پلیمر های چند گانه ای(چند فاز)

بسیاری از پلیمرهای تجاری مواد چند گانه ای( چند فازی) هستند.تولید کنندگان توانسسته اند با ترکیب پلیمرها با یکدیگر در روشی کنترل شده محصولاتشان را با نیازهای مخصوص سازگار کنند که در بسیاری از موارد همانند روشی است که صنعت فلزات به شکل سنتی الیازهای چند گانه را برای درخواستهای خاصی گسترش داده است. وازه ی “آلیاژهای پلیمری” اغلب برای آمیزه های پلیمری چند گانه به کار برده می شود. معمولا” عوامل اصلی در انتخاب موادی که شامل پلیمره

ا می شوند هزینه ای را در بر دارند.فرایند- درجه ی حرارت بالا- سختی ومقاومت شکستگی دیگر عوامل بنیادی ممکن است شامل مقاومت حلال- خصوصیات الکتریکی-آتش زایی- ویا پیدایش باشد. آمیزه ی پلیمرها برای ساختن یک ماده ی چند گانه اغلب مهمترین روش قابل دسترس برای به دست آوردن یک تعادل رضایت بخش بین این الزامات می باشد.

بر طبق یک نظریه تکنولو زیست پلیمر می تواند از مولکول های غنی شده به عنوان اجزای ترکیبی این آمیزه ها استفاده کند. بر اساس عادت تاملات در مورد هزینه معمولا” انتخاب پلیمرهای با قیمت کمتر ومتوسط تر را تحقق می بخشد. مواد به طور عادی در ترموپلاستیک ها(گرمادیسگرها) استفاده می شوند. آمیزه های ترمو پلاستیک ها شامل:

پروپیلن( PP )-نایلون(پلی امید PA )- پلی اتیلن( PE )-کلرید پلی ونیل(PVC)-پلی کربنات( PC )پلی اتیلن-
و پلی باتیلن-ترفتالات(TBT و PET )-پلی متیلمتا کریلات(PMMA )-پلی سولفون(PFF )- پلی یورتن( PU )و
ABS .آخری یک پلیمرچند گانه است که شامل پلی استیرن- اکریلو نیتریل(PBD)می باشد که از طریق افزودن ذرات پیوند خورده پلی باتادین( PBD )تعریف می شود.

 

واژه ی”پلیمرهای چند گانه”نه تنها در مورد ترکیب دو ترمو پلاستیک به کار برده می شود بلکه به خانواده ی بسیار مهمی از پلاستیک های اصلاح شده نیز اطلاق می شود که ABS یکی از آنهاست.تقزیبا”تمام ترمو پلاستیک های پایدار علاوه بر رزین گرما سخت به عنوان لاستیک های سخت در دسترس هستند.

علاوه بر PBD لاستیک های که بصورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرند شامل:
پلیمر های چند گانه ی باتادین به همراه استیرن یا اکریلو نیتریل- پلیمرهای چند گانه اتیلن- پروپیلن (لاستیک اتیلن- پروپیلن ETR )و لاستیک تک پاره ی اتیلن-پروپیلن- داین(EPDN )- پلی باتیل اکریلات و الا استومرها ی(کشپار های)منسوب به اکریلیک- الا استومرهای پلی اتر و پلی اتیلن کلرینه شده اغلب موادی که پایه واساس ان لاستیک است به ترمو پلاستیک اضافه می شود به منظور اینکه مقاومت و شکنندگی ترکیبات ترمو پلاستیکی را افزایش دهد.

۱٫امتزاج پذیری
اجزای پلیمر چند گانه باید به اندازه ی کافی با یکدیگر سازگار باشند تا یک سطح رضایت بخش از به چسبیدگی اجزا را در سطح مشترک به نمایش گذارند بدون اینکه کاملا” امتزاج پذیر باشند.اساسا ًاین بدان معناست که هر فاز از یک گونه ی متفاوت پلیمری تشکیل می شود.

تعداد کمی از جفتهای پلیمری در تمام دامنه ی ترکیب امتزاج پذیر هستند و بنابر این ترکیبات تک فازی را شکل می دهند. یک نمونه ی مهم صنعتی پلی استیرن( PFS )باپلی(۲٫۶ دی متیل-۱٫۴ فنی ان اتر)( PPE ) می باشد.بسیاری از ترکیبات پلیمری از دو یا بیشتر از دو ماده امتزاج پذیر تشکیل می شوند.

یک شرط لازم(ولی نه کافی)برای امتزاج پذیری بین دو گونه ی شیمیایی این است که انرزی آزاد ترکیب هم دما منفی باشد. عامل تعیین کننده رابطه ی بین انتروپی ترکیب و محتوای گرمایی ترکیب است.

فلوری و هاگنیز برای پیوندهای پلیمری امتزاج پذیر با تقسیم مقدار کلی به تعداد زیادی از محلولهای شبکه ای به این نتیجه رسید که هر کدام مقداری از وهر کدام قادر به سازگاری با بخشهای کوچک است. معادله ی فلوری-هاگینزممکن است اینگونه باشد:

مدل فلوری- هاگینز در مطالعه ی امتزاج پذیری پلیمرها مفید است اما محدودیت های هم دارد.دقیقا” فقط زمانی قابل اعمال است که تمام گونه های داده شده طول یکسانی دارند. در عمل پلیمرها تقسیم وزن های مولکولی دارندو ترکیب های A و B شبه دو تایی هستند. علاوه بر این شاخص فعل و انفعال برای یک سیستم معین ثابت نیست اما با دماو فشار تغییر می کند.

در مدل های پیشرفته تر به طور قابل ملاحظه ای معادله ی فلوری توسعه داده شده تا این تاثیرات مورد توجه قرار گیرد. با این وجود انها اطلاعات بیشتری را در باره ی ویزگی های مواد تشکیل دهنده ی ترکیب لازم داشتند به طوری که بسیاری از کار گزاران استفاده از تحلیل اصلی فلوری-هاگینز را با شناختن به عنوان تابع دما و ترکیب دنبال کردند.

کاربرد جالب این اصول در محلول های پلاستیکی رزین اپوکسی دیده می شود. زمانی که رزین عمل آورده می شود و افزایش می یابد سیستم کمتر آمیخته می شود و جدایی مرحله شروع می شود.

در ابتدا رزین و پلاستیک اندکی آمیخته هستند اما جدایی کامل تر بعدا” ایجاد می شود. دمای تعیین شده تاءثیر مشخصی در روند جدا سازی دارد.

۲٫ توصیف صفات اختصاصی
جایی که اجزای سازنده ی یک ترکیب شدیدا” از چند طریق تفکیک می شوند نسبتاً آسان است که تشخیص داد که در چه اندازه ای جدایی مرحله ای اتفاق می افتد. تحلیل نیرو دهی پویا DMA و گرما سنجی پولیش دیفرانسیل DSC به طور گسترده برای اندازه گیری دمای تبدیل شیشه ای در پلیمر زمانی که انها بین ۲۰۰+ ۱۰۰- گرم می شوند مورد استفاده قرار می گیرند. وجود دو رأس کاهش نیرو دهی در یک منحنی DMA یا دو جزء واکنش در BCS به وضوح جدایی فازها را مشخص می کند.
و بزرگی رئوس و اجزاء واکنش کمکی به

خرده ی حجم اجزای تشکیل دهنده می کند. یک مقایسه بین پلیمرهای خالص و انهای که ترکیبی هستند نشان می دهد که آیا آمیختگی جزیی دارند یا خیر.

تکنیک اساسی دیگر برای توصیف ترکیبات ذره بینی است. ذره بینی روش بسیار ارزشمندی برای مطالعه ی پلیمرهای چند گانه است.اما به قدرت تفکیک ان محدود می شود:

بزرگنمایی بیش از۱۰۰۰ اطلاعات اضافی در اختیار ما قرار می دهد. در نتیجه مطالعات ریخت شناسی جزء به جزء به سختی بر پولیش ذره بینی الکترون سطوح شکسته یا پرداخته شده و عبور از بخش های فوق العاده ظریف ذره بینی الکترون استفاده می کند.

۳٫تولید( فراوری)
یک راه ساده برای ساختن ترکیب پلیمر چند گانه مخلوط کردن اجزاء در یک ترکیب بیرونی است.زمانی کوچکترین اندازه ی ذرات دست نیافتنی هستند که هر دو فاز چسبندگی یکسانی داشته باشند. اخرین اندازه ی ذره بیانگر یک تعادل بین جدایی و به هم پیوستگی قطرات کوچک پراکنده می باشد که با افزایش سرعت برش و چسبندگی فاز پیوسته و همچنین با کاهش کشش دورویه کاهش می یابد.

در نتیجه پراکندگی پلیمر A در پلیمر B زمانی بدست می آید که پیوند یا انسداد همبسپار A و B اضافه شود. همبسپار( COPOLYMER ) در سطح مشترک از هم جدا می شود و در مجموع چسبندگی دورویه ی بهبود یافته ای را فراهم می سازد. در بعضی موارد پیوند آماده و همبسپارهای دسته ای نشان داده می شود. در موارد دیگر انها در جا ساخته می شوند. به عنوان مثال در پیوند تجاری POLYOLEFIN با نایلون-۶ ابتدا در بیرون با ایندرید MCELEIC در حضور اغاز گر رادیکال آزاد عکس العمل نشان می دهد سپس با نایلون دو باره بیرون می آید.

عکس العمل گروهای ایندرید با گروه های روی نایلون یک همبسپار پیوندی را شکل می دهد.
چنین فرایندهای ترکیبی واکنش پذیر در ساخت ترکیبات دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
روش استاندارد دیگری برای ترکیب این است که پلیمر A در تکپاره ی پلیمر B حل شودو ترکیب شود.

برای مثال محلول های لاستیک PBD در تکپاره ی STYRENE ترکیب می شوند تاPS سخت را بسازند.
جدایی فازی در مرحله ی اولیه از عکس العمل اتفاق می افتد که شامل پیوند زنجیره های STYRENE

با لاستیک و اتصال متقاطع بعدی با اجزای لاستیک می باشد.اجزای کوچک تر می توانند با جابجایی با همبسپار دسته ای STYRENE-BUT ABINE به دست می آید.

۴٫ خواص

ترکیبات تک فاز همگن خواص واسطه ای اجزای تشکیل دهنده ی پلیمرها را ارائه می دهد. انها یک دمای تبدیل شیشه ای را نشان می دهد. که در اولین تخمین ممکن است مربوط به کسرهای و اجزای تشکیل دهنده در استفاده از معادله ی فاکس باشد:

بر عکس جایی که معادله ی فاکس کامل است ترکیبات دو مقدار جداگانه از را مطابق و ارائه
می دهند. بین این دو نهایت اندکی ترکیبات مخلوط شدنی قرار می گیردکه در ان هر دو با هم حرکت دارند همانطور که در معادله ی فاکس امده است. یک دمای تبدیل در هر یک از اجزای تشکیل دهنده ی پلیمری در قدر مطلق یانگYOUNG به یک کاهش منجر می شود به ویزه زمانی که پلیمر فاز پیوسته را تشکیل می دهد. در PU ها این کاهش قدر مطلق دقیقا” همان چیزی است که لازم است.
در مورد پلاستیک های اصلاح شده در ترکیبات ترموست- ترموپلاستیک(پلاستیک های سختی ناپذیر پلاستیک های قابل ارتجاع در برابر حرارت) کاهش ضریب یک مسئله ی جدی است به ویزه زمانی که ترکیب به عنوان ماتریس برای مخلوط های HIGH-PERFRN استفاده می شود که می بایست

بالاتر از ۱۵۰ عمل کند. پاسخ اشکار این است که تعدیل کننده های ترمو پلاستیکی انتخاب شوند که یک بالا داشته باشند ترجیحا” بالای ۲۰۰ .مهمترین علت عملی برای ساختن پلیمرها ی چند فاز این است که در حالیکه سختی توانایی فرایند و غیره حفظ می شود- مقاومت شکستگی افزایش می یابد. این حالت معمولا” با ترکیب ترموپلاستیک اصلی یا رزین گرما سخت با یک لاستیک مناسب بدست می آید.

پلیمرهای داین DINE خواص مکانیکی عالی دارند و به راحتی پیوند می خورند اما انها در معرض اکسید شدن با اثر گرما یا پرتو گیری از نور ماوراء بنفش هستند. POLYOLEFIN ها برای پلیمرها که نیاز به فرایند دمای بالا یا مقاومت در مقابل نور خورشید را دارند به عنوان تعدیل کننده برگزیده می شوند.

مقاومت شکستگی پلاستیک های سخت شده و به ویژه ای استحکام ضربه ای آنها، شدیداً تحت تاثیر یک سری از عوامل مختلف است که شامل حجم لاستیک ، اندازه و فاصله ذره ، چسبندگی بین لاستیک و ماتریس و میزان اتصال عرضی لاستیک می باشدو محکمی این ترکیبات در اصل به علت انعطاف پذیری بد شکل ماتریس می باشد ، و بنابراین سرانجام با خواص ماتریس محدود می

شود. به این دلیل ، خیلی سخت است که رزین گرما سخت را با استفاده از لاستیک سفت کرد.
مکانیسم های مختلفی برای سفت شدگی لاستیکی وجود دارند . در تمام موارد ، ذرات لاستیکی تنش تسلیم پلیمر اصلی کاهش می دهد. برای یک ترموپلاستیک نتشکن ، این ممکن است که ، برای افزایش قدرت شکنندگی حد بحرانی کافی باشد.