مقدمه

علوم و تکنولوژي پلیمرها طی چند دهه اخیر گسترش و توسعه یافته اسـت . ایـن توسـعه ابتـدا فقـط محدود به تولید مونومرهاي جدید بود، اما با پیشرفت تکنولوژي در زمینه هاي متفاوت، موارد کاربردي زیادي حاصل شد بطوریکه پلیمرهاي تولید شده هیچکدام به تنهایی قابلیت کاربردي لازم را نداشتند.
همچنین تولید مونومرهاي جدید مستلزم کار آزمایشگاهی و تحقیقاتی طـولانی و طراحـی روش هـاي تولید صنعتی جدید می باشد، که فرایندي بسیار وقت گیر و هزینه بر می باشد. روش هاي دیگري کـه دراین زمینه مطرح گردید شامل تقویت، کوپلیمریزاسیون و آلیاژسازي می باشد. روش کوپلیمریزاسیون با موفقیت انجام گرفت، اما از لحاظ مسایل اقتصادي، تولید کوپلیمرهاي جدید با مشکل روبرو بـود . لـذاروش دیگر که براي بهبود خواص مواد پلیمري مورد توجه قرار گرفـت ، اخـتلاط دو یـا چنـد پلیمـر وساخت آلیاژ پلیمري می باشد. آلیاژسازي شامل اختلاط عمدتاً فیزیکی دو یـا چنـد پلیمـر بـا یکـدیگرمی باشد که در اثر این اختلاط خواص ویژه اي از آلیاژ حاصل بهبود می یابد.به عنـوان مثـال مـی تـوان اختلاطPVCخالص با ذرات لاستیکی را ذکر کرد که در نتیجه آن آلیاژي چقرمه حاصـل مـی گـردد .
امروزه آلیاژهاي پلیمري %16 از کل مصرف پلیمرها را تشکیل می دهد. بطـور کلـی مهمتـرین دلایـل اصلی آلیاژسازي پلیمرها که جنبه اقتصادي دارند عبارتند از:
1 – کاهش قیمت تمام شده محصول از طریق اختلاط آن با یک پلیمر ارزان قیمت
2 – تهیه و تولید موادي با کلیه خواص مورد نظر
3 – تولید مواد با کارآیی بالا از طریق تولید پلیمرهایی که بر هم کنش هم افزا (Synergistic) دارند.
4 – استفاده مجدد و بازیافت مواد پلیمري
5 – تنظیم ترکیب و خواص آلیاژ براساس نیاز مشتر

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چکیده ……………………………………………………………………………… أ1

مقدمه ……………………………………………………………………………… 2

فصل اول: کلیات

از آنجایی که پلیمر پلی وینیل کلراید خالص، شـکننده ،داراي مقاومـت ضـربه پـایین و فراینـد پـذیريمشکل است،می توان با استفاده از ذرات لاستیکی این خواص را بهبود داد و آلیاژي چقرمه بـه دسـتآورد.لذا بررسی مکانیزم هاي چقرمه سازي پلیمـر پلـی وینیـل کلرایـد بـا اسـتفاده از ذرات لاسـتیکیضروري به نظر می رسد.
1-2- پیشینه تحقیق

اولین پلیمرها در سال 1900 تولید و در سال 1940 اوج تولید آنها بود. تا سال 1960 تفکري در مورد مخلوط کردن پلیمرها و به عبارتی تهیه آلیاژ انجام نگرفته بود. از این زمان به بعد بود کـه ایـن تفکـربسیار مورد توجه قرار گرفت، زیرا با آلیاژسازي نتایجی غیر قابل انتظار بدست می آمد کـه همـین امـراشتیاق دانشمندان را براي تولید آلیاژهاي بیشتر تقویت نمود. از سال 1980 به بعد این علم پیشـرفت زیادي نمود و در 10 سال گذشته این امر به اوج خود رسیده است، بطوریکه %97 مقاله هاي کنونی به  آلیاژ مربوط میشوند. انتظار میرود این روند همچنان ادامه داشته باشد.
1-3- روش کار و تحقیق
براي انجام این پژوهش کتب و مقالات متفاوتی مورد مطالعه قرار گرفـت .ابتـدا خـواصPVCخـالص وسپس آلیاژ آن با ذرات لاستیکی بررسی شد.در ادامه مکانیزم هاي مختلـف بـراي چقرمگـی پلیمرهـامورد توجه قرار گرفت و در نهایت مکانیزم هاي موجود در رابطه با چقرمگی پلیمر پلی وینیل کلرایـدبا استفاده از ذرات لاستیکی مورد تحلیل قرار گرفت.
1-4- آلیاژسازي
در علوم پلیمري براي دستیابی به خواص جدید دو روش کلـی وجـود دارد. روش اول توسـعه تنـوع وتولید مونومرها و تکنیک هاي مختلف پلیمر شـدن مـی باشـد . روش دوم اسـتفاد ه از مخلـوط پلیمرهـامی باشد. به طور کلی آلیاژسازي شامل اختلاط عمدتاً فیزیکی دو یا چند پلیمر با یکدیگر می باشد کـه در اثر این اختلاط خواص ویژه اي از آلیاژ حاصل بهبود مییابد. پیشرفت علمـی و اقتصـادي در زمینـه آلیاژهاي پلیمري طی دو دهه اخیر بسیار زیاد بوده است. علت این امر در آن است که اولاً پلیمرهـاي موجود هیچ گاه تمامی خواص مورد نظر را در خود ندارند و همواره در کنار مزایاي آنهـا ، معـایبی نیـزوجود دارد، ثانیاً مولکول هاي جدید پلیمري همواره نیاز بـه مـواد جدیـد بـا خـواص معـین را بـرآوردنمی سازند. همچنین اختلاط مواد موجود می تواند سریع تر و اقتصادي تر از تولیـد یـک مونـومر جدیـدباشد. [1]

عوامل مؤثر بر آلیاژسازي
مهمترین عوامل دسته بندي آلیاژها، امتزاج پذیري و سازگاري اجزاء آلیاژ می باشد، کـه در ذیـل مـوردبررسی قرار می گیرد.
• مخلوط هاي پلیمري اختلاط پذیر (miscible): شامل مخلوط هایی است که رفتار تک فازي از
خود نشان میدهند و انرژي آزاد گیبس آنها منفی است.
• مخلوط هاي پلیمري اختلاط ناپذیر (immiscible) : شامل مخلوط هـایی اسـت کـه در تمـام
ترکیب ها و درجه حرار تها به صورت دو یا چند فازي هستند.
• مخلوط هاي پلیمري با اختلاط جزئی: شامل مخلوط هایی که تنها در بعضی از ترکیب درصدها و درجه حرارت ها اختلا طپذیر میباشند.
• مخلوط هاي پلیمري سازگار (compatible): شامل مخلوط هاي پلیمري است کـه بـین آنهـا
نیروي دافعه زیاد وجود ندارد و تشکیل یک سیستم همگن را میدهند و داراي خواص بهتري نسبت به اجزاء میباشد. [2]
آلیاژهاي پلیمري را میتوان از دو نظر روش تهیه و سازگاري طب قهبندي نمود. اگر سازگاري آلیاژ مورد توجه باشد تقسیم بندي بصورت شکل (1-1) و چ ننا چه ساخت آلیاژ مد نظر باشد تقسیم بندي بصورت شکل (1-2) خواهد بود.

3 1-1- هدف ………………………………………………………………………………… 4
1-2- پیشینه تحقیق ……………………………………………………………………….. 4
1-3- روش کار و تحقیق ……………………………………………………………………. 4
1-4- آلیاژسازي …………………………………………………………………………….. 5
1-5- عوامل مؤثر بر آلیاژسازي ……………………………………………………………. 5
1-6- طرز تهیه آلیاژهاي پلیمري ……………………………………………………………….. 7
1-6-1- اختلاط مذاب ………………………………………………………………………………. 8
1-6-2- کوپلیمریزاسیون ………………………………………………………………………….. 8
1-6-3- ریخته گري محلولی ………………………………………………………………………. 8
1-6-4- مخلوط در حالت لاتکس …………………………………………………………………. 9
1-6-5- پلیمرهاي شبکه اي در هم نفوذ کرده …………………………………………………… 9
1-7- مقدمه اي بر PVC و خواص آن……………………………………………………………… 10
1-7-1- روش تولید PVC …..ا………………………………………………………………….. 11
1-7-2- مواد افزودنی ……………………………………………………………………………. 12
1-7-3- پرکننده ها ………………………………………………………………………………… 13
1-8- ترموپلاستیک الاستومرها (TPEs) ……………ا………………………………………… 13
1-8-1- انواع ترموپلاستیک الاستومرها ……………………………………………………….. 15

فصل دوم: مروري بر مطالعات انجام شده

بطور کلی مواد چقرمه موادي هستند که انرژي شکست بالایی را دارا هستند و اغلب مقاومت در برابـرضربه آنها نیز بالا است. همچنین در این مواد، میزان اتلاف انرژي بالا می باشد. لذا در ادامه به بررسـیمکانیزم هاي چقرمگی و اتلاف انرژي در آلیاژهاي ترموپلاستیکی چند فاز می پردازیم.
(Particle deformation) تغییر فرم ذرات -1-1-2
این مکانیزم قدیمی ترین مکانیزم ارائه شده براي چقرمه سـازي مـی باشـد کـه توسـط مـرز(Merz) و همکارانش براي پلاستیک هاي اصلاح شده با ذرات لاستیک در سال 1956 ارائه گردید. آنهـا مشـاهدهکردند که با کشش و افزایش طول پلی استایرن با مقاومت ضربه بالا (HIPS)، حجم مـاده افـزایش وهمچنین یک سفیدشدگی برجسته در ماده بوجود می آید که این امر در نتیجـه ایجـاد تعـداد زیـاديترك هاي ریز می باشد. آنها پیشنهاد نمودند که ذرات لاستیک مابین ترك ها پل هایی ایجاد می نماینـدکه از رشد ترك ها جلوگیري می نمایند و در نتیجه میزان چقرمگی افزایش می یابد. امـا ایـن مکـانیزمنمی تواند پدیده سفیدشدگی ناشی از تنش را که در غلب پلاستیک هاي چقرمه شده با لاستیک اتفـاقمی افتد را توجیه کند. این مکانیزم جذب انرژي را به علت کشش ذرات لاستیکی چسبیده به نوك ترك مـی دانـد کـه ایـن امـرسبب کند شدن رشد ترك می گردد. بنابراین پیوندهاي الاسـتومري کـه دو طـرف تـرك را بهـم متصـلکرده اند، تمرکز تنش را در نوك ترك کاهش داده و پارگی آنها باعث اتلاف مقداري انرژي می شود. [12]
(Shear yielding) تسلیم در برابر برش -2-1-2
نتایج اولیه اي که اهمیت این مکانیزم را بیان می نماید از خواص فیزیکی و میکروسـکو پی مـوادحاوي اکریلونیتریل- بوتادین- استایرن حاصل گردیده است. مطالعات در این زمینه بیـان کننـده ایـنواقعیت است که در یک آزمون کشش تک بعدي که شامل پدیده هاي گردنکشی (necking)، کشش(drawing) و آرایش مولکولی (orientation) می باشد، مـاتریس در مجـاورت تمـامی ذرات متفـرقالاستومر دچار تغییر فرم پلاستیک موضعی ناشی از تسلیم در برابر برش شده است. [13] براي درك نقش ذرات الاستومر در چقرمه سازي آلیاژ، مطالعه میدان تنش در اطراف یک ذره ضـروريبه نظر می رسد. در این رابطه گودیر [14] رابطه اي بـراي محاسـبه تـنش در اطـراف یـک ذره کـرويالاستیک که توسط ماتریس الاستیک یکنواخت دربر گرفته شده و تحت تنش کششی تک بعـدي بـهدور از ذره قرار دارد، استخراج کرد. رابطه او مشخص کرد که براي ذره لاسـتیکی کـه معمـولاً مـدولبرشی کمتري نسبت به ماتریس دارد، حداکثر تمرکز تنش حول محور استواي ذره رخ می دهد و مقدار آن برابر 9/1 می باشد. علاوه بر این اگر فرض شود که چسبندگی ذرات به مـاتریس کامـل باشـد ایـنتنش به صورت سه بعدي خواهد بود. نیومن و استرلا [13] پیشنهاد نمودند که اصـلی تـرین عملکـردذرات لاستیکی بوجود آوردن تنش سه بعدي کـافی و ایجـاد حجـم آزاد موضـعی کـافی در مـاتریس
می باشد تا ماتریس بتواند تسلیم برشی و تغییر فرم پلاستیک را در مقیاس بالا شروع کند. نتـایج آنهـاحاکی از آن بود که علی رغم آنکه تنش متمرکز شده در خـط اسـتواي ذرات کـروي شـکل دو بعـدياست، اما این مقدار براي شروع تسلیم برش ماتریس کافی می باشد. همچنین آنها ادعا کردند که ذرات لاستیک می توانند به عنوان متوقف کننده ترك عمل کنند و بدین وسیله توجیه دیگري بـراي تفـاوتعملکرد بهتر و موثرتر ذرات لاستیکی نسبت به حفرات جهت چقرمه سازي پلاستیک هـا ارائـه کردنـد. بررسی هاي دقیق میکرومکانیکی بر روي مکانیزم تسلیم شدگی در پلیمرهاي چقرمـه سـازي شـده بـاذرات لاستیک توسط هاف و همکاران و دونالد و کرامر انجام گردیـد . [16 و 15] ایـن دانشـمندان بـااستفاده از میکروسکوپ الکترونی، نوري و پدیده پراش نور، مکانیزم هاي تغییر فـرم را در پلـی وینیـلکلراید چقرمه شده با لاستیک مورد مطالعه قرار دادند. آنان نتیجه گرفتند که فاز متفرق لاسـتیک درزاویۀ 55 تا 64 درجه نسبت به جهت اعمال تنش میکروباندهاي برشی را بوجود می آورنـد کـه مقـدارزاویه بستگی به اندازه و نوع ذرات اصلاح کننده در این آلیاژها دارد. هاف و همکارانش مشاهده نمودندکه حفراتی در داخل ذرات لاستیک بوجود میآینـد کـه بـه مـوازات بانـدهاي برشـی ایجـاد شـده درماتریس می باشند. این حفرات در واقع همان سفید شدگی در اثر تنش را نشان می دهنـد . ایـن نتـایجمنجر به این پیشنهاد گردید که تغییر فرم هاي ناشی از تسلیم برشی متعدد و بوجـود آمـدن حفـرات، تنها به PVC چقرمه شده محدود نمی گردد و ABS نیز می تواند بدون داشتن هرگونه ترکچه، چنین حفرات مشابهی را از خود نشان دهد. دونالـدو کرامر [16] بـا اسـتفاده از میکروسـکوپ الکترونـی ، بـهمطالعه فیلم نازکی از دو نوع ABS که توزیع اندازه ذرات در آنهـا متفـاوت مـی بـود ، پرداختنـد . آنهـادریافتند در ماده اي که حاوي ذرات کوچک لاستیکی با قطر حدود µm 1/0 مـی باشـد ، تـرك ایجـادنمی گردد درحالی که در نوع دوم که حاوي ذرات بزرگ تر با قطري در حدود µm 5/1 می باشند، ایـنذرات بزرگتر به عنوان مکان هاي مساعدي براي شروع ترك، عمـل مـی نماینـد . لـذا آنهـا بطـور کلـیمهمترین مکانیزم چقرمگی را تغییر فر مهاي برشی ناشی از حفـرات موجـود در ذرات لاسـتیکی بیـان
نمودند.
با توجه به تحقیق انجام شده مشخص گردید که با افزایش درصد وزنی اکریلونیتریل (AN) از %18 به %26، چسبندگی بین سطحی مابینPVC و NBR افزایش می یابد، در حالی که اندازه ذرات لاستیکی کاهش می یابد. همچنین مشخص گردید که اثر پارامترهاي مورفولوژیکی و چسبندگی بین سطحی در قدرت ضربه اي مخلوط NBR و PVC مرتبط با هم میباشد. اثر مورفولوژیکی، براي یک توزیع یکنواخت از ذرات لاستیکی را می توان در قالب یک پارامتر تنها و مجزا بیان نمود که عبارت است از ضخامت لیگامنت ماتریس (T) اما اثر چسبندگی بین سطحی را می توان با استفاده از نمودار قدرت ضربه اي در مقابل T (ضخامت لیگامنت ماتریس) به دو قسمت مجزا تقسیم نمود.
شکل (2-9): تغییرات مقاومت ضربه Izod در مقابل ضخامت لیگامنت ماتریس در آلیاژ PVC/NBR [31] همان طور که در شکل(2 -9) مشخص است، مخلوط PVC-NBR18 با چسبندگی بین سطحی متوسط، انتقال شیشه اي -لاستیکی را در TC =0.059µm نشان می دهد، در حالی که مخلوط PVC-NBR26 با چسبندگی بین سطحی قوي تر، چنین انتقالی را در TC =0.041µm نشان می دهد. بنابراین، هر چه چسبندگی سطحی قو يتر باشد، انتقال در TC کمتري اتفاق می افتد. به عنوان یک نتیجه گیري کلی از این تحقیق میتوان بیان نمود که چسبندگی بین سطحی مابین PVC و NBR یک اثر مستقیم بر روي رفتاري که مخلوط PVC-NBR در حین تغییر شکل از خود نشان می دهد دارد. مکانیزم اصلی جذب انرژي براي هر دو نوع مخلوط PVC-NBR18,26 تسلیم برشی ماتریس می باشد. در مخلوط 18PVC-NBR ، عمل جدا شدن در فصل مشترك باعث گسترش پدیده تسلیم برشی در ماتریس PVC می گردد. در حالی که عدم وجود حفرات در مخلوط PVC- NBR26 ، ایجاد تسلیم برشی در ماتریس را به تعویق می اندازد.

تغییرات مقاومت ضربه Izod در مقابل ضخامت لیگامنت ماتریس در آلیاژ PVC/NBR [31]

تغییرات مقاومت ضربه Izod در مقابل ضخامت لیگامنت ماتریس در آلیاژ PVC/NBR [31]

2-1- بررسی مکانیزم شکست در آلیاژهاي ترموپلاستیکی چند فاز ……………………… 18
2-1-1- تغییر فرم ذرات ………………………………………………………………………… 18
2-1-2- تسلیم در برابر برش …………………………………………………………………… 18
2-1-3- ایجاد ترکچه …………………………………………………………………………….. 20
2-1-4- ایجاد ترکچه هاي متعدد ……………………………………………………………….. 21
2-1-5- ایجاد حفرات ……………………………………………………………………………. 22
2-1-6- همزمانی تسلیم برشی و ایجاد ترکچه ها …………………………………………. 22
2-1-7- تحلیل یا کُند شدن نوك ترك …………………………………………………………. 22
2-2- مکانیزم چقرمه سازي پلی وینیل کلراید با استفاده از ذرات لاستیکی ………………………………………………………………………………………………….. 23
2- 3-اثر چسبندگی بین سطحی بر چقرمگی پلی وینیل کلراید ……………………….. 30
2-4- اصلاح کننده هاي قدرت ضربه اي ………………………………………………………. 33
2-4-1- اصلاح کننده هاي آلی ………………………………………………………………….. 33
2-4-2- اصلاح کننده هاي غیرآلی………………………………………………………………. 35

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل سوم: نتیجه گیري و پیشنهادات

1- قدیمی ترین مکانیزم ارائه شده براي چقرم هسازي پلاس تیکهاي اصـلاح شـده بـا ذرات لاسـتیک .می باشد (Particle deformation) تغییر فرم ذرات2- ایجاد ترکچه هاي متعدد (Multiple crazing) جدیدترین تئوري موجود در رابطه بـا چگـونگیچقرمه سازي توسط ذرات لاستیک میباشد. 3-در PVC چقرمه شده با ذرات لاستیک مکانیزم تسلیم برشی و ایجـاد ترکچـه هـا همزمـان اتفـاقمی افتد.
4 – بروئر، هاف و استابنو با مطالعات میکروسکوپ الکترونی عبوري خود نشان دادند که عامل اصلی سفیدشدگی در برابر تنش در آلیاژهاي پلیمر پلی وینیل کلراید مقا ومسازي شده در برابر ضربه، حفره دار شدن ذرات لاستیک و بوجود آمدن باندهاي برشی است.
5- افزایش درصد وزنی اکریلونیتریل (AN) از %18 به %26، چسبندگی بین سـطحی مـابینPVC و NBR افزایش مییابد، در حالی که اندازه ذرات لاستیکی کاهش مییابد.
6- هر چه چسبندگی بین سطحی قوي تر باشد، انتقـال شیشـه اي -لاسـتیکی در ضـخامت لیگامنـتبحرانی ماتریس (TC) کمتري اتفاق میافتد.
3-2- پیشنهادات
1- بررسی مکانیزم چقرمه سازي آلیاژهایی بر پایه ساختار ذره اي پلیمر پلی وینیل کلراید.
2-افزودن اصلاح کننده هاي قدرت ضربه اي متفاوت بهPVC وبررسی تاثیر آنها.

3-تهیه آلیاژ PVC/ABS وتاثیر سازگارکننده NBR بر خواص آن.

 3-1- خلاصه نتایج ……………………………………………………………………………. 37
3-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………. 37
منابع و مأخذ ………………………………………………………………………………….. 38 فهرست منابع لاتین …………………………………………………………………………… 38 سایت اطلاع رسانی……………………………………………………………………………. 40
چکیده انگلیسی ……………………………………………………………………………. 41

Abstract
In this research toughening mechanisms of poly (vinyl chloride) were studied.As a pure PVC is a brittle polymer and it,s process is so hard,it can be toughened with rubber particles.First PVC properties were studied.After that,toughening mechanisms of multiphase thermoplastic alloys were investigated.Then toughening mechanisms of poly (vinyl chloride) with rubber particles and finally the effects of interfacial adhesion on the rubber toughening of poly (vinyl chloride) were studied.



  مقطع کارشناسی ارشد

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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان