مقدمه

نیاز روز افزون بشر به مواد با کیفیت و خواص مطلوب باعث شده که توجه او به مواد پلیمری (که تـا حـدود زیـادی دررفـــع ایـــن نیـــ از موفـــق بـــوده انـــد ) بیشـــتر شـــده و روز بـــه روز بـــر دامنـــه اســـتفاده از آنهـــا افـــزوده می گردد. واضح است که با افزایش مصرف ، هر روز بر تعداد پلیمرهای جدید افزوده شده به طوری که آغاز تولد صنعتپلیمر تاکنون پلیمرهای زیادی با خواص متنوعی منتشر شده اند . معهذا بعضی اوقات با توجه به نیازهای جدید صنعت و بازار ، خواصی لازم است که هیچ یک از پلیمرهای موجود به تنهایی جوابگوی خصوصیات نمی باشند بطور کلی برای طراحی فرمول یک ماده پلیمری جدید با خواص مشخص لااقل چهار راه وجود دارد :
– ساخت منومرهای جدید

– استفاده از روشها و تکنیک های جدید پلیمریزاسیون
– ساخت کوپلیمرهای بلاک یا گرافت

– آلیاژ نمودن پلیمرهای موجود
در طی دو دهه اخیر مشخص گردیده است که استفاده از آلیاژهای پلیمری معمولاً خیلی اقتصادی تر بوده و سـریعتر ازسایر روشها به نتیجه مطلوب می رسد . هم اکنون سالانه بـیش از 4500 ، اختـر اع (Patent) و لااقـل 10 برابـر ایـن تعداد مقالات علمی در این زمینه به چاپ می رسد و در حالیکه استفاده از پلیمرها در کامپوزیت ها و پلاستیک های پر شده ، به حدود 29 درصد رسیده است ، استفاده از پلیمرهای خالص به کمتر از 50 درصد تقلیل یافته اسـت. در طـی دهه 80 ساخت آلیاژها تکامل زیادی یافته و به عنوان مثال در سال 1987 حدود 60 تا 70 درصد پلی اولفین ها و 23 درصد سایر پلیمرها به صورت مخلوط های پلیمری فروخته شده اند . در طی دهه 80 رشد سالانه صنعت پلاسـتیک 2 تا 4 درصد بوده است در حالیکه رشد تولید آلیاژ 9 تا 11 درصد و رشد تولیـد و آلیاژهـای سـاخته شـده از پلیمرهـای مهندسی در مدت مشابه به 13 تا 17 درصد رسیده است . این نرخ رشد هم اکنون نیز با سرعت زیادی ادامـه داشـته و در هفته و حتی هر روز آلیاژهای جدید با خواص متنوع و مطلوب ساخته می شوند .

فهرست مطالب

فصل اول : کلیات

چکیده         1

مقدمه               2
1-1-هدف……… ………………. …………………………………………………………….14
1-2- پیشینه تحقیق……. ……………………………………….. …………… …………..17

فصل دوم : مروری بر مبانی سامانه های چند فازی پلیمری

2-1- مقدمه………… …………………………. …………………………………………….20
2-2- روشهای بهبود سازگاری……………………………………………………………….21
2-2-1- اصلاح جزئی ساختمان پلیمر…………………………………………………………21
2-2-2- تشکیل کوپلیمرهای جزءبهجزءو پیوندزده……………………. …………………….22
2-2-3- تشکیل شبکههای درهم نفوذکننده(IPN)……………ا…………………………….22
2-2-4- شبکهای کردن………………….. …………………………………………………..23
2-2-5- عاملدارکردن………………… ………………. ………………………………………23
2-2-6- ایجاد گروههای تشکیلدهنده پیوند یونی………… ………………………………..24
2-2-7- روشهای متفرقه……. …………………………………………………………………24
2-3- روشهای برآورد سازگاری مخلوطهای پلیمری……………………………. ………….25
2-4- روشهای اختلاط………………. ………………………. ………………………….. ….26

فصل سوم: تشکیل مورفولوژی در آلیاژهای پلیمری

3-1- مقدمه……………. ……………………… ……………………………………………….29
3-2- شکست قطره………………….. ……………………. ……………………………………29
3-3- ائتلاف قطره………. ……………………… ………………………………………………….33
3-4- عوامل موثر در تشکیل و کنترل مورفولوژی سامانههای دوفازی پلیمری………………..35
3-4-1- نسبت ویسکوزیتهها……………. …………………………………………………………35
3-4-2- اثر سازگار کننده…………. ………………………………………………………………..37
3-4-3- نسبت الاستیسیتهها………….. ……………………………………………………….38
3-4-4- ترکیب درصد………. ……………………………………………………………………. 40
3-4-5- نقش تنش برشی…………. ……………………………………………………………..41
3-5- عوامل موثر در تشکیل و کنترل مورفولوژی سامانههای سه فازی پلیمری……………..41
3-5-1- اثر کشش بین سطحی…………………. ………………………………………………42
3-5-2- اثر نسبت ویسکوزیتهها…………….. …………………………………………………..47
3-5-3- اثر ترکیب درصد……………………………… ……………………………………………48
3-5-4- اثر شرایط فرآیند…………….. …………………………………………………………..51
3-5-5- اثر الاستیسیته…….. …………………………………………………………………….53
3-6- ارتباط ریزساختار با رفتار رئولوژیکی در آلیاژهای پلیمری……………………………….55
3-7- ارتباط ریزساختار با خواص مکانیکی در آلیاژهای پلیمری……………………………….61

3
فصل چهارم: مروری بر مطالعت انجام شده
4-1- چقرمه سازی پلی پروپیلن و آلیاژهای PP/EPDM………………………… ا…………………..65
4-2- آلیاژهای PP/PA………………ا………. ……………… …………………………………………73

4
فصلپنجم: نتیجه گیری وپیشنهادات
ن تیجه گیری………… …………………….. ……………………………………………………………79
پیشنهادات………….. …………………………….. ……………… ………………………………….80

پیوست ها……………. …………………… …………………………………………………………..81
منابعوماخذ……….. ……….. ……………….. ………………………………………………………..82
فهرست منابع لاتین………………………………………. ……………………………………………82

فهرست جداول

جدول 3-1- مقادیر ضریب پخش محاسبه شده برای زوجهای آلیاژ PMMA/PS/HDPE………….ا…………………..43
جدول4-4 – خواص مختلف آلیاژهای PP/EPDM پخت شده با سه روش مختلف……………………………………………………68
جدول 4-5- دمای ذوب و کریستالیزاسیون و ثوابت آورامی آلیاژهای PP/EPDM ……………………………..ا………………….70
شکل3-1- تغییر فرم قطره در یک جریان برشی یکنواخت و هایپربولیک صفحهای…………………………………………………….30

شکل3-2- مقایسه شکست قطرات نیوتنی در میدانهای برشی و کششی………………………….. …………………………….32

شکل3-3- مراحل ائتلاف سه مرحلهای……… ……… ………..33

شکل3-4- مکانیسم انعقاد قطرات…………. . ….. …….34

شکل3-5- تصاویرSEM آلیاژهای (الف) 1PP/EPDM(ب) 2PP/EPDM با ترکیب درصد 80/20…..ا……….36
شکل3-6- حالت مختلف از encapsulation در قطرات کامپوزیتی……………………….. …………………………………..43
شکل3-7- تصویر سهبعدی مورفولوژی PS/PMMA/HDPE ا……………….44

شکل3-8- تصاویر میکروسکوپی سطح شکست ماتریسهای PMMA که با سیکلوهگزان Etch شدهاند……………..50
شکل3-9- میکروگرافهای SEM آلیاژهای PP/HDPE/m-PE………………….ا………………………………………………….52
شکل3-10-میکروگرافهایHDPE/PPSEM…………………….. ………………………..ا……………. ……………………53
شکل3-11- شماتیک حضور کوپلیمر گرافت شده بلوکی در سطح مشترک PA و LCP ……………………….ا………………54
شکل3-12-تصاویرSEMسطوحشکستلیاژهای……………….. ……. …..55
شکل3-13- تکاملریزساختارآلیاژهای تحت آزمون خزش……………… …………………………………………………59
شکل3-14- قطر میانگین حجمی معادل ذرات پراکنده در برابر کرنش تحت آزمونهای خزش با سه سرعت برش
مختلف……… ……….. ………………………………………………………………..59
شکل3-15- تغییرات ویسکوزیته آلیاژ به صورت تابعی از کرنش در آزمونهای خزش با سرعت برشی مختلف………..60.
شکل3 -16- رشد ترک در آلیاژهای a) PP/PA6/POE)با ضخامت کمتر و (b)بیشتر پوسته لاستیکی………………………………63
شکل4-1-نمایی از تغییرفرم لایه ها در آلیاژ PP/EPDM………. ……..ا………………………………………. ……….66

شکل 4-2. دیاگرام شماتیک مدل پیشنهادی برای مورفولوژی آلیاژ PP/EPDM …………………….ا……………. ………….69
شکل4-3. تصاویر SEM آلیاژ PP/EPDM ….. …………………….ا……………………..71

شکل4-4. طیف IR مربوط به PP و EPDM………….. ……………….. …………………..ا………………….72
شکل 4-5. واکنش گروههای انتهایی آمینی پلیآمید با گروههای مالئه ……….74

شکل 4 -6. قرارگیری سازگارکننده در فصل مشترک دو فاز پلیپروپیلن و پلیآمید ………………………………… …………………74

شکل4 -7. تصاویر SEM سطح شکست مربوط به آلیاژهای. PP/PA6/POE-g-MA……………..ا……………………………………….75

شکل4-8  تابعیت مدول ذخیره به دما در آلیاژهای مطالعه شده…………… …………….76

شکل4-9 منحنیهای تنش-کرنش آلیاژهای بر پایه PP/EPDM ….. ……ا……… ……76

شکل4-10. ساختار مولکولی پلیاکسیپروپیلن آمید………………… …………………….. …………..77

فصل اول:کلیات

1- 1- هدف

از لحاظ تاریخی اولین آمیزه ای که از اختلاط دو پلیمر متفاوت بدست آمد، نوریل می باشد که از اختلاط پلی فنیلن اتر و پلی استایرن در سال 1960 توسط شرکت جنرال الکتریک بدست آمد. در سال 1970 میلادی تکنولوژی مربوط به آمیزه ها ی پلیمری در موقعیت مناسبی ، به عنوان حوزه وسیعی از تحقیق و توسعه در علوم پلیمر نائل شد. آلیاژها و آمیزه های پلیمری از 30% وزنی مصارف پلیمر را دربر می گیرند و آهنگ رشدی برابر با 9 درصد در سال را دارا می باشد و این نقش رو به ازدیاد است . با توجه به این موضوع که هزینه تولید آمیزه های پلیمری نسبت به تولید مواد پلیمری جدید بسیار پایین تر است روش آمیزه کاری یک تکنیک اقتصادی و مقرون به صرفه می باشد. دلایل زیر علت این امر را مشخص می کنند:
1- افزایش کارائی پلیمرهای مهندسی از طریق رقیق کردن آنها با پلیمرهای ارزانتر
2- بدست آوردن آمیزه با کارائی بالا از طریق واکنش پلیمرها با یکدیگر
3- تنظیم اجزاء آمیزه جهت حصول خصوصیات مورد نظر مشتری
4- تهیه مواد با کلیه خواص مطلوب
5- بازاریابی پلاستیک های صنعتی و یا شهری در حدود 65% از آمیزه ها و آلیاژهای پلیمری بتوسط سازندگان رزین ، 25% توسط کمپانی های آمیزه ساز و بقیه توسط واسط های این صنعت تولید می شوند.

1- 2- پیشینه تحقیق
در چند دهه اخیر آمیختن پلیمرها به عنوان یک مسیر مهم به سوی تولید محصولات جدیـد پلیمـری شـناخته شـده است.پیشرفت چشمگیر علمی و اقتصادی در زمینه آمیزه های پلیمری از این حقیقت منشعب می شود که برای ساخت مواد جدید لزوماً به مولکولهای جدید نیاز نیست بلکه اختلاط مواد موجـود مـی توانـد بـه طـور سـریع و اقتصـادی تـ ر پاسخگوی نیاز باشد.در این رابطه روشهای زیادی توسط دست اندر کاران علم پلیمر مورد اسـتفاده قـرار گرفـت کـه از بین آنها می توان به روشهای تقویت سازی کوپلیمریزاسیون و آلیاژ سازی اشاره کرد. از بین روشهای مختلف روش آلیاژ سازی اشاره کرد.از بین روشهای مختلف روش آلیاژسازی به دلیل ویژگیهایی نظیر انعطاف پذیر بودن در انتخاب مواد و طراحی خواص محصول نهایی و اقتصادی بودن آن از جایگاه ممتاز و ویژه ای بر خـوردار گردیـده اسـت.از دهـه 1960 آلیاژسازی پلیمرها به عنوان تکنیک برتر در علوم و تکنولوژی پلیمـر جایگـاه خـود را پیـدا کـرد و طـی دو دهـه اخیـر پیشرفتهای قابل توجهی حاصل گردید.از زمانیکه برای اولین بار پلی استایرن مقاوم در برابر ضـربه (HIPS)و اسـتایرن بوتـادی ان رابـر(ABS)بـه بـازار آمـد صـنعت پلاسـتیک اصـل چقرمـه کـردن بـه وسـیله لاسـتیک هـا را بـه تمـام ترموپلاستیکهای گسترش داد و همچنان گریدهای تجاری و برتر ترموپلاستیکهای چقرمه شده رو به افرایش است. لازم به ذکر است که آمیزه کاری لاستیکها حدود یک قرن زودتر از ترموپلاستیکها توسـط تومـاس هنکـوک از مخلـوط لاستیک طبیعی با نوعی کائوچو جهت حصـول لباسـهای ضـد آب بدسـت آمـده اسـت.بعـد از پیـدایش اولـین آمیـزه بازارآمیزها و آلیاژهای پلیمری رشد سریعی داشته و آمیزه های مختلف زیـادی بـه بازارعرضـه عرضـه شـده اسـت کـه بیشترین میزان نرخ رشد این بخش از صنعت پلیمر در دهه 80 می باشد .به عنوان مثال در سال 1987 حـدود 60 تـا 70 درصد پلی الفین ها و 23 درصد بقیه پلیمرهای فروخته شده در بازار به صورت آمیزه بوده است. در دنیای اقتصادی امروز سخن اول را اقتصاد می زند باید روشی را انتخاب کرد که مقرون به صـرفه باشـد.تولیـد مـواد پلاستیکی جدید معمولا 10-8 سال به طول نمی انجامد در حالی که تولید آمیزه با همـان خصوصـیات 5-3 سـال بـه طول می کشد.اولین آمیزه که از دو پلیمر غیر همسان به دست آمده نوریل می باشد و آن آمیزه ای است کـه از اخـتلاط پلـی فنـیلن اکساید و پلی استایرن در سال 1960 توسط شرکت جنرال الکتریک بدست آمد. در راستای تحقیقات و مطالعات صورت گرفته بر روی سیستم های دو جزئـی از حیـث مورفولـوژی ، چسـبندگی بـین سطحی و خواص مکانیکی این دیدگاه در بین محققین شکل گرفت که با اضافه کردن جزسوم در این آلیاژها بسیاری از ضعفها منجمله مورفولوژی نا مطلوب و خواص مکانیکی ضعیف را بهبود ببخشند.بدین ترتیب بحث سیستم های آلیاژی چند جزئی به عنوان یک فاز مطالعاتی و زمینه تحقیقاتی جدید وارد حوزه علوم و تکنولوژی پلیمر شد. در آلیاژهای چند فازی با بیش از دو جزمورفولوژی نهایی عمدتاً تابع شرایط و خواص بین سطحی می باشـد .Hobbsو همکارانش اولین بار مطالعه بر روی مورفولوژی آلیاژهای سه فازی را انجام داد.

فصل دوم:مروری برمبانی سامانه های چندفازی پلیمری

2- 1- مقدمه
پیشرفتهای چشمگیر علمی و اقتصادی در زمینه آمیزههای پلیمری در سه دهه اخیر ریشه در این واقعیت دارد که ساخت پلیمرهای جدید با خواص موردنیاز لزوماً مستلزم استفاده از منومرهای جدید نیست، بلکه اختلاط و آلیاژسازی پلیمرهای موجود، سریعتر و اقتصادیتر از خلق یک شیمی جدید میتواند پاسخگوی نیازهای روزافزون باشد.بطور کلی دلایل اصلی آلیاژسازی از نقطهنظر اقتصادی عبارتند از :
• توسعه دامنه کاربرد رزینهای مهندسی از طریق اختلاط آنها با پلیمرهای ارزانتر.
• تولید موادی با خواص کلی بهینه شده با هزینههای پایین.
• استفاده مجدد از ضایعات پلاستیکی صنعتی و خانگی.
• امکان تغییرات سریع و آسان در فرمولاسیون.
• کاهش تعداد انواع مواد مصرفی یا کاهش تنوع مواد.
• تنظیم ترکیب و خواص آلیاژ بر اساس نیاز مشتری.
• انعطافپذیری واحد تولیدی و سرعت بالای تولید. ارجحیت آلیاژسازی از بعد خواص را میتوان در موارد زیر خلاصه نمود:
• فرآیندپذیری بهتر، یکنواختی محصول و ضایعات کم.
• بهبود خواص ویژه از قبیل قدرت ضربهای، مقاومت در برابر حلالها، آتشگیری و پایداری ابعادی.
• بهبود مقاومت کششی، مدول و HDT[2و 1].
یکی از مهمترین این مشکلات عدم اختلاطپذیری اغلب پلیمرها میباشد. به عبارت دیگر هنگامی که پلیمرها با یکدیگر مخلوط میشوند، اجزاء مخلوط تمایل به جدایی از یکدیگر دارند و هر یک فاز جداگانهای را تشکیل میدهند. از این دیدگاه آلیاژهای پلیمری به دو دسته تقسیم میشوند:

1- آلیاژهای پلیمری امتزاج پذیر1
آلیاژهای پلیمری که تا مقیاس مولکولی همگن هستند. در این دسته از آلیاژها زنجیرهای دو پلیمر در کنار یکدیگر قرار گرفته و مولکولهای یک پلیمر بطور یکنواخت در داخل مولکولهای پلیمر دیگر توزیع میشوند. گرمای آزاد اختلاط این پلیمرها معمولاً منفی میباشد.
در این دسته از مواد بدلیل عدم تمایل به اختلاط از سوی دو پلیمر گرمای آزاد اختلاط مثبت بوده و دو ماده به صورت دو فاز مجزا کنار هم قرار میگیرند.
همانطور که اشاره شد، به علت جرم مولکولی بالای پلیمرها و برهمکنشهای ضعیف بین آنها، سازگاری در مخلوطهای پلیمری به ندرت اتفاق میافتد. بنابراین جهت بهبود سازگاری در آلیاژها میباید با استفاده از روشهایی، برهمکنش بین دو پلیمر را تغییر داد. این روشها بسیار متنوع بوده و از حالتهای سادهای نظیر تغییرات جزئی در ساختمان پلیمر تا روشهای پیچیدهتری نظیر شبکههای درهمفرورونده3 (IPN) را دربرمیگیرد.در ادامه به برخی از این روشها به اختصار اشاره میگردد.
2- 2- 1- اصلاحجزئیساختمانپلیمر
زمانی که دو پلیمر سامانه امتزاجپذیری را تشکیل میدهند، در حالی که انرژی آزاد اختلاط مقدار مثبت بزرگی نمی-باشد، میتوان احتمال داد که با اصلاح جزئی در سامانه، سازگاری بطور چشمگیری افزایش مییابد. در این حالت می-توان با اصلاح ساختمان یک یا هر دو جزء به سازگاری بالاتری دست یافت. این اصلاح میتواند شامل اصلاح منومر اولیه و یا اصلاح ساختمان پلیمر بطور مثال تغییر در نظم فضایی4 در مرحله نهائی گردد. به عنوان مثال میتوان به کلرینه کردن پلیاتیلن، نیتره کردن یا سولفونه کردن حلقه بنزنی در زنجیر پلیاستایرن اشاره کرد که باعث تغییر جزئی در ساختمان پلیمر شده و بنابراین پارامتر حلالیت این پلیمر را بمیزان اندکی تغییر میدهد.
2- 2- 2- تشکیلکوپلیمرهایجزءبهجزء1وپیوندزده2
اگر چه برخی از محققان، کوپلیمرها را دسته جدیدی از پلیمرها به حساب میآوردند، لیکن کوپلیمرها در واقع نوعی آلیاژ هستند که اتصال بین دو جزء تشکیلدهنده آلیاژ، یک پیوند شیمیایی کووالانسی میباشد. این موضوع در کوپلیمرهای جزءبهجزء و پیوندی کاملاً مشهود میباشد. در کوپلیمر جزءبهجزء که از دو جزء با جرم مولکولی نسبتاً بالای A و B تشکیل گردیده، تنها وجود یک پیوند کووالانسی به ازاء هر مولکول باعث سازگاری بالای دو جزء A و B یا در حقیقت امتزاج پذیری دو پلیمر Aو B میگردد. البته در این حالت نیز، اگر جرم مولکولی دو جزء از حدی بالاتر رود، سامانه دوفازی میگردد، لیکن دوفاز تشکیلشده در سامانه با پیوندهای شیمیایی بهم متصل میباشند.

فصل سوم:تشکیل مورفولوژیدرآلیاژهای پلیمری

3-1- مقدمه
با توجه به نقش کلیدی مورفولوژی در تعیین رفتار و خواص رئولـوژیکی و مکـانیکی آلیاژهـای پلیمـری تحقیقـاتگستردهای در رابطه با عوامل موثر بر تشکیل و کنترل مورفولوژی این سامانهها صورت گرفته است. با این حال تـاکنونمدل جامعی که بتوان اطلاعات لازم را در جهت پیشبینی و یا کنترل مورفولوژی اینگونه آلیاژها ارائـه دهـد، پیشـنهادنگردیده است.طالعات صورت گرفته در این زمینه مشخص میکند که اندازه نهایی ذرات در داخل ماتریس تحت تاثیر دو پدیـدهشکست و انعقاد قطرات بوده و در حقیقت پارامترهای تقویت کننده و تضعیف کننده این دو پدیـده همـان پارامترهـایتاثیرگذار بر روی ریزساختار و نتیجتاً خواص محصول نهایی موردنظر هستند. در این بخش به توضـیح اجمـالی ایـن دوپدیده و سپس پارامترهای کنترل کننده ریزساختار پرداخته میشود.


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