سخت شدن پلی پروپیلن (PP): باز کردن مقاومت در برابر ضربه برای برنامه های کاربردی

پلی پروپیلن (PP) به عنوان یکی از ترموپلاستیک های متنوع و گسترده در جهان ، که به دلیل چگالی کم ، مقاومت شیمیایی عالی ، پردازش خوب و مقرون به صرفه ، دارای جایزه است ، سلطنت می کند. با این حال ، محدودیت های ذاتی آن - به ویژه شکنندگی در دماهای پایین و قدرت نسبتاً کم ، به ویژه در فرم هموپلیمر خود - استفاده از آن در برنامه هایی را که نیاز به سختی و دوام دارند محدود کنید. سخت کننده PP یک تلاش مهم علمی مواد است و این پلیمر کالا را به یک ماده مهندسی تبدیل می کند که قادر به تحمل استرس و تأثیر مکانیکی قابل توجه است.

چالش اصلی: شکنندگی PP

هموپلیمر PP یک پلیمر نیمه کریستالی است. سفتی و استحکام آن در درجه اول از مناطق کریستالی آن ناشی می شود ، در حالی که مناطق آمورف آن به انعطاف پذیری کمک می کند. با این حال ، چندین عامل به شجاعت آن کمک می کند:

1. دمای انتقال شیشه بالا (TG): در حدود 0 درجه سانتیگراد تا 10 درجه سانتیگراد ، که در زیر فاز آمورف شیشه ای و شکننده می شود.

2. کریستالیت های کروی بزرگ: Homopolymer PP تمایل به تشکیل اسفرولیت های بزرگ و به خوبی تعریف شده دارد. مرزهای بین این کروی ها به عنوان نقاط ضعف و کنسانتره استرس عمل می کنند.

3. عدم وجود مکانیسم های اتلاف انرژی: PP خالص فاقد مکانیسم های کارآمد (مانند برشی عظیم یا تشکیل شوق) برای جذب و از بین بردن انرژی ضربه قبل از انتشار ترک است.

استراتژی های سخت تر PP

غلبه بر این محدودیت ها شامل معرفی مکانیسم هایی برای جذب انرژی ضربه و جلوگیری از انتشار ترک است. استراتژی های اصلی عبارتند از:

1. اصلاح الاستومر/لاستیک (متداول ترین و مؤثرترین روش):

   • مکانیسم: یک مرحله پراکنده از ذرات الاستومری نرم (به طور معمول 5-30 درصد وزنی) را در ماتریس PP قرار دهید.

   • عوامل سخت کننده کلیدی:

     • EPR (لاستیک اتیلن-پروپیلن) / EPDM (اتیلن-پروپیلن-دیین مونومر): سازگاری عالی با PP ، منجر به پراکندگی ریز و چقرمگی برتر (به ویژه تأثیر درجه حرارت پایین). استاندارد صنعت

     • SEBS (استایرن-اتیلن-بوتیلن-استایرن): کوپلیمر بلوک استرنیک. سختی ، انعطاف پذیری و قابلیت آب و هوای خوب را ارائه می دهد. اغلب در برنامه های شفاف یا در جایی که عملکرد دمای بالاتر در مقابل EPDM مورد نیاز است استفاده می شود.

     • پو (الاستومرهای پلی الیفین): کوپلیمرهای اتیلن یا اتیلن-بوتن متالوسن کاتالیز شده. تأثیر عالی دما ، وضوح و پردازش را ارائه دهید. محبوبیت رو به رشد

     • EPDM-G-MA ، POE-G-MA: نسخه های پیوند یافته آنهیدرید مالئیک باعث افزایش چسبندگی بین ماتریس الاستومر و PP می شوند و باعث افزایش مقاومت و سختی و سختی می شوند.

   • چگونه کار می کند:

     • ذرات لاستیکی نرم مانند کنسانتره استرس .

     • تحت استرس ضربه ، آنها شروع می کنند برشی عظیم (تغییر شکل پلاستیک) ماتریس PP اطراف ، جذب مقادیر زیادی از انرژی.

     • آنها همچنین می توانند القا کنند حفره در درون خود یا در رابط ، تسکین تنش هیدرواستاتیک و تسهیل عملکرد ماتریس بیشتر.

     • آنها از نظر جسمی ترک های صاف و بی پروا .

2. کوپلیمریزاسیون:

   • مکانیسم: در طول پلیمریزاسیون ، مومومر (مانند اتیلن) ​​را مستقیماً به زنجیره PP معرفی کنید.

   • انواع:

     • کوپلیمرهای تصادفی (PP-R): واحدهای اتیلن به طور تصادفی در زنجیره PP توزیع می شوند. بلوریت را کاهش می دهد ، نقطه ذوب را کمی کاهش می دهد ، وضوح و قدرت ضربه را بهبود می بخشد (بهبود متوسط ​​نسبت به هموپلیمر ، به ویژه در دمای اتاق).

     • کوپلیمرهای ضربه (ICP یا کوپلیمرهای بلوک - PP -B): در راکتورهای چند مرحله ای تولید می شود. حاوی یک ماتریس هموپلیمر PP با یک فاز پراکنده از ذرات لاستیکی EPR سنتز شده در محل بشر این ترکیب سختی PP را با سختی EPR ترکیب می کند و قدرت ضربه قابل توجهی را به خصوص در دماهای پایین نسبت به کوپلیمرهای تصادفی یا مخلوط های اصلاح شده لاستیکی ارائه می دهد. برای برنامه های کاربردی بسیار رایج است.

   • مزیت: پراکندگی عالی و چسبندگی بین سطحی فاز لاستیک به دلیل در محل تشکیل

3. اصلاح پرکننده (اغلب با الاستومرها همراه است):

   • مکانیسم: ذرات سفت و سخت (پرکننده های معدنی) یا الیاف را در خود جای دهید.

   • پرکننده ها: کربنات کلسیم (CACO3) ، تالک ، ولاستونیت.

   • اثر: در درجه اول سفتی ، قدرت و ثبات بعدی را افزایش می دهد. در صورت استفاده به تنهایی می تواند قدرت ضربه را کاهش دهد.

   • هم افزایی با الاستومرها: هنگامی که با یک الاستومر ترکیب می شود (ایجاد "ترکیب سه قلو سازگار") ، پرکننده های سفت و سخت می توانند در شرایط خاصی چقرمگی را تقویت کنند:

     • پرکننده ها می توانند به عنوان کنسانتره استرس اضافی عمل کنند و باعث افزایش ماتریس می شوند.

     • الاستومر از خرابی فاجعه بار که توسط رابط پرکننده ماتریس آغاز می شود جلوگیری می کند.

     • تعادل دقیق بسیار مهم است (نوع پرکننده ، اندازه ، شکل ، تصفیه سطح ، سطح بارگذاری).

4. هسته بتا (β):

   • مکانیسم: عوامل هسته ای خاص را اضافه کنید (به عنوان مثال ، رنگدانه های خاص ، مشتقات quinacridone ، آریل آمیدها) که باعث شکل گیری شکل β کریستالی PP به جای α متداول تر می شوند.

   • چرا کمک می کند: β-spherulites کمتر کامل است و مرزهای ضعیف تری نسبت به α-spherulites دارند. تحت استرس ، آنها به آسانی به α-form (تحول β-α) تبدیل می شوند ، انرژی قابل توجهی را جذب می کنند و چقرمگی را تقویت می کنند ، به ویژه قدرت و مقاومت در برابر رشد آهسته (SCG) ، بدون آنکه قربانی سختی به اندازه افزودن الاستومر شود. برای تأثیر دمای پایین نسبت به الاستومرها کمتر موثر است.

5. نانوکامپوزیت ها:

   • مکانیسم: پرکننده های در مقیاس نانو (به عنوان مثال ، سیلیکات لایه ای اصلاح شده ارگانیک - نانوکلی) را در ماتریس PP پراکنده کنید.

   • بالقوه: می تواند به طور همزمان سفتی ، قدرت ، خاصیت سد را بهبود بخشد و گاهی چقرمگی و دمای اعوجاج گرما (HDT).

   • چالش برای سختی: دستیابی به لایه برداری بهینه/پراکندگی دشوار است. پراکندگی ضعیف منجر به آگلومره ها می شود که به عنوان کنسانتره استرس عمل می کنند ، کاهش سختی پلاکت های پراکنده می توانند مانع انتشار ترک شوند اما ممکن است جذب عظیم انرژی ذرات الاستومر را فراهم نکند. اغلب با الاستومرها برای خواص متعادل ترکیب می شوند.

عوامل مؤثر بر کارآیی سخت کننده

موفقیت هر استراتژی سخت کننده به انتقاد بستگی دارد:

1. مورفولوژی فاز پراکنده: اندازه ذرات ، توزیع اندازه و شکل ماده سفت کننده (الاستومر ، فاز لاستیکی در ICP). اندازه ذرات بهینه به طور معمول 0.1 - 1.0 میکرومتر است. پراکندگی خوب و یکنواخت مهم است.

2. چسبندگی سطحی: چسبندگی قوی بین ماتریس (PP) و فاز پراکنده (الاستومر ، پرکننده) برای انتقال استرس کارآمد و اتلاف انرژی ضروری است. سازهای سازنده (مانند PP-G-MA) اغلب برای مخلوط ها استفاده می شوند.

3. خصوصیات ماتریس: تبلور ، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی PP پایه بر توانایی آن در تحمل برشی تأثیر می گذارد.

4. کسری حجم: مقدار عامل سخت کننده اضافه شده است. معمولاً بارگذاری بهینه برای سختی اوج وجود دارد.

5. شرایط آزمون: درجه حرارت و میزان کرنش به طور قابل توجهی تأثیر چقرمگی اندازه گیری شده است (به عنوان مثال ، تست های ضربه IZOD/charpy در دمای 30 درجه سانتیگراد بسیار سخت تر از 23 درجه سانتیگراد هستند).

خصوصیات کلیدی PP و معاملات سخت

• قدرت ضربه به طرز چشمگیری بهبود یافته: به خصوص مقاومت در برابر ضربه izod/charpy ، حتی در دمای زیر صفر (-20 درجه سانتیگراد تا -40 درجه سانتیگراد قابل دستیابی با EPDM/POE/ICP).

• انعطاف پذیری پیشرفته و مقاومت در برابر ترک: مقاومت در برابر شکستگی شکننده و رشد ترک آهسته.

• کاهش سفتی و قدرت: افزودن الاستومرها ذاتاً مدول و مقاومت کششی/عملکرد را در مقایسه با هموپلیمر پر نشده PP کاهش می دهد.

• دمای انحراف حرارت پایین تر (HDT): فاز لاستیکی در دماهای پایین تر نرم می شود.

• افزایش شاخص جریان ذوب (MFI): الاستومرها اغلب به عنوان روان کننده عمل می کنند و جریان را افزایش می دهند.

• پتانسیل برای هجوم/کاهش وضوح: مراحل پراکنده می تواند نور را پراکنده کند. SEBS/POE وضوح بهتری نسبت به EPDM ارائه می دهد. کوپلیمرهای تصادفی ذاتاً واضح تر هستند.

• افزایش هزینه: افزودنی های سخت کننده هزینه را اضافه می کنند.

برنامه های کاربردی توسط PP سخت شده فعال شده است

PP سخت شده در هر جا که مقاومت در برابر ضربه بسیار مهم باشد استفاده می کند:

1. خودرو:

   • ضربه گیر ، فاشیا ، روکش ، قوس چرخ

   • پانل های تر و تمیز داخلی ، ماژول های درب ، جعبه های دستکش

   • باتری و اجزای باتری (EVS)

   • اجزای زیر هود (کفپوش فن ، مخازن-با استفاده از نمرات دما بالاتر)

2. کالاها و لوازم مصرفی:

   • محل کار برق

   • پوسته ها و اجزای چمدان

   • تجهیزات چمن و باغ (خطوط پیرایش ، مسکن)

   • اجزای لوازم خانگی (همزن های واشر ، قطعات جاروبرقی)

   • مبلمان (در فضای باز ، کودکان)

3. صنعتی:

   • ظروف حمل مواد (توت ، پالت - نمرات مقاوم در برابر ضربه)

   • سیستم های لوله کشی برای مایعات خورنده (PP-RCT اصلاح شده با ضربه)

   • موارد باتری صنعتی

4. بسته بندی:

   • تعطیل های لولایی (به عنوان مثال ، "لولا زنده" اغلب از کوپلیمرهای با تأثیر بالا استفاده می کنند)

   • ظروف با دیوار نازک که نیاز به مقاومت در برابر قطره دارند

5. بهداشت و درمان: اجزای غیر بحرانی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه و سازگاری عقیم سازی شیمیایی دارند.

آینده PP سخت شده: نوآوری و پایداری

• الاستومرهای پیشرفته: توسعه نمرات رمان POE/POE-G-MA با محتوای Comonomer متناسب برای استحکام خاص/چقرمگی/جریان و ثبات دمای بالاتر.

• سازگاری بازیافت: طراحی سخت گیر و سازگار به طور خاص برای بازگرداندن خواص ضربه در جریان های PP بازیافت شده.

• سخت گیرندگان مبتنی بر زیستی: اکتشاف EPDM مشتق از زیستی یا سایر الاستومرها.

• در REACTOR TPOS: کاتالیزور پیشرفته و فن آوری های فرآیند برای تولید کوپلیمرهای ضربه ای (ICP) با خصوصیات حتی بهتر و سازگار تر.

• سیستم های چند جزء: ترکیبات پیشرفته با ترکیب الاستومرها ، پرکننده های متناسب (نانو یا میکرو) و عوامل هسته ای برای دستیابی به پروفایل املاک بی سابقه (به عنوان مثال ، سفتی زیاد ، جریان زیاد ، ضربه زیاد).

• کامپوزیت های PP خود درمانی: ترکیب میکروکپسولها یا پیوندهای برگشت پذیر برای تحمل آسیب های افزایش یافته.

• مدل سازی پیش بینی: استفاده از ابزارهای محاسباتی برای پیش بینی مورفولوژی و عملکرد ترکیبات و کامپوزیت های سخت شده PP.

نتیجه گیری: از کالا تا عملکرد

سخت شدن پلی پروپیلن یک میدان بالغ و در عین حال به طور مداوم در حال تحول است و یک پلاستیک کالایی اساسی را به ماده ای تبدیل می کند که قادر به برآورده کردن خواسته های دقیق عملکرد است. مهندسان با درک مکانیسم های اصلاح الاستومر ، کوپلیمریزاسیون ، β- نوکل و استفاده از پرکننده استراتژیک ، می توانند خواص PP را خیاطی کنند تا به تعادل اساسی بین سفتی ، قدرت و-از همه مهمتر-مقاومت در برابر تأثیر برای برنامه های کاربردی دست یابند. تسلط EPDM ، EPR ، SEBS و POE ، در کنار اهمیت فناوری ICP ، اثربخشی مراحل الاستومری را در انرژی از بین می برد. از آنجا که درایو مواد سبک تر ، بادوام تر و پایدار تشدید می شود ، نوآوری در داروهای سخت کننده ، پردازش و استفاده از محتوای بازیافت شده تضمین می کند که PP سخت شده یک پلیمر مهندسی حیاتی و همه کاره در خط مقدم صنایع بی شماری باقی می ماند. انتخاب استراتژی سخت کننده مناسب برای باز کردن قفل کامل پتانسیل PP فراتر از محدودیت های ذاتی آن است. $ $