مقدمه

علوم و تکنولوژی پلیمرها طی چند دهه اخیر گسترش و توسعه یافته اسـت . ایـن توسـعه ابتـدا فقـط محدود به تولید مونومرهای جدید بود، اما با پیشرفت تکنولوژی در زمینه های متفاوت، موارد کاربردی زیادی حاصل شد بطوریکه پلیمرهای تولید شده هیچکدام به تنهایی قابلیت کاربردی لازم را نداشتند.
همچنین تولید مونومرهای جدید مستلزم کار آزمایشگاهی و تحقیقاتی طـولانی و طراحـی روش هـای تولید صنعتی جدید می باشد، که فرایندی بسیار وقت گیر و هزینه بر می باشد. روش های دیگری کـه دراین زمینه مطرح گردید شامل تقویت، کوپلیمریزاسیون و آلیاژسازی می باشد. روش کوپلیمریزاسیون با موفقیت انجام گرفت، اما از لحاظ مسایل اقتصادی، تولید کوپلیمرهای جدید با مشکل روبرو بـود . لـذاروش دیگر که برای بهبود خواص مواد پلیمری مورد توجه قرار گرفـت ، اخـتلاط دو یـا چنـد پلیمـر وساخت آلیاژ پلیمری می باشد. آلیاژسازی شامل اختلاط عمدتاً فیزیکی دو یـا چنـد پلیمـر بـا یکـدیگرمی باشد که در اثر این اختلاط خواص ویژه ای از آلیاژ حاصل بهبود می یابد.به عنـوان مثـال مـی تـوان اختلاطPVCخالص با ذرات لاستیکی را ذکر کرد که در نتیجه آن آلیاژی چقرمه حاصـل مـی گـردد .
امروزه آلیاژهای پلیمری %16 از کل مصرف پلیمرها را تشکیل می دهد. بطـور کلـی مهمتـرین دلایـل اصلی آلیاژسازی پلیمرها که جنبه اقتصادی دارند عبارتند از:
1 – کاهش قیمت تمام شده محصول از طریق اختلاط آن با یک پلیمر ارزان قیمت
2 – تهیه و تولید موادی 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 پلیمری
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 ،دارای مقاومـت ضـربه پـایین و فراینـد پـذیریمشکل است،می توان با استفاده از ذرات لاستیکی این خواص را بهبود داد و آلیاژی چقرمه بـه دسـتآورد.لذا بررسی مکانیزم های چقرمه سازی پلیمـر پلـی وینیـل کلرایـد بـا اسـتفاده از ذرات لاسـتیکیضروری 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 تفکری 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 آلیاژسازی نتایجی غیر قابل انتظار بدست می آمد کـه همـین امـراشتیاق دانشمندان را برای تولید آلیاژهای بیشتر تقویت نمود. از سال 1980 به بعد این علم پیشـرفت زیادی نمود و در 10 سال گذشته این امر به اوج خود رسیده است، بطوریکه %97 مقاله های کنونی به  آلیاژ مربوط میشوند. انتظار میرود این روند همچنان ادامه داشته باشد.
1-3- روش کار و تحقیق
برای انجام این پژوهش کتب و مقالات متفاوتی مورد مطالعه قرار گرفـت .ابتـدا خـواصPVCخـالص وسپس آلیاژ آن با ذرات لاستیکی بررسی شد.در ادامه مکانیزم های مختلـف بـرای چقرمگـی پلیمرهـامورد توجه قرار گرفت و در نهایت مکانیزم های موجود در رابطه با چقرمگی پلیمر پلی وینیل کلرایـدبا استفاده از ذرات لاستیکی مورد تحلیل قرار گرفت.
1-4- آلیاژسازی
در علوم پلیمری برای دستیابی به خواص جدید دو روش کلـی وجـود دارد. روش اول توسـعه تنـوع وتولید مونومرها و تکنیک های مختلف پلیمر شـدن مـی باشـد . روش دوم اسـتفاد ه از مخلـوط پلیمرهـامی باشد. به طور کلی آلیاژسازی شامل اختلاط عمدتاً فیزیکی دو یا چند پلیمر با یکدیگر می باشد کـه در اثر این اختلاط خواص ویژه ای از آلیاژ حاصل بهبود مییابد. پیشرفت علمـی و اقتصـادی در زمینـه آلیاژهای پلیمری طی دو دهه اخیر بسیار زیاد بوده است. علت این امر در آن است که اولاً پلیمرهـای موجود هیچ گاه تمامی خواص مورد نظر را در خود ندارند و همواره در کنار مزایای آنهـا ، معـایبی نیـزوجود دارد، ثانیاً مولکول های جدید پلیمری همواره نیاز بـه مـواد جدیـد بـا خـواص معـین را بـرآوردنمی سازند. همچنین اختلاط مواد موجود می تواند سریع تر و اقتصادی تر از تولیـد یـک مونـومر جدیـدباشد. [1]

عوامل مؤثر بر آلیاژسازی
مهمترین عوامل دسته بندی آلیاژها، امتزاج پذیری و سازگاری اجزاء آلیاژ می باشد، کـه در ذیـل مـوردبررسی قرار می گیرد.
• مخلوط های پلیمری اختلاط پذیر (miscible): شامل مخلوط هایی است که رفتار تک فازی از
خود نشان میدهند و انرژی آزاد گیبس آنها منفی است.
• مخلوط های پلیمری اختلاط ناپذیر (immiscible) : شامل مخلوط هـایی اسـت کـه در تمـام
ترکیب ها و درجه حرار تها به صورت دو یا چند فازی هستند.
• مخلوط های پلیمری با اختلاط جزئی: شامل مخلوط هایی که تنها در بعضی از ترکیب درصدها و درجه حرارت ها اختلا طپذیر میباشند.
• مخلوط های پلیمری سازگار (compatible): شامل مخلوط های پلیمری است کـه بـین آنهـا
نیروی دافعه زیاد وجود ندارد و تشکیل یک سیستم همگن را میدهند و دارای خواص بهتری نسبت به اجزاء میباشد. [2]
آلیاژهای پلیمری را میتوان از دو نظر روش تهیه و سازگاری طب قهبندی نمود. اگر سازگاری آلیاژ مورد توجه باشد تقسیم بندی بصورت شکل (1-1) و چ ننا چه ساخت آلیاژ مد نظر باشد تقسیم بندی 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- آلیاژسازی …………………………………………………………………………….. 5
1-5- عوامل مؤثر بر آلیاژسازی ……………………………………………………………. 5
1-6- طرز تهیه آلیاژهای پلیمری ……………………………………………………………….. 7
1-6-1- اختلاط مذاب ………………………………………………………………………………. 8
1-6-2- کوپلیمریزاسیون ………………………………………………………………………….. 8
1-6-3- ریخته گری محلولی ………………………………………………………………………. 8
1-6-4- مخلوط در حالت لاتکس …………………………………………………………………. 9
1-6-5- پلیمرهای شبکه ای در هم نفوذ کرده …………………………………………………… 9
1-7- مقدمه ای 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: مروری بر مطالعات انجام شده

بطور کلی مواد چقرمه موادی هستند که انرژی شکست بالایی را دارا هستند و اغلب مقاومت در برابـرضربه آنها نیز بالا است. همچنین در این مواد، میزان اتلاف انرژی بالا می باشد. لذا در ادامه به بررسـیمکانیزم های چقرمگی و اتلاف انرژی در آلیاژهای ترموپلاستیکی چند فاز می پردازیم.
(Particle deformation) تغییر فرم ذرات -1-1-2
این مکانیزم قدیمی ترین مکانیزم ارائه شده برای چقرمه سـازی مـی باشـد کـه توسـط مـرز(Merz) و همکارانش برای پلاستیک های 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 زیـادیترک های ریز می باشد. آنها پیشنهاد نمودند که ذرات لاستیک مابین ترک ها پل هایی ایجاد می نماینـدکه از رشد ترک ها جلوگیری می نمایند و در نتیجه میزان چقرمگی افزایش می یابد. امـا ایـن مکـانیزمنمی تواند پدیده سفیدشدگی ناشی از تنش را که در غلب پلاستیک های چقرمه شده با لاستیک اتفـاقمی افتد را توجیه کند. این مکانیزم جذب انرژی را به علت کشش ذرات لاستیکی چسبیده به نوک ترک مـی دانـد کـه ایـن امـرسبب کند شدن رشد ترک می گردد. بنابراین پیوندهای الاسـتومری کـه دو طـرف تـرک را بهـم متصـلکرده اند، تمرکز تنش را در نوک ترک کاهش داده و پارگی آنها باعث اتلاف مقداری انرژی می شود. [12]
(Shear yielding) تسلیم در برابر برش -2-1-2
نتایج اولیه ای که اهمیت این مکانیزم را بیان می نماید از خواص فیزیکی و میکروسـکو پی مـوادحاوی اکریلونیتریل- بوتادین- استایرن حاصل گردیده است. مطالعات در این زمینه بیـان کننـده ایـنواقعیت است که در یک آزمون کشش تک بعدی که شامل پدیده های 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] برای درک نقش ذرات الاستومر در چقرمه سازی آلیاژ، مطالعه میدان تنش در اطراف یک ذره ضـروریبه نظر می رسد. در این رابطه گودیر [14] رابطه ای بـرای محاسـبه تـنش در اطـراف یـک ذره کـرویالاستیک که توسط ماتریس الاستیک یکنواخت دربر گرفته شده و تحت تنش کششی تک بعـدی بـهدور از ذره قرار دارد، استخراج کرد. رابطه او مشخص کرد که برای ذره لاسـتیکی کـه معمـولاً مـدولبرشی کمتری نسبت به ماتریس دارد، حداکثر تمرکز تنش حول محور استوای 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 بعدی خواهد بود. نیومن و استرلا [13] پیشنهاد نمودند که اصـلی تـرین عملکـردذرات لاستیکی بوجود آوردن تنش سه بعدی 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 اسـتوای ذرات کـروی شـکل دو بعـدیاست، اما این مقدار برای شروع تسلیم برش ماتریس کافی می باشد. همچنین آنها ادعا کردند که ذرات لاستیک می توانند به عنوان متوقف کننده ترک عمل کنند و بدین وسیله توجیه دیگری بـرای تفـاوتعملکرد بهتر و موثرتر ذرات لاستیکی نسبت به حفرات جهت چقرمه سازی پلاستیک هـا ارائـه کردنـد. بررسی های دقیق میکرومکانیکی بر روی مکانیزم تسلیم شدگی در پلیمرهای چقرمـه سـازی شـده بـاذرات لاستیک توسط هاف و همکاران و دونالد و کرامر انجام گردیـد . [16 و 15] ایـن دانشـمندان بـااستفاده از میکروسکوپ الکترونی، نوری و پدیده پراش نور، مکانیزم های 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 میکروباندهای 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 بانـدهای 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 های 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 ای که حاوی ذرات کوچک لاستیکی با قطر حدود µm 1/0 مـی باشـد ، تـرک ایجـادنمی گردد درحالی که در نوع دوم که حاوی ذرات بزرگ تر با قطری در حدود µm 5/1 می باشند، ایـنذرات بزرگتر به عنوان مکان های مساعدی برای شروع ترک، عمـل مـی نماینـد . لـذا آنهـا بطـور کلـیمهمترین مکانیزم چقرمگی را تغییر فر مهای 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 پارامترهای مورفولوژیکی و چسبندگی بین سطحی در قدرت ضربه ای مخلوط NBR و PVC مرتبط با هم میباشد. اثر مورفولوژیکی، برای 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 ای 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 ای -لاستیکی را در TC =0.059µm نشان می دهد، در حالی که مخلوط PVC-NBR26 با چسبندگی بین سطحی قوی تر، چنین انتقالی را در TC =0.041µm نشان می دهد. بنابراین، هر چه چسبندگی سطحی قو یتر باشد، انتقال در TC کمتری اتفاق می افتد. به عنوان یک نتیجه گیری کلی از این تحقیق میتوان بیان نمود که چسبندگی بین سطحی مابین PVC و NBR یک اثر مستقیم بر روی رفتاری که مخلوط PVC-NBR در حین تغییر شکل از خود نشان می دهد دارد. مکانیزم اصلی جذب انرژی برای هر دو نوع مخلوط PVC-NBR18,26 تسلیم برشی ماتریس می باشد. در مخلوط 18PVC-NBR ، عمل جدا شدن در فصل مشترک 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 آلیاژهای 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 های 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 نوک ترک …………………………………………………………. 22
2-2- مکانیزم چقرمه سازی 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 های قدرت ضربه ای ………………………………………………………. 33
2-4-1- اصلاح کننده های آلی ………………………………………………………………….. 33
2-4-2- اصلاح کننده های غیرآلی………………………………………………………………. 35

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

فصل سوم: نتیجه گیری و پیشنهادات

1- قدیمی ترین مکانیزم ارائه شده برای چقرم هسازی پلاس تیکهای اصـلاح شـده بـا ذرات لاسـتیک .می باشد (Particle deformation) تغییر فرم ذرات2- ایجاد ترکچه های متعدد (Multiple crazing) جدیدترین تئوری موجود در رابطه بـا چگـونگیچقرمه سازی 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 عبوری خود نشان دادند که عامل اصلی سفیدشدگی در برابر تنش در آلیاژهای پلیمر پلی وینیل کلراید مقا ومسازی شده در برابر ضربه، حفره دار شدن ذرات لاستیک و بوجود آمدن باندهای 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 قوی تر باشد، انتقـال شیشـه ای -لاسـتیکی در ضـخامت لیگامنـتبحرانی ماتریس (TC) کمتری اتفاق میافتد.
3-2- پیشنهادات
1- بررسی مکانیزم چقرمه سازی آلیاژهایی بر پایه ساختار ذره ای پلیمر پلی وینیل کلراید.
2-افزودن اصلاح کننده های قدرت ضربه ای 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