افزودنی های پلیمر- بخش دوم: پرکننده ها ,

پرکننده ها :

لفظ پرکننده ها معمولا به افزودنیهای جامد در یک پلیمر که خواص فیزیکی آن را اصلاح می‌کند اطلاق می‌شود. پرکننده ها دو دسته هستند:

1. آنهایی که پلیمر را تقویت کرده و باعث بهبود خواص مکانیکی پلیمر می شود
2. آنهایی که فقط حجمی از ماده را اشغال کرده تا از پلیمر کمتري در تهیه نمونه استفاده شود.

نوع سومی نیز وجود دارد که کمتر معمول است و آن پرکننده هایی هستند که در زمینه پخش شده تا هدایت الکتریکی نمونه پلیمري را بهبوددهند.

اضافه کردن تقویت کننده به پلیمر باعث تولید ماده مرکب (composite) می شود.مواد مرکب به دو دسته تقسیم می شوند:

1. مواد مرکب با تقویت کننده هایی با کارایی بالا
2. مواد مرکب با تقویت کننده هایی با کارایی پایین

در مواد مرکب با کارایی بالا، تقویت کننده به گونه اي در پلیمر جا می گیرد که خواص مکانیکی بهینه شود، مانند اضافه کردن الیاف شیشه بهرزین اپوکسی.در مواد مرکب با کارایی بالا تقویت کننده بین 50 تا 80 درصد حجمی ماده را تشکیل می دهد. این مواد به صورت لایه اي یاتیوبی تهیه می شوند.در موادمرکب با کارایی پایین، تقویت کننده به اندازه اي کوچک است که به راحتی بتواند در زمینه پخش شود. روشتولید این مواد مانند پلیمر خالص است. الیاف شیشه خرد شده و یا ویسکر شده، الیاف چوب و غیره مثالهایی از این نوع تقویت کننده هستند.براي چسبندگی بیشتر بین پلیمر و تقویت کننده از عوامل جفت ساز(coupling agents) از قبیل سیلان ها و تیتان ها استفاده می کنند.

پرکننده ها(extender) به منظور کاهش هزینه قطعه به شکل پرکننده ذره اي اضافه به پلیمر می شوند. معمولترین آنها کربنات. معمولترین آنهاکربنات کلسیم، پودرسیلیکا، خاک رس و پودر چوب هستند.

تعدادی از انواع پرکننده ها که معمولا در صنعت پلیمر شناخته شده می‌باشند در نمودار زیر نشان داده شده اند :

پرکننده های ذره ای:

پرکننده های ذره ای به دو نوع پرکننده های خنثی و پرکننده های تقویتی تقسیم می‌شوند پرکننده هایی که به سبب کاهش هزینه به آمیزه های پلیمری افزوده می‌شوند را اصطلاحا پرکننده خنثی می‌گویند.

در استفاده از این پرکننده ها هرچه اندازه ذره ریزتر باشد، خواصی مانند استحکام کششی، مدول و سختی بالاتر خواهد بود. ذرات درشت تر سبب می‌شوند آمیزه نسبت به حالتی که فاقد پرکن است از استحکام کمتری برخوردار باشد ولی اگر اندازه ذره به حد کافی ریز باشد، خواص گفته شده افزایش خواهند یافت (دست کم با استفاده از مقدار بهینه ی پرکن) و این پدیده به عنوان عامل تقویت کننده شناخته می‌شود.

طبیعت شیمیایی سطح می‌تواند تاثیر اساسی داشته باشد.پرکن های معدنی اغلب حاوی گروههای قطبی برای مثال گروههای هیدروکسیل برروی سطح بوده که به جای اتصال با پلیمر با آب جاذبه پیدا می‌کنند. به منظور اصلاح خاصیت خیس کنندگی پلیمرها در مقابل پرکن ها و طبعا دسترسی به محصولات بهتر، پرکن های معدنی اغلب آماده سازی می‌شوند. برای مثال کربنات کلسیم با استئاریک اسید آماده سازی می‌شود به طوری که گروه اسیدی خودش را به ذرات پرکن چسبانده در حالی که زنجیر آلیفاتیک با پلیمر سازگار است. در حالت کلی تقویت به سه عامل بستگی دارد:

1. ضریب مقداری (سطح کل پرکننده در واحد حجم که در تماس با پلیمر است.)
2. ضریب شدت (فعالیت ویژه سطح مشترک پرکننده – پلیمر که سبب پیوند شیمیایی یا فیزیکی می‌شود.)
3. ضریب هندسی مثل ساختار (تجمع) و تخلخل ذرات

• پرکننده های لاستیکی :

از پرکننده های لاستیکی اغلب به منظور بهبود چقرمگی در ترموپلاستیک های آمورف استفاده می‌شود. که به دو نوع واکنش پذیر و واکنش ناپذیر تقسیم بندی می‌شوند. از نمونه های شناخته شده می‌توان SBR و پلی بوتادین در استایرن و آکریلونیتریل بوتادین درPVC و لاستیکهای اتیلن پروپیلن در پلی پروپیلن اشاره نمود.

• رزین ها (پرکننده های پلاستیکی):

در صنعت لاستیک معمولا از رزین های مصنوعی (پلاستیک ها) به عنوان پرکننده استفاده می‌شود. مثلا رزین بوتادین استایرن حاوی دست کم 50 درصد استایرن است که به منظور تولید آمیزه هایی برای تولید کفی کفش با لاستیک آلیاژ می‌شوند.

رزین های فنولیکه در دمای فرایند از ویسکوزیته کمی برخوردار هستند، باعث افزایش جریان و فرایند پذیری آمیزه های لاستیکی می‌شوند و همزمان در حین واکنش ولکانیزاسیون لاستیک شبکه ای شده، محصول نسبتا سختی را به دست می‌دهند.

• پرکننده های لیفی :

استفاده از پرکننده های لیفی نظیر خاک اره ،الیاف کوتاه آلی مصنوعی نظیر الیاف نایلون می‌تواند استحکام ضربه ای و نیز چقرمگی آمیزه های قالبگیری شده را بهبود بخشد. الیاف معدنی نظیر پنبه نسوز و الیاف شیشه نیز در ترموپلاستیک ها و ترموست ها در جایی که به ترتیب مقاومت گرمایی و استحکام مدنظر باشد،مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پرکننده های لیفی اغلب به شکل لایه ای قرار داده می‌شوند. الیاف لیفی در مقایسه با پلاستیک هایی که در آن قرار داده می‌شوند،از مدول بالاتری برخوردارند. به طوری که وقتی سازه تولید شده با الیاف کشیده، قسمت اعظم تنش وارده توسط لیف گرفته می‌شود. این امر موجب افزایش استحکام و مدول در مقایسه با پلاستیک اصلاح نشده میگردد.

از جمله معایب استفاده از پرکننده های لیفی این است که شفافیت را تحت تاثیر قرار می‌دهد و ممکن است ویسکوزیته پلیمر را در فرایند افزایش دهد. هرچه الیاف دارای طول بیشتری باشد باعث افزایش ویسکوزیته و به دنبال آن تقویت بیشتری در استحکام کامپوزیت نهایی دارد. استحکام ایجاد شده در کامپوزیت پلیمری الیاف دار به عوامل زیر بستگی دارد :

1- غلظت الیاف در شبکه

2- جهت آرایش الیاف

3-نسبت طول به قطر الیاف مورد استفاده

4-سازگاری الیاف با پلیمر

5-میزان استحکام و مدول الیاف نسبت به پلیمر اصلی

6-استحکام پلیمر پایه

از مهمترین الیاف پرکننده مورد استفاده در پلاستیک ها می‌توان به الیاف شیشه، الیاف پلی استر، الیاف پلی وینیل الکل، الیاف پلی اکریلونیتریل اشاره نمود. از دیگر پرکننده های لیفی الیاف کربن است که کاربرد آن در ساخت کامپوزیت هایی با استحکام بالا و وزن کم در صنایع گوناگون است.

منبع: شبکه آموزش ملی صنعت پلیمر