افزودنی های بهبود دهنده ضربه

چگونه گریدهای مختلف ایمپکت مودیفایر را ارزیابی کنیم و غلظت مناسبی از آن ها را انتخاب کنیم؟

یکی از گروه های مهم افزودنی های مورد استفاده در فرمول های مختلف PVC، خانواده ایمپکت مودیفایر (impact modifier) یا همان بهبود دهنده ضربه می باشد. در لینک زیر سعی کردیم شما را با این خانواده از افزودنی ها آشنا کنیم و در این بخش تصمیم داریم روش هایی را معرفی کنیم که به کمک آن ها بتوانیم عملکرد این افزودنی ها را در بهبود مقاومت به ضربه فرمول های مختلف PVC بسنجیم.

افزودنی های بهبود دهنده ضربه

به منظور ارزیابی کلی می توان آزمون های معمول را برای ایمپکت مودیفایرها انجام داد. این آزمون ها شامل دانسیته، دمای ذوب، شاخص انکسار و ویسکوزیته هستند. اما همانطور که از نام افزودنی های ایمپکت مودیفایر بر می آید، رسالت اصلی این گروه افزایش مقاومت به ضربه قطعات پایه PVC است. خوشبختانه آزمون های استانداردی به منظور ارزیابی استحکام ضربه پلاستیک ها تدوین شده است. اولین بار E.G Izod روشی را ابداع کرد که به کمک آن توانست مقاومت به ضربه یک پلاستیک را اندازه گیری کند. در این آزمون قطعه ای با ابعاد استاندارد از جنس پلیمر مورد نظر تولید می شود و در محفظه دستگاه قرار می گیرد. با توجه به حدود استحکام ضربه قطعه مورد نظر، از پاندول های ضربه با انرژی های مشخص استفاده می شود و پاندول مورد نظر از زاویه ای معین رها شده و با قطعه برخورد می کند. استحکام ضربه قطعه مورد نظر بر اساس انرژی مکانیکی که پاندول صرف شکست قطعه می کند، محاسبه می شود.

همین روش را می توان برای فرمول های مختلف پایه PVC که حاوی افزودنی ایمپکت مویفایر است، اجرا کرد و عملکرد ایمپکت مودیفایر مورد نظر را ارزیابی کرد. در مرحله بعد و پس از انتخاب گرید مناسب ایمپکت مودیفایر، بایستی درصدهای مصرف مختلف آن را آزمون کرد و مقدار بهینه مصرف را یافت. در ادامه روش های آزمون دیگری مانند چارپی نیز توسعه داده شد و این آزمون ها روی نمونه عادی و نمونه حاوی Notch یا شکاف نیز اجرا شد. دیگر روشی که از نظر اجرا و شرایط آزمون با روش های چارپی و آیزود متفاوت است، روش تعیین مقاومت ضربه به روش سقوط آزاد وزنه گاردنر است. در این روش یک وزنه با جرم و ارتفاع مشخص روی صفحه ای که از پلیمر مورد نظر تهیه شده است، رها شده و وضعیت شکست آن بررسی شده و همچنین میزان مقاومت به ضربه نیز به کمک انرژی مصرف شده برای شکست محاسبه می شود. این روش برای برخی از لوله های PVC به کار می رود. در تمامی روش های ذکر شده کیفیت قطعه مورد آزمون و اجرای روش تکرار پذیر برای تست از اهمیت بالایی برخوردار است و در واقع آزمون تعیین مقاومت به ضربه به متغیرهای آزمون و محیط حساسیت بالایی دارد.

Impact Modifier

در واقع بر اساس نوع بارهای مکانیکی وارد شده بر قطعه و به منظور شبیه سازی شرایط کاربری، بایستی روش آزمون مناسب را انتخاب کرد. در ادامه دمای آزمون را نیز می توان به کمک فریزر یا آون تنظیم و شرایط کاربری شبیه سازی شده را ایجاد نمود و به این ترتیب تقریب های واقع گرایانه تری از عملکرد افزودنی های ایمپکت مودیفایر بدست آورد.

 

PVC Impact Modifier

افزودنی های بهبود دهنده ضربه PVC ، ایمپکت مادیفایرها

PVC سومین پلاستیک پرمصرف دنیا است. همچنین همانند رابرها، دنیای افزودنی های مورد استفاده در تولیدات قطعات مبتنی بر PVC بسیار متنوع، پیچیده و جذاب است. فرمولاسیون یک محصول تولیدی از PVC گاها می تواند تا 12 جزء را در بر بگیرد. این مقاله یکی از مهمترین افزودنی ها، ایمپکت مادیفایر (Impact Modifier) را معرفی خواهد کرد.

ساختار شیمیایی سه گروه از افزودنی ها در فرمولاسیون PVC قدری گمراه کننده است و گاها با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند. گروه اول روان ساز ها (Lubricant)، گروه دوم کمک فرایندها و بهبود دهنده جریان (Processing aid or Flow modifier) و نهایتا گروه سوم ایمپکت مادیفایرها هستند. در این بخش خانواده ایمپکت مادیفایرها، یا اصلاح و بهبوده دهنده ضربه، معرفی خواهند شد. نهایتا در بخش های بعدی این نوشتار با معرفی روان سازها و کمک فرایندها تفاوت این سه گروه بررسی خواهد شد.

PVC Impact Modifier

در مجموعه PVC ساختار شکننده ای دارد و هدف اصلی استفاده از ایمپکت مادیفایرها بهبود مقاومت ضربه قطعات تولید شده از این پلاستیک، بخصوص در تولید پروفیل های درب و پنجره و برخی از لوله و اتصالات است. میزان افزایش مقاومت ضربه قطعه تولید شده از PVC به نوع PVC و K value آن، نوع و مقدار افزودنی ایمپکت مادیفایر، حضور پرکننده یا فیلرها در فرمولاسیون، فرایند و کیفیت قطعه تولید شده بستگی دارد.

ایمپکت مادیفایرها را می توان در سه گروه اصلی زیر قرار داد:

  • خانواده اکریلیک ها: مانند انواع MBS (Methacrylate Butadiene Styrene), AIM (Acrylic Impact Modifier), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
  • ایمپکت مادیفایرهای متفرق: مانند CPE (Chlorinated Polyethylene), EVA (Ethylene Vinyl Acetate), NBR (Acrylonitrile Butadiene Rubber)
  • پرکننده ها: مانند کربنات کلسیم رسوبی و سیلیکات ها (هر چند اثر پر کننده ها در افزایش مقاومت ضربه مانند دو گروه بالا نیست و اثربخشی کمی دارند.)

با افزودن ایمپکت مادیفایرهای اکریلیکی، ساختار هسته – پوسته در PVC ایجاد می شود. میزان بهبود مقاومت ضربه مستقیما به نوع اکریلیک استفاده شده و مقدار مصرف آن بستگی دارد. ضخامت هسته و پوسته، نوع اجزای اکریلیک و مقدار استفاده تعیین کننده میزان افزایش ضربه پذیری هستند. درصد بهینه استفاده از ایمپکت مادیفایرهای اکریلیکی 3-5 PHR است.

CPE قدیمیترین ایمپکت مادیفایر استفاده شده در PVC است. درصد بهینه کلر موجود در CPE حدود 35% است و در مقادیر بیشتر مقدار بهبود مقاومت ضربه کاهش می یابد. برای دستیابی به مقاومت ضربه یکسان به مقدار بیشتری CPE در مقایسه با انواع اکریلیکی نیاز است (برای مثال مقاومت ضربه فرمول حاوی 5 PHR ایمپکت مادیفایر اکریلیکی برابر با مقدار مربوط به فرمول حاوی 13 PHR از CPE است.). CPE می تواند در کاربری هایی که نیاز به شفافیت دارند نیز استفاده شود و مقاومت خوبی در برابر شرایط جوی دارد.

EVA بهترین انتخاب برای کاربری هایی است که نیاز به شفافیت دارند، اما عملکرد بهبود دهندگی این گروه نیز به خوبی خانواده اکریلیک ها نیست.

از نظر مقاومت حرارتی نیز اکریلیک ها برتری نسبی در مقایسه با CPE و EVA دارند و چنانچه از CPE و EVA استفاده شود، بایستی مقادیر بیشتری از پایدار کننده حرارتی و جاذب اسید استفاده شود. تصویر زیر به صورت شماتیک تفاوت ساختار شیمیایی CPE و EVA را نشان می دهد.

ایمپکت مادیفایر PVC