مفاهیم روش کامپاندینگ

مقدمه ای بر مفاهیم کامپاندینگ

در صنعت کامپاندینگ سه نوع ترکیبات را داریم :

• آمیزه پلیمر» از ترکیب چند نوع ترموپلاستیک با هم یا الاستومر ، بایو پلیمر ، پلاستیک مهندسی یا پلیمرهای خاص به دست می آید
• نانو کامپوزیت پلیمری» از نانو کلی ، نانو لوله ای ، نانو فیلر ها تشکیل می شوند .
• کامپوزیت » کامپوزیت پلیمری به کمک فیلر ، الیاف کوتاه طبیعی یا الیاف بلند تهیه می شوند .

روش تهیه آمیزه پلیمری :

1. مخلوط کردن مکانیکی ( ارزان ترین)
2. انحلال در حلال ( ریخته گری فیلم ، خشک کردن محلول
3. ترکیب لاتکس
4. مخلوط کردن ریز پودر
5. استفاده از مونومر ها به عنوان حلال

انتخاب موثر بهترین روش کامپاندینگ ترکیبات پلیمری به ساختار پلیمرها بستگی دارد.

مخلوط کردن مکانیکی پلیمر ها  به این معنا است که دو پلیمر یا کوپلیمر که محتوای مواد تشکیل دهنده ی آن بیش از 2 درصد وزنی است مخلوط می شوند . برای سازگاری مخلوط پلیمری اینکه فقط ساختار شیمیایی دو ماده را در نظر بگیریم کافی نیست . برای مثال

LDPE  با PP ساختار شبیه هم دارند و هر دو غیر قطبی هستند ولی مخلوط کردن این دو پلیمر با هم ناسازگار است . برای این منظور از لحاظ ترمودینامیکی مساله را بررسی می کنیم :

قانون اول ترمودینامیک : به منظور ایجاد مخلوط دو پلیمر : باید کاری کنیم انرژی مخلوط آن ها کمتر  از انرژی آن ها در حالت جدا باشد .

قانون دوم ترمودینامیک: فرآیند ها تمایل به کاهش آنتروپی دارند – آنتروپی به معنای میل به بی نظمی هست. و در حالت مخلوط کردن پلیمرها میزان آنتروپی افزایش می یابد .

اختلاط پلیمری

1. پلیمرهای غیر قابل امتزاج

• درصد ترکیب مواد
• دما

2. پلیمرهای امتزاج پذیر

• روش حلالی
• روش مذاب

انواع مخلوط پلیمری

موادی که از مخلوط کردن دو پلیمر با یکدیگر تهیه می‌شوند، آلیاژ نامیده می‌شوند.

• قابل امتزاج یا miscible
• مخلوط پلیمری غیر قابل امتزاج immisicible مثلا روغن و آب غیر قابل امتزاج هستند

در حالت امتزاج ساختار تک فاز است و در حالت غیر قابل امتزاج یک مخلوط بیش از دو فاز را نشان می دهد .

روش های آزمون امتزاج پذیری پلیمر ها

گذار شیشه-مایع (به انگلیسی: glass–liquid transition)، یا گذار شیشه ای (به انگلیسی: glass transition) تبدیل تدریجی و برگشت‌پذیر مواد آمورف از یک حالت سخت و نسبتاً شکننده «شیشه ای» به بک حالت ویسکوز و لاستیکی مانند، با افزایش دما می‌باشد.^[ پلیمرهای آمورف: مانند PVC , ABS و پلی کربناتها، که فاقد ساختار کریستالی یا نظم بلوری مشخص هستند. مواد آمورف نقطه ذوب ندارند و فقط دارای دمای انتقال شیشه ای هستند . دمای انتقال شیشه ای Tg، دمایی است که در آن دما یک تغییر آنی و رابری مشاهده می شود و افت شدید ( حدود 1000 مرتبه ای) مدول رخ می دهد.

^{برای تحلیل} میزان امتزاج پذیری مخلوط پلیمری دو آزمون دمای شیشه ای و روش تفریق اشعه ایکس به کار می رود

فرآیند تهیه مخلوط پلیمری

اولین قدم در تولید آمیزه های پلیمری، انتخاب رزین پایه و افزودنی های مناسب و تعیین فرمولاسیون با در نظر گرفتن ویژگی‌ها و الزامات نهایی آمیزه است. پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن (PE)، پلی آمید (PA)، پلی-اتیلن ترفتالات (PET)، پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)، پلی کربنات (PC)، اکریلو نیتریل بوتادین استایرن (ABS)، پلی  وینیل کلراید (PVC) و پلی استایرن (PS) پلیمرهای پرکاربرد هستند

• اختلاط مذاب : ابتدا مواد به صورت فیزیکی با هم ترکیب می شوند و وارد اکسترودر می شوند و در آن جا گرم ، ذوب و همگن می شوند. اغلب از اکسترودرهای دو مارپیچ استفاده می شود . نتیجه آن تولید یک آمیزه همگن است. برای جلوگیری از نفوذ رطوبت و هوا در اکسترودرها بخش گاز زدایی تعبیه شده است و در نهایت آمیزه مذاب با فشار به سمت خروجی قالب رفته و در نهایت به صورت رشته هایی نازک از سوراخ‌های قالب خارج می شود.
• مخلوط کردن محلول : برای تهیه آمیزه های پلیمری در مقیاس آزمایشگاهی به این شکل که اجزای مخلوط در یک حلال معمولی حل می شوند و به شدت هم زده می شوند .
• اختلاط لاتکس : مانند SBR-NBR
• کوپلیمریزاسیون جزیی بلوک یا پیوند
• تهیه ی شبکه های پلیمری متقابل

کاربردهای ترکیبات غیر قابل امتزاج پلیمری

مثال هایی از ترکیبات امتزاج پذیر