مقدمه

نياز روز افزون بشر به مواد با كيفيت و خواص مطلوب باعث شده كه توجه او به مواد پليمري (كه تـا حـدود زيـادي دررفـــع ايـــن نيـــ از موفـــق بـــوده انـــد ) بيشـــتر شـــده و روز بـــه روز بـــر دامنـــه اســـتفاده از آنهـــا افـــزوده مي گردد. واضح است كه با افزايش مصرف ، هر روز بر تعداد پليمرهاي جديد افزوده شده به طوري كه آغاز تولد صنعتپليمر تاكنون پليمرهاي زيادي با خواص متنوعي منتشر شده اند . معهذا بعضي اوقات با توجه به نيازهاي جديد صنعت و بازار ، خواصي لازم است كه هيچ يك از پليمرهاي موجود به تنهايي جوابگوي خصوصيات نمي باشند بطور كلي براي طراحي فرمول يك ماده پليمري جديد با خواص مشخص لااقل چهار راه وجود دارد :
– ساخت منومرهاي جديد

– استفاده از روشها و تكنيك هاي جديد پليمريزاسيون
– ساخت كوپليمرهاي بلاك يا گرافت

– آلياژ نمودن پليمرهاي موجود
در طي دو دهه اخير مشخص گرديده است كه استفاده از آلياژهاي پليمري معمولاً خيلي اقتصادي تر بوده و سـريعتر ازساير روشها به نتيجه مطلوب مي رسد . هم اكنون سالانه بـيش از 4500 ، اختـر اع (Patent) و لااقـل 10 برابـر ايـن تعداد مقالات علمي در اين زمينه به چاپ مي رسد و در حاليكه استفاده از پليمرها در كامپوزيت ها و پلاستيك هاي پر شده ، به حدود 29 درصد رسيده است ، استفاده از پليمرهاي خالص به كمتر از 50 درصد تقليل يافته اسـت. در طـي دهه 80 ساخت آلياژها تكامل زيادي يافته و به عنوان مثال در سال 1987 حدود 60 تا 70 درصد پلي اولفين ها و 23 درصد ساير پليمرها به صورت مخلوط هاي پليمري فروخته شده اند . در طي دهه 80 رشد سالانة صنعت پلاسـتيك 2 تا 4 درصد بوده است در حاليكه رشد توليد آلياژ 9 تا 11 درصد و رشد توليـد و آلياژهـاي سـاخته شـده از پليمرهـاي مهندسي در مدت مشابه به 13 تا 17 درصد رسيده است . اين نرخ رشد هم اكنون نيز با سرعت زيادي ادامـه داشـته و در هفته و حتي هر روز آلياژهاي جديد با خواص متنوع و مطلوب ساخته مي شوند .

فهرست مطالب

فصل اول : كليات

چكيده         1

مقدمه               2
1-1-هدف……… ………………. …………………………………………………………….14
1-2- پيشينه تحقيق……. ……………………………………….. …………… …………..17

فصل دوم : مروري بر مباني سامانه هاي چند فازي پليمري

2-1- مقدمه………… …………………………. …………………………………………….20
2-2- روشهاي بهبود سازگاري……………………………………………………………….21
2-2-1- اصلاح جزئي ساختمان پليمر…………………………………………………………21
2-2-2- تشكيل كوپليمرهاي جزءبهجزءو پيوندزده……………………. …………………….22
2-2-3- تشكيل شبكههاي درهم نفوذكننده(IPN)……………ا…………………………….22
2-2-4- شبكهاي كردن………………….. …………………………………………………..23
2-2-5- عاملداركردن………………… ………………. ………………………………………23
2-2-6- ايجاد گروههاي تشكيلدهنده پيوند يوني………… ………………………………..24
2-2-7- روشهاي متفرقه……. …………………………………………………………………24
2-3- روشهاي برآورد سازگاري مخلوطهاي پليمري……………………………. ………….25
2-4- روشهاي اختلاط………………. ………………………. ………………………….. ….26

فصل سوم: تشكيل مورفولوژي در آلياژهاي پليمري

3-1- مقدمه……………. ……………………… ……………………………………………….29
3-2- شكست قطره………………….. ……………………. ……………………………………29
3-3- ائتلاف قطره………. ……………………… ………………………………………………….33
3-4- عوامل موثر در تشكيل و كنترل مورفولوژي سامانههاي دوفازي پليمري………………..35
3-4-1- نسبت ويسكوزيتهها……………. …………………………………………………………35
3-4-2- اثر سازگار كننده…………. ………………………………………………………………..37
3-4-3- نسبت الاستيسيتهها………….. ……………………………………………………….38
3-4-4- تركيب درصد………. ……………………………………………………………………. 40
3-4-5- نقش تنش برشي…………. ……………………………………………………………..41
3-5- عوامل موثر در تشكيل و كنترل مورفولوژي سامانههاي سه فازي پليمري……………..41
3-5-1- اثر كشش بين سطحي…………………. ………………………………………………42
3-5-2- اثر نسبت ويسكوزيتهها…………….. …………………………………………………..47
3-5-3- اثر تركيب درصد……………………………… ……………………………………………48
3-5-4- اثر شرايط فرآيند…………….. …………………………………………………………..51
3-5-5- اثر الاستيسيته…….. …………………………………………………………………….53
3-6- ارتباط ريزساختار با رفتار رئولوژيكي در آلياژهاي پليمري……………………………….55
3-7- ارتباط ريزساختار با خواص مكانيكي در آلياژهاي پليمري……………………………….61

3
فصل چهارم: مروري بر مطالعت انجام شده
4-1- چقرمه سازي پلي پروپيلن و آلياژهاي PP/EPDM………………………… ا…………………..65
4-2- آلياژهاي PP/PA………………ا………. ……………… …………………………………………73

4
فصلپنجم: نتيجه گيري وپيشنهادات
ن تيجه گيري………… …………………….. ……………………………………………………………79
پيشنهادات………….. …………………………….. ……………… ………………………………….80

پيوست ها……………. …………………… …………………………………………………………..81
منابعوماخذ……….. ……….. ……………….. ………………………………………………………..82
فهرست منابع لاتين………………………………………. ……………………………………………82

فهرست جداول

جدول 3-1- مقادير ضريب پخش محاسبه شده براي زوجهاي آلياژ PMMA/PS/HDPE………….ا…………………..43
جدول4-4 – خواص مختلف آلياژهاي PP/EPDM پخت شده با سه روش مختلف……………………………………………………68
جدول 4-5- دماي ذوب و كريستاليزاسيون و ثوابت آورامي آلياژهاي PP/EPDM ……………………………..ا………………….70
شكل3-1- تغيير فرم قطره در يك جريان برشي يكنواخت و هايپربوليك صفحهاي…………………………………………………….30

شكل3-2- مقايسه شكست قطرات نيوتني در ميدانهاي برشي و كششي………………………….. …………………………….32

شكل3-3- مراحل ائتلاف سه مرحلهاي……… ……… ………..33

شكل3-4- مكانيسم انعقاد قطرات…………. . ….. …….34

شكل3-5- تصاويرSEM آلياژهاي (الف) 1PP/EPDM(ب) 2PP/EPDM با تركيب درصد 80/20…..ا……….36
شكل3-6- حالت مختلف از encapsulation در قطرات كامپوزيتي……………………….. …………………………………..43
شكل3-7- تصوير سهبعدي مورفولوژي PS/PMMA/HDPE ا……………….44

شكل3-8- تصاوير ميكروسكوپي سطح شكست ماتريسهاي PMMA كه با سيكلوهگزان Etch شدهاند……………..50
شكل3-9- ميكروگرافهاي SEM آلياژهاي PP/HDPE/m-PE………………….ا………………………………………………….52
شكل3-10-ميكروگرافهايHDPE/PPSEM…………………….. ………………………..ا……………. ……………………53
شكل3-11- شماتيك حضور كوپليمر گرافت شده بلوكي در سطح مشترك PA و LCP ……………………….ا………………54
شكل3-12-تصاويرSEMسطوحشكستلياژهاي……………….. ……. …..55
شكل3-13- تكاملريزساختارآلياژهاي تحت آزمون خزش……………… …………………………………………………59
شكل3-14- قطر ميانگين حجمي معادل ذرات پراكنده در برابر كرنش تحت آزمونهاي خزش با سه سرعت برش
مختلف……… ……….. ………………………………………………………………..59
شكل3-15- تغييرات ويسكوزيته آلياژ به صورت تابعي از كرنش در آزمونهاي خزش با سرعت برشي مختلف………..60.
شكل3 -16- رشد ترك در آلياژهاي a) PP/PA6/POE)با ضخامت كمتر و (b)بيشتر پوسته لاستيكي………………………………63
شكل4-1-نمايي از تغييرفرم لايه ها در آلياژ PP/EPDM………. ……..ا………………………………………. ……….66

شكل 4-2. دياگرام شماتيك مدل پيشنهادي براي مورفولوژي آلياژ PP/EPDM …………………….ا……………. ………….69
شكل4-3. تصاوير SEM آلياژ PP/EPDM ….. …………………….ا……………………..71

شكل4-4. طيف IR مربوط به PP و EPDM………….. ……………….. …………………..ا………………….72
شكل 4-5. واكنش گروههاي انتهايي آميني پليآميد با گروههاي مالئه ……….74

شكل 4 -6. قرارگيري سازگاركننده در فصل مشترك دو فاز پليپروپيلن و پليآميد ………………………………… …………………74

شكل4 -7. تصاوير SEM سطح شكست مربوط به آلياژهاي. PP/PA6/POE-g-MA……………..ا……………………………………….75

شكل4-8  تابعيت مدول ذخيره به دما در آلياژهاي مطالعه شده…………… …………….76

شكل4-9 منحنيهاي تنش-كرنش آلياژهاي بر پايه PP/EPDM ….. ……ا……… ……76

شكل4-10. ساختار مولكولي پلياكسيپروپيلن آميد………………… …………………….. …………..77

فصل اول:كليات

1- 1- هدف

از لحاظ تاريخي اولين آميزه اي كه از اختلاط دو پليمر متفاوت بدست آمد، نوريل مي باشد كه از اختلاط پلي فنيلن اتر و پلي استايرن در سال 1960 توسط شركت جنرال الكتريك بدست آمد. در سال 1970 ميلادي تكنولوژي مربوط به آميزه ها ي پليمري در موقعيت مناسبي ، به عنوان حوزه وسيعي از تحقيق و توسعه در علوم پليمر نائل شد. آلياژها و آميزه هاي پليمري از 30% وزني مصارف پليمر را دربر مي گيرند و آهنگ رشدي برابر با 9 درصد در سال را دارا مي باشد و اين نقش رو به ازدياد است . با توجه به اين موضوع كه هزينه توليد آميزه هاي پليمري نسبت به توليد مواد پليمري جديد بسيار پايين تر است روش آميزه كاري يك تكنيك اقتصادي و مقرون به صرفه مي باشد. دلايل زير علت اين امر را مشخص مي كنند:
1- افزايش كارائي پليمرهاي مهندسي از طريق رقيق كردن آنها با پليمرهاي ارزانتر
2- بدست آوردن آميزه با كارائي بالا از طريق واكنش پليمرها با يكديگر
3- تنظيم اجزاء آميزه جهت حصول خصوصيات مورد نظر مشتري
4- تهيه مواد با كليه خواص مطلوب
5- بازاريابي پلاستيك هاي صنعتي و يا شهري در حدود 65% از آميزه ها و آلياژهاي پليمري بتوسط سازندگان رزين ، 25% توسط كمپاني هاي آميزه ساز و بقيه توسط واسط هاي اين صنعت توليد مي شوند.

1- 2- پيشينه تحقيق
در چند دهه اخير آميختن پليمرها به عنوان يك مسير مهم به سوي توليد محصولات جديـد پليمـري شـناخته شـده است.پيشرفت چشمگير علمي و اقتصادي در زمينه آميزه هاي پليمري از اين حقيقت منشعب مي شود كه براي ساخت مواد جديد لزوماً به مولكولهاي جديد نياز نيست بلكه اختلاط مواد موجـود مـي توانـد بـه طـور سـريع و اقتصـادي تـ ر پاسخگوي نياز باشد.در اين رابطه روشهاي زيادي توسط دست اندر كاران علم پليمر مورد اسـتفاده قـرار گرفـت كـه از بين آنها مي توان به روشهاي تقويت سازي كوپليمريزاسيون و آلياژ سازي اشاره كرد. از بين روشهاي مختلف روش آلياژ سازي اشاره كرد.از بين روشهاي مختلف روش آلياژسازي به دليل ويژگيهايي نظير انعطاف پذير بودن در انتخاب مواد و طراحي خواص محصول نهايي و اقتصادي بودن آن از جايگاه ممتاز و ويژه اي بر خـوردار گرديـده اسـت.از دهـه 1960 آلياژسازي پليمرها به عنوان تكنيك برتر در علوم و تكنولوژي پليمـر جايگـاه خـود را پيـدا كـرد و طـي دو دهـه اخيـر پيشرفتهاي قابل توجهي حاصل گرديد.از زمانيكه براي اولين بار پلي استايرن مقاوم در برابر ضـربه (HIPS)و اسـتايرن بوتـادي ان رابـر(ABS)بـه بـازار آمـد صـنعت پلاسـتيك اصـل چقرمـه كـردن بـه وسـيله لاسـتيك هـا را بـه تمـام ترموپلاستيكهاي گسترش داد و همچنان گريدهاي تجاري و برتر ترموپلاستيكهاي چقرمه شده رو به افرايش است. لازم به ذكر است كه آميزه كاري لاستيكها حدود يك قرن زودتر از ترموپلاستيكها توسـط تومـاس هنكـوك از مخلـوط لاستيك طبيعي با نوعي كائوچو جهت حصـول لباسـهاي ضـد آب بدسـت آمـده اسـت.بعـد از پيـدايش اولـين آميـزه بازارآميزها و آلياژهاي پليمري رشد سريعي داشته و آميزه هاي مختلف زيـادي بـه بازارعرضـه عرضـه شـده اسـت كـه بيشترين ميزان نرخ رشد اين بخش از صنعت پليمر در دهه 80 مي باشد .به عنوان مثال در سال 1987 حـدود 60 تـا 70 درصد پلي الفين ها و 23 درصد بقيه پليمرهاي فروخته شده در بازار به صورت آميزه بوده است. در دنياي اقتصادي امروز سخن اول را اقتصاد مي زند بايد روشي را انتخاب كرد كه مقرون به صـرفه باشـد.توليـد مـواد پلاستيكي جديد معمولا 10-8 سال به طول نمي انجامد در حالي كه توليد آميزه با همـان خصوصـيات 5-3 سـال بـه طول مي كشد.اولين آميزه كه از دو پليمر غير همسان به دست آمده نوريل مي باشد و آن آميزه اي است كـه از اخـتلاط پلـي فنـيلن اكسايد و پلي استايرن در سال 1960 توسط شركت جنرال الكتريك بدست آمد. در راستاي تحقيقات و مطالعات صورت گرفته بر روي سيستم هاي دو جزئـي از حيـث مورفولـوژي ، چسـبندگي بـين سطحي و خواص مكانيكي اين ديدگاه در بين محققين شكل گرفت كه با اضافه كردن جزسوم در اين آلياژها بسياري از ضعفها منجمله مورفولوژي نا مطلوب و خواص مكانيكي ضعيف را بهبود ببخشند.بدين ترتيب بحث سيستم هاي آلياژي چند جزئي به عنوان يك فاز مطالعاتي و زمينه تحقيقاتي جديد وارد حوزه علوم و تكنولوژي پليمر شد. در آلياژهاي چند فازي با بيش از دو جزمورفولوژي نهايي عمدتاً تابع شرايط و خواص بين سطحي مي باشـد .Hobbsو همكارانش اولين بار مطالعه بر روي مورفولوژي آلياژهاي سه فازي را انجام داد.

فصل دوم:مروري برمباني سامانه هاي چندفازي پليمري

2- 1- مقدمه
پيشرفتهاي چشمگير علمي و اقتصادي در زمينه آميزههاي پليمري در سه دهه اخير ريشه در اين واقعيت دارد كه ساخت پليمرهاي جديد با خواص موردنياز لزوماً مستلزم استفاده از منومرهاي جديد نيست، بلكه اختلاط و آلياژسازي پليمرهاي موجود، سريعتر و اقتصاديتر از خلق يك شيمي جديد ميتواند پاسخگوي نيازهاي روزافزون باشد.بطور كلي دلايل اصلي آلياژسازي از نقطهنظر اقتصادي عبارتند از :
• توسعه دامنه كاربرد رزينهاي مهندسي از طريق اختلاط آنها با پليمرهاي ارزانتر.
• توليد موادي با خواص كلي بهينه شده با هزينههاي پايين.
• استفاده مجدد از ضايعات پلاستيكي صنعتي و خانگي.
• امكان تغييرات سريع و آسان در فرمولاسيون.
• كاهش تعداد انواع مواد مصرفي يا كاهش تنوع مواد.
• تنظيم تركيب و خواص آلياژ بر اساس نياز مشتري.
• انعطافپذيري واحد توليدي و سرعت بالاي توليد. ارجحيت آلياژسازي از بعد خواص را ميتوان در موارد زير خلاصه نمود:
• فرآيندپذيري بهتر، يكنواختي محصول و ضايعات كم.
• بهبود خواص ويژه از قبيل قدرت ضربهاي، مقاومت در برابر حلالها، آتشگيري و پايداري ابعادي.
• بهبود مقاومت كششي، مدول و HDT[2و 1].
يكي از مهمترين اين مشكلات عدم اختلاطپذيري اغلب پليمرها ميباشد. به عبارت ديگر هنگامي كه پليمرها با يكديگر مخلوط ميشوند، اجزاء مخلوط تمايل به جدايي از يكديگر دارند و هر يك فاز جداگانهاي را تشكيل ميدهند. از اين ديدگاه آلياژهاي پليمري به دو دسته تقسيم ميشوند:

1- آلياژهاي پليمري امتزاج پذير1
آلياژهاي پليمري كه تا مقياس مولكولي همگن هستند. در اين دسته از آلياژها زنجيرهاي دو پليمر در كنار يكديگر قرار گرفته و مولكولهاي يك پليمر بطور يكنواخت در داخل مولكولهاي پليمر ديگر توزيع ميشوند. گرماي آزاد اختلاط اين پليمرها معمولاً منفي ميباشد.
در اين دسته از مواد بدليل عدم تمايل به اختلاط از سوي دو پليمر گرماي آزاد اختلاط مثبت بوده و دو ماده به صورت دو فاز مجزا كنار هم قرار ميگيرند.
همانطور كه اشاره شد، به علت جرم مولكولي بالاي پليمرها و برهمكنشهاي ضعيف بين آنها، سازگاري در مخلوطهاي پليمري به ندرت اتفاق ميافتد. بنابراين جهت بهبود سازگاري در آلياژها ميبايد با استفاده از روشهايي، برهمكنش بين دو پليمر را تغيير داد. اين روشها بسيار متنوع بوده و از حالتهاي سادهاي نظير تغييرات جزئي در ساختمان پليمر تا روشهاي پيچيدهتري نظير شبكههاي درهمفرورونده3 (IPN) را دربرميگيرد.در ادامه به برخي از اين روشها به اختصار اشاره ميگردد.
2- 2- 1- اصلاحجزئيساختمانپليمر
زماني كه دو پليمر سامانه امتزاجپذيري را تشكيل ميدهند، در حالي كه انرژي آزاد اختلاط مقدار مثبت بزرگي نمي-باشد، ميتوان احتمال داد كه با اصلاح جزئي در سامانه، سازگاري بطور چشمگيري افزايش مييابد. در اين حالت مي-توان با اصلاح ساختمان يك يا هر دو جزء به سازگاري بالاتري دست يافت. اين اصلاح ميتواند شامل اصلاح منومر اوليه و يا اصلاح ساختمان پليمر بطور مثال تغيير در نظم فضايي4 در مرحله نهائي گردد. به عنوان مثال ميتوان به كلرينه كردن پلياتيلن، نيتره كردن يا سولفونه كردن حلقه بنزني در زنجير پلياستايرن اشاره كرد كه باعث تغيير جزئي در ساختمان پليمر شده و بنابراين پارامتر حلاليت اين پليمر را بميزان اندكي تغيير ميدهد.
2- 2- 2- تشكيلكوپليمرهايجزءبهجزء1وپيوندزده2
اگر چه برخي از محققان، كوپليمرها را دسته جديدي از پليمرها به حساب ميآوردند، ليكن كوپليمرها در واقع نوعي آلياژ هستند كه اتصال بين دو جزء تشكيلدهنده آلياژ، يك پيوند شيميايي كووالانسي ميباشد. اين موضوع در كوپليمرهاي جزءبهجزء و پيوندي كاملاً مشهود ميباشد. در كوپليمر جزءبهجزء كه از دو جزء با جرم مولكولي نسبتاً بالاي A و B تشكيل گرديده، تنها وجود يك پيوند كووالانسي به ازاء هر مولكول باعث سازگاري بالاي دو جزء A و B يا در حقيقت امتزاج پذيري دو پليمر Aو B ميگردد. البته در اين حالت نيز، اگر جرم مولكولي دو جزء از حدي بالاتر رود، سامانه دوفازي ميگردد، ليكن دوفاز تشكيلشده در سامانه با پيوندهاي شيميايي بهم متصل ميباشند.

فصل سوم:تشكيل مورفولوژيدرآلياژهاي پليمري

3-1- مقدمه
با توجه به نقش كليدي مورفولوژي در تعيين رفتار و خواص رئولـوژيكي و مكـانيكي آلياژهـاي پليمـري تحقيقـاتگستردهاي در رابطه با عوامل موثر بر تشكيل و كنترل مورفولوژي اين سامانهها صورت گرفته است. با اين حال تـاكنونمدل جامعي كه بتوان اطلاعات لازم را در جهت پيشبيني و يا كنترل مورفولوژي اينگونه آلياژها ارائـه دهـد، پيشـنهادنگرديده است.طالعات صورت گرفته در اين زمينه مشخص ميكند كه اندازه نهايي ذرات در داخل ماتريس تحت تاثير دو پديـدهشكست و انعقاد قطرات بوده و در حقيقت پارامترهاي تقويت كننده و تضعيف كننده اين دو پديـده همـان پارامترهـايتاثيرگذار بر روي ريزساختار و نتيجتاً خواص محصول نهايي موردنظر هستند. در اين بخش به توضـيح اجمـالي ايـن دوپديده و سپس پارامترهاي كنترل كننده ريزساختار پرداخته ميشود.


مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


 فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت 25 هزار تومان

 


فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35 هزار تومان