپليمرهاي پلي متيل متاكريلات (PMMA) يا پلي استايرن (PS) پيوند خورده بر روي پلي پروپيلن (PP) ميباشند. PMMA-g-PP مي تواند به عنوان سازگاركننده غير واكنشي براي آلياژسازي PP غير قطبي با رزين هاي مهندسي قطبي نظير MMA، استايرن – اكريلونيتريل (SAN)، اكريلونيتريل – بوتادين – استايرن (ABS)، اكريلونيتريل – استايرن – اكريلات (ASA)، پي وينيل كلرايد (PVC) يا پلي كربنات (PC) به كار رود. اين آلياژها جهت حصول خواص مشخصي نظير مشخصات جريان يا جذب رطوبت مورد نياز استفاده مي شوند. آلياژهاي سازگار شده PP با پليمرهاي مهندسي در كاربردهاي خودروسازي در حال رشد هستند. محرك هاي اين رشد، قيمت پايين تر PP و قابليت بازيافت PP و آلياژهاي حاوي سازگاركننده مي باشند. PS g PP جهت سازگارسازي آلياژهاي پلي فنيلن اتر (PPS) و PP مورد استفاده قرار مي گيرد زيرا PS و PPE از معدود پليمرهايي هستند كه كاملاً امتزاج پذير مي باشند. PS g PP همچنني مي تواند بازده اصلاح ضربه كوپليمرهاي بلوكي استايرني (SBC) راكه به عنوان اصلاح كننده ضربه PP به وسيله سازگار نمودن PP و SBC به كار مي روند، بهبود بخشد. SBC ه

ا خود به عنوان سازگاركننده استفاده مي شوند. SBC ها مي توانند آلياژ پلي فنيلن اكايرد (PPO) و نايلون را سازگار نموده و باعث چقرمگي آن شوند. اين آلياژ تركيبي از خواص بهينه را دارا مي باشد:
مقاومت حرارتي و ضربه به همراه سفتي و مشخصات سطحي عالي، SBC هاي مختلف جهت سازگار نمودن آلياژهاي استايرني و الفين ها استفاده مي شوند، پليمرهاي استايرني شامل رزين ABS, HIPS, PS, K و غيره مي باشند. سازگار كننده هاي اين آلياژها شامل كوپليمرهاي چند بلوكي استايرن – بوتادين (SB)، استايرن – بوتادين – استايرن (SBC)، استايرن – اتيلن – بوتيلن –

استايرن (SBES) و استايرن – ايزوپرن – استايرن (SBS) مي باشند، جزء لاستيكي پلي دي ان (بوتادين يا ايزوپرن) سازگار كننده با جزء الفيني آلياژ پليمري امتزاج پذير مي باشد. برخي مواد تنها سه بلوكي هستند (استايرن – دي ان – استايرن) در حاليكه بقيه شامل مقادير مشخصي از كوپليمر دو بلوكي مي باشند (استايرن – دي ان). كوپليمرهاي سه بلوكي استحكام را افزايش داده و محدوده دمايي كاربري آلياژ را وسعت مي بخشند. كوپليمرهاي داراي اجزاي دو بلوكي را مي توان در كاربردهايي كه جريان آسان تر، سختي كمتر و چسبندگي بيشتر مورد نياز است (مانند لايه هاي مياني در فيلم هاي چند لايه)، به كار گرفت. آلياژهاي استايرن- الفين سازگار شده در محدوده اي از كاربردها استفاده مي شوند. براي مثال HDPE و يك سازگار كننده SBC را مي توان با HPES آلياژ نمود تا مقاومت شيميايي آن در عين حفظ شكل پذيري حرارتي افزايش يابد. Kraton G SBC كه داراي بلوك رابري هيدروژنه ميب اشد، حساسيت برشي بسيار بالا با گرانروي بي نهايت در برش صفر دارد. اين خاصيت براي قالب گيري تزريقي و در انتهاي چرخه قالب گيري كه برش برابر صفرمي باشد مناسب است. در اين مقطع از فرايند، كوپليمر فازهاي آلياژ را تثبيت كرده و از جدايي آن ها طي زمان جلوگيري مي كند. SBC ها به طور گسترده اي براي سازگار سازي مواد بازيافتي استفاده مي شوند. Kraton G با مقاومت تخريب خوب در بازيافت PVC كه مي تواند طي چرخه هاي حرارتي متعدد به محصولات جانبي تخريب گردد، سودمند بوده و داراي مزيت است. مطالعات آزمايشگاهي نشان مي دهد كه كوپليمرهاي SIS خطي سه بلوكي حاوي مقادير متوسط يا بالاي استايرن، مشخصاً در كاربري هاي مربوط به بازيافت كه در معرض چندين فرايند در حالت مذاب هستند، موثر مي باشند. استفاده از اين كوپليمرهاي SIS در آلياژهاي HPES و HDPE نسبت به كوپليمرهاي چند بلوكي SB و كوپليمرهاي سه بلوكي SBS داراي مزايايي از نظر سرعت جريان مذاب (MFR) و خواص فيزيكي ميباشند.
روندها و فناوري هاي جديد

در حالي كه آلياژهاي پليمري به طور متداول در اكسترودهاي دو پيچه كه برش بالا و اختلاط مناسبي فراهم مي كنند، فرايند مي گردند، بيشتر آميزه سازان تمايل به استفاده از تجهيزات ديگري نظير اكسترودهاي تك پيچه در مراكز فعاليت خود دارند. محصولات جديد Kraton G و Kraton A طراحي شده اند تا آلياژسازي در ماشين آلات با برش كمتر به سهولت انجام گيرد. Kraton G حاوي جزء رابري اصلاح شده اي است كه جهت آلياژ نمودن بهتر با PP طراحي شده است. Kraton A كه در سال ۲۰۰۳ معرفي شد جهت آلياژسازي بهتر با استايرن ها طراحي شده است. فناوري

هاي سازگار سازي در آينده ممكن است احتياج روز افزون به راندمان بهبود يافته را محقق سازند. سازگار سازي بهتر جهت تحقق دستيابي به قطعات نازك تر و چرخه هاي فرايند سريع تر كه نتيجه تمايل به كاهش هزينه هاي توليد مي باشد، در آينده مورد نياز خواهد بود. سازگار كننده هاي جديدي نيز در مقياس آزمايشگاهي توليد شده اند كه در آينده نياز به توليد آن ها در مقياس صنعتي خواهد بود. براي مثال آلياژهاي سازگار شده پليمرهاي بلور مايع (LCP) با PE تقريبا در مقابل تمام

گازها عبور پذيري بسيار پاييني را به دست مي دهند. برعكس EVOH، اين آلياژ در شرايط مرطوب نيز خواص عبوردهي خوبي دارد. همچنين براي كاربردهاي با عبور پذيري مناسب، آلياژهاي PVA/ PE جايگزيني با قيمت پايين تر براي EVOH مي باشند. تحت شرايط آميزه سازي مشخص اين آلياژهاي سازگار شده مي توانند خواص نوري بهتري نسبت به EVOH داشته باشند.
چند آلياژ پليمري
آلياژ پلي آميد / پلي الفين
هنگامي كه پلي اميد (نايلون) به طور كامل خشك گردد و يا در محيطي با دماي پايين قرارگيرد

. استحكام ضربه اي آن به صورتي قابل توجه كاهش مي يابد. براي غلبه بر اين ضعف، توليدكنندگان و آميزه كاران پلي آميد با استفاده از مواد سازگار ساز متفاوت، گونه هايي بسيار گوناگون از آلياژهاي اين ماده ي پليمري را توليد مي كنند.
به طور معمول از دو اكسترودر دو مارپيچ براي ساخت اين آلياژها استفاده مي شود. در اكسترودر دو مارپيچ اول، يك مونومر اسيدي روي پلي الفين پيوند شده مي شود. كه نقش سازگار ساز را دارد در اكسترودر مارپيچ دوم، پلي الفين اصلاح شده با پلي آميد مخلوط مي شود.
اما نقطه قابل انتقاد در اين فرآيند، توليد دو مرحله اي آلياژ با استفاده از دو اكسترودر دو مارپيچ و همچنين تخريب گرمايي ماده به واسطه ي دو بار اكستروژن است. اگر قرار باشد اين آلياژ با الياف شيشه و يا ديگر پركننده هاي معدني تقويت شود، آلياژ مي بايست گرماي تخريب گر بيشتري را در اكسترودر دو مارپيچ سومي تحمل كند.
اما با استفاده از اكسترودر آميز ساز دو مارپيچ “TEX” مي توان سه مرحله آميزه كاري توصيف شده در بالا را در يك مرحله انجام داد. تصاوير (۱) و (۲) چگونگي توليد يك – مرحله اي پلي آميد اصلاح شده و همچنين پلي آميد تقويت شده را نشان مي دهند.
در اين مقاله چگونگي آميزه كاري چند آلياژ پليمري در اكسترودرهاي آميزه ساز دو مارپيچ هم – چرخش مدولار توصيف مي شود.
نخست، ماده ي پلي الفين (پلي اتيلن – پلي پروپيلن و امثال آن) و مونومر اسيدي در بخش A اكسترودر دو مارپيچ با هم مخلوط مي شوند تا پلي الفين پيوندي توليد گردد. در بخش B اكسترودر پلي الفين اصلاح شده و پلي آميد با هم مخلوط مي شوند تا آميزه اي كه ذرات ۱/۰ تا يك ميكرومتري پلي الفين در ماتريس پلي آميدي پخش شده اند، شكل گيرد.

در بخش C اكسترودر آميزه ساز دو مارپيچ در تصوير (۱). مواد فرار نظير هوا و مونومر اسيدي كه واكنش نكرده اند. تحت خلا از اكسترودر خارج مي شوند.
در بخش C اكسترودر دو مارپيچ در تصوير (۲) الياف شيشه به آميزه ي مذاب پلي آميد / پلي الفين افزوده مي شود و در بخش D دستگاه آميزه ساز. مواد فرار تحت خلا از اكسترودر خارج مي گردند.
آلياژ پلي آميد / PPO
آلياژ پلي آميد و پلي فنيلن اكسايد (PPO) در كاربردهايي نظير بدنه ي خارجي خودرو بسيار مورد توجه قرار گرفته است و كاربردهاي آن در حال افزايش است.
به هنگام توليدآلياژ پلي آميد / PPO به طور معمول از ماده ي كمكي “سازگارساز” براي بهبود استحكام ضربه اي آلياژ حاصله در دماهاي پايين، از يك الاستومر استفاده مي شود تا ويژگي هاي ضربه اي بهبود يابد.
اين آلياژ سه جزيي، ساختاري ويژه دارد. فاز الاستومر به صورتي همگن در فاز “PPO” پخش مي گردد. در حالي كه خود “PPO” در ماتريس پلي آميد پخش مي شود. براي دست يابي به اين ساختار، به ساز و كار اختلاط بسيار پيچيده اي نياز است. چگونگي آرايش آميزه ساز براي توليد آلياژ پلي آميد / PPO / لاستيك در تصوير (۳) آمده است.
در بخش آميزه كاري A از آن جا كه پودر “PPO” بسيار ريز است. به دليل وجود هوا در ميان ذرات آن، برخي مشكلات در انتقال اين ماده در طول مارپيچ رخ مي دهد مارپيچ مي بايست آن چنان طراحي گردد تا انتقال روان مواد جامد در طول اكسترودر را در پي داشته باشد.
در بخش آميزه كاري B مذاب “PPO” و پلي آميد در هم مخلوط مي شوند و به خوبي در هم پخش مي شوند. در بخش هاي ابتدايي اين مرحله، مواد پلي آميد در زمينه “PPO” پخش مي شود. همچنان كه فرآيند پخش به جلو مي رود. گرانروي (ويسكوزيته) پلي آميد كاهش مي يابد. در اين مرحله بسيار مشكل است تا مشخص گردد كه كدام يك از اجزاي پلي آميدي يا “PPO” نقش فاز پيوسته و ديگري نقش فاز پخش شده را ايفا مي كنند.
در بخش C اكسترودر آميزه ساز. جزو سوم آلياژ، يعني الاستومر به مواد پليمري مذاب قبلي افزوده مي شود و مخلوط مي گردد. همچنان كه فرآيند پخش به جلو مي رود، الاستومر در پليمر “PPO” پخش مي گردد و تغيير فازي رخ مي دهد. در مرحله ي نهايي، پليمر “PPO” در زمينه پلي آميد

ي پخش مي گردد و ساختار معروف به سالامي شكل مي گيرد.
چكيده
بتن هاي پليمري تركيباتي هستند كه با جايگزيني كامل ماتريس سيماني بتن هاي معمولي با يك حامل پليمري تهيه مي گردد. بتن هاي پليمري عليرغم داشتن خواص بسيار مطلوب و مزاياي فراوان نسبت به بتن هاي سيماني، به علت بالا بودن هزينه تهيه و كاربرد، تا كنون نتوانسته است جايگاه خود را در كشور پيدا كند و نياز به تلاش هاي تحقيقاتي و كاربردي بيشتر براي استفاده از مواد

داخلي و بومي كردن فناوري ساخت بتن هاي پليمري در سالهاي اخير همواره احساس شده است.
در اين تحقيق به منظور كاهش نسبي هزينه هاي توليد، از رزينهاي ساخت داخل به عنوان پايه پليمري استفاده شده است كه اين رزين ها با استفاده از مواد افزودني ارزانقيمت براي كاربردهاي مورد نظر اصلاح شده است.
پس از انتخاب مواد و تعيين تركيب بندي مناسب و روش فراورش مطلوب با توجه به تجهيزات معمول، كه پس از انجام آزمايش هاي منظمي بر اساس طرح آزمايش تاگوچي به دست آمده است، بتن پليمري با خواص فيزيكي و مكانيكي بسيار بالاتر از بتن هاي رايج تهيه شده است كه اهم خواص اندازه گيري شده آن عبارت است از:
مقاومت فشاري Mpa 7/94، مقاومت خمشي Mpa 2/16، مقاومت كشش غير مستقيم (برزيلين) Mpa 5/7 مدول الاستيسيته ديناميكي Gpa 29، نفوذ آب تحت فشار برابر صفر، چسبندگي به بتن معمولي Mpa 2/12، مقاومت بسيار خوب در انواع محيطهاي خورنده مانند: سولفات سديم، اسيد كلريدريك، اسيد سولفوريك، اسيد نيتريك، سود سوزآور، بنزين و آب درياچة اروميه در ضمن، هزينه تمام شده محصول به ميزان بيش از ۷۰ درصد كاهش را نسبت به بتن هاي پليمري تهيه شده از رزين هاي وارداتي نشان مي دهد در حالي كه خواص مكانيكي تنها در مواردي به ميزان ۳۵-۱۵ درصد كاهش داشته است.
مقدمه
تركيبات بتني تهيه شده از سيمان، آب و مصالح سنگي، عمده ترين مواد براي ساخت سازه هاي مختلف به شمار مي روند. اين تركيبات غالباً خواص فيزيكي و مكانيكي خوبي دارند وبه طور گسترده اي در صنايع مختلف ساختماني استفاده مي گردند. ولي بتن هاي سيماني به دليل داشتن برخي خواص ضعيف در كاربردهاي خاصي مانند سدها و سازه هاي دريايي، محيطهاي خورنده صنعتي و همچنين در جاهاي غير همسطح و كاربردهاي ديگري كه نياز به سرعت عمل بيشتر دارند، با

مشكلات عديده اي همراه هستند. عمده ترين موارد ضعف بتن در اين كاربردها، مقاومت سايشي كم، نفوذ پذيري بالا، زمان گرايش زياد، مقاومت كم در برابر مواد شيميايي و پديده هايي مانند كاويتاسيون و خوردگي ناشي از نفوذ كار و همچنين مقاومت كم در برابر يخبندان است.
بتن به خاطر ساختمان حفره دار خود كه ناشي از خروج آب ايجاد شده در واكنش ئيدراتاسون است در مقابل آب و يون هاي كلر و گاز (مانند CO2) نفوذپذير است و هر كدام از اين عوامل به نوعي باعث خوردگي ميلگردها و ايجاد تنش و در نتيجه ترك برداشتن و از هم پاشيدگ بتن مي

شود.
يكي از راه هايي كه براي رفع مشكلات ناشي از ضعف بتن در كاربردهاي خاص مطرح شده است، استفاده از كامپوزيت هاي پليمر – بتن است. كامپوزيت هاي پليمر – بتن تركيباتي هستند كه با جايگزين، كامل سيمان در بتن با مواد پليمري با استفاده از تركيب سيمان و پليمر به دست مي آيند. اگر حامل (Binder) سيماني بتن بطور كامل با يك پليمر جايگزين گردد، تركيب حال را بتن پليمري (Polymer Cncrete) مي نامند.
بتن هاي پليمري بر پايه پليمرهاي آلي ترموست هستند كه پس از اختلاط با مصالح سنگي در دماي اتاق پليمريزه مي شوند. پليمرهايي كه عموما استفاده مي شوند عبارت است از: اپوكسيها، فورانها، اكريليكها، پلي استرهاي غير اشباع و وينيل استرها، از اين گروه، بسته به كارايي مورد نظر و قيمت پليمرها، سيستم پليمري براي كاربرد مورد نظر انتخاب مي گردد. مصالح سنگي مورد استفاده نيز عمدتاً از مصالح سنگي قابل قبول براي بتن سيماني، انتخاب مي شود. اكثر مصالح سنگي كه مطابق استاندارد ASTM C 33 داراي مشخصه هاي مطلوب است، كارايي خوبي نيز در بتن هاي پليمري دارند در ضمن، بتن هاي پليمري را مي توان با تقويت كننده هايي شامل ميله ها و الياف تقويت نمود كه در اين مورد نيز سازگاري بسيار خوبي با انواع مواد مانند ميلگردهاي آهني و الياف فلزي، شيشه اي و پليمري دارند.
در مقايسه با بتن هاي سيماني، بتن هاي پليمري خيلي قويتر و بادوام تر هستند و استحكام خمشي، فشاري و كششي بسيار بالاتري دارند. همين امر باعث مي شود كه در سازه هاي حاصل از بتن هاي پليمري مواد كمتري مصرف گردد و در نتيجه اين سازه ها در مقايسه با سازه هاي بتني مشابه سبكتر هستند. علاوه بر آن اين مواد داراي مزاياي مهم ديگري مانند زمان گيرايش كم در دماي محيط و حتي در دماهاي پايين، مقاومت سايشي بسيار بالا، نفوذ پذيري بسيار كم در برابر آب و نمك هاي محلول و گازها، مقاومت بسيار بالا در چرخه هاي انجماد و نيز

سهولت فراورش و اجرا هستند.
بتن هاي پليمري كاربردهاي گسترده اي در سازه هاي مختلف پيدا كرده اند كه مهمترين كاربردها شامل موارد زير است:
– سازه هاي ئيدروليكي مانند سدها، تونل ها، كانالها و سازه هاي دريايي
– تعميرات جاده ها، كف پلها و پوشش پلها
– سازه هاي زيرزميني
– قطعات پيش ساخته ساختماني مانند دريچه هاي فاضلاب و دريچه هاي بازديد در مخازن و سيلوها
– تونل هاي خطوط كابل مخابرات، برق، گاز و فاضلاب
– پايه و بدنه ماشين ابزار

– سدها و مخازن آب هاي اسيدي، مخازن نگهداري اسيد و محفظه هاي دفن زباله هاي اتمي و راديواكتيو
در سال هاي اخير كارهاي تحقيقاتي چندي در مورد بتن هاي پليمري، در كشور اجرا شده است كه عمدتاً در حد تحقيقاتي و آزمايشگاهي بوده اند و در كاربردهاي صنعتي مورد استفاده قرار نگرفته اند. در گروه پليمر دانشگاه تربيت مدرس نيز از اوايل سال ۷۵ كارهاي تحقيقاتي منظمي در مورد بتن هاي پليمري در قالب طرح پژوهشي صورت گرفته است كه عليرغم نتايج آزمايشگاهي و نيمه صنعتي بسيار خوب، به علت استفاده از رزين هاي خارجي و بالا بودن هزينه تمام شده، در بخش صنعت با استقبال خوبي روبرو نشده است و تا كنون در مقياس صنعتي، تنها در ساخت پايه ماشين ابزار خاص با ارتعاشات زياد، استفاده شده است.
به همين دليل از اوايل سال ۷۸ تحقيقات جديدي به منظور كاهش نسبي هزينه هاي توليد و استفاده از منابع داخلي و همچنين بومي كردن فناوري ساخت بتن هاي پليمري طرح ريزي و اجرا شد كه مراحل تحقيقات و نتايج حاصله به طور مختصر در اين مقاله گزارش مي شود.
در اين تحقيق، پس از انتخابمواد شامل رزين هاي پليمري ساخت داخل و مصالح بستگي و مواد افزودني مناسب، تركيب بندي بهينه اي كه در كارهاي تحقيقاتي قبلي براساس طرح آزمايش تاگوچي تعيين شده بود، متناسب با مواد جديد اصلاح شد و روش فراورش مناسب با توجه به تجهيزات معمول نيز با انجام آزمايش هاي كيفي و تجربي تعيين گرديد. پس از آن نمونه هاي مختلف تهيه شده و مورد آزمايش قرار گرفت كه آزمايش هاي انجام گرفته و نتايج در ادامه ذكر مي شود.
تجربي
مواد:

از رزين پايه پلي استر غير اشباع از نوع اورتو فناليك به عنوان حامل (Binder) استفاده شده است. رزين استفاده شده بر پايه يكي از محصولات ساخت داخل كشور بوده است كه با تغييرات اندكي براي استفاده در بتن پليمري اصلاح شده است از محلول متيل اتيل كتون پراكسيد (MEKP) به عنوان آغازگر و محلول كبالت به عنوان شتاب دهنده همراه با رزين استفاده شده است كه اين مواد نيز ساخت داخل هستند.
مصالح سنگي و فيلرهاي مورد استفاده از نوع مصالح مرغوب شسته شده با سايش كم و درصد شكستگي بالا انتخاب شده اند كه با توجه به كارهاي تحقيقاتي قبلي در محدوده استانداردهاي ASTM و استاندارد سازمان برنامه و بودجه به شرح ذيل است:

۲۰۰ # ۳۰ # ۸ # ۴ # ۸/”۳ ۲/”۱ ۴/”۳ اندازه ذرات يا مش
۱۱ ۲۷ ۵۱ ۶۷ ۸۸ ۹۷ ۱۰۰ درصد رد شده از الك

درصد رد شده از الك مش ۲۰۰ مربوط به پركننده (Filler) مورد استفاده است كه از كربنات كلسيم محصول شركت با ريت فلات ايران براي اين منظور استفاده گرديده است.
آزمايش ها:
با توجه به اين كه آزمايش هاي استاندارد ملي و حتي جهاني كمي براي بتن هاي پليمري وجود دارد و در كشورهاي مختلف از آزمايش هاي متفاوتي براي اين منظور استفاده مي شود، محققان غالباً از آزمايش هاي مربوط به بتن هاي معمولي براي آزمايش بتن هاي پليمري استفاده ميكنند، به همين دليل و همچنين براي فراهم نمودن امكان مقايسه بتن پليمري با بتن معمولي، در اين تحقيق نيز از آزمايش هاي استاندارد مربوط به بتن معمولي براي آزمايش بتن پليمري استفاده شده است كه آزمايش هاي انجام شده و شماره استاندارد مربوط در زير قيد مي گردد.

آزمايش شماره استاندارد محل انجام آزمايش
تعيين چگالي و حجم خالي قابل نفوذ ASTM C 642 دانشگاه تربيت مدرس-آزمايشگاه پليمر
مقاومت فشاري BS 1881 دانشگاه تربيت مدرس-آزمايشگاه سازه
مقاومت خمشي ASTM C 78 مركز تحقيقات سازختمان و مسكن-آزمايشگاه بتن
مقاومت كششي غير مستقيم (برزيلين) ASTM C 496 دانشگاه تربيت مدرس-آزمايشگاه سازه
مقاومت سايشي —– مركز تحقيقات سازختمان و مسكن-آزمايشگاه بتن
مقاومت در برابر نفوذ آب تحت فشار DIN 1048 مركز تحقيقات سازختمان و مسكن-آزمايشگاه بتن
جذب سطحي ASTM C 413 دانشگاه تربيت مدرس-آزمايشگاه بيوتكنولوژي
مدول الاستيسيته ديناميكي ASTM C 215 مركز تحقيقات سازختمان و مسكن-آزمايشگاه بتن
سرعت پالس ماوراء صوت ASTM C 597 مركز تحقيقات سازختمان و مسكن-آزمايشگاه بتن
مقاومت در محلول هاي شيميايي خوردنده ASTM C 267 دانشگاه تربيت مدرس-آزمايشگاه پليمر
مقاومت در محلول اشباع سولفات سديم ASTM C 88 دانشگاه تربيت مدرس-آزمايشگاه زمين شناسي مهندسي

 

هر يك از آزمايش هاي مذكور با تكرار پذيري ۲ انجام شده است يعني متوسط جواب دو نمونه مشابه تعيين شده است كه نتايج حاصله در ادامه ذكر مي گردد.
در آزمايش تعيين مقاومت نمونه ها در برابر خوردگي ناشي از محلول سولفات سديم اشباع، از نمونه هاي استوانه اي ۱ ۱ اينچ استفاده شده است كه نمونه ها به مدت ۱۶ ساعت در محلول اشباع و پس از آن ۴ ساعت در دماي C ْ ۱۱۰ قرار مي گيرند، اين چرخه ۵ بار تكرار شده است و تغيير وزن نمونه و وضعيت ظاهري نمونه بررسي شده است.