Association of PVC Pipe and Fitting Producers

سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی: پلاستیک pvc دارای خواص فیزیکی  و مکانیکی خوبی است و می تواند برای تولید مصالح ساختمانی ، مواد بسته بندی و مواد الکترونیکی و کالاهای مصرفی مورد استفاده قرار گیرد. این پلاستیک به طور گسترده در صنعت، کشاورزی، ساخت و ساز، حمل و نقل، مخابرات، بسته بندی و سایر زمینه ها استفاده می شود.

با توجه به مقاومت ضعیف در دمای پایین ، حد پایین دمای pvc سخت  معمولا 15-ºC است که کاربرد  مواد pvc در بسیاری از جنبه ها محدود می کند. از طریق تنظیم رزین pvc و مواد افزودنی می توان مقاومت در برابر سرمای پلاستیک pvc را برای پاسخگویی به نیازهای دمای پایین تقویت کرد. این مقاله بر فرمولاسیون برای تقویت مقاومت در برابر سرما محصولات PVC تمرکز دارد.

رزین پی وی سی

رزین پی وی سی پلیمری غیر بلوری و قطبی است. دمای انتقال شیشه ای آن 75 تا 105 درجه سانتی گراد است. هرچه وزن مولکولی نسبی بزرگتر باشد، ویسکوزیته بالاتر است. برهمکنش واندروالسی زنجیره های ماکرومولکول pvc، رشد مقطع pvc منجر به بهتر شدن مقاومت مواد در دمای پایین می شود.

در فرمولاسیون  pvcمعمولی، رزین های pvc با ویسکوزیته کمی بالاتر با وزن مولکولی کمی بالاتر می تواند در آب و هوای سرد زمستان به مدت طولانی استفاده شود. علاوه بر این الزامات ویژه ای برای برخی محصولات مانند کیسه های خون وجود دارد که باید تا دمای30- درجه سانتیگراد مقاوم باشند و انتخاب درجه پلیمریزاسیون بالا ( متوسط درجه پلیمریزاسیون  بزرگتر از 2000) می تواند در مقاومت به سرما مهم باشد زیرا درجه پلیمریزاسیون بالاتر پی وی سی منجر به ساختار کراس لینک و کریستالیته بزرگتر رزین شده و باعث می شود که الاستیسیته افزایش یابد. در حالی که  وزن مولکولی افزایش می یابد، نیروهای بین مولکولی واندروالس و نیروی پیوند شیمیایی بین مولکولی برای به دست آوردن مقاومت در برابر سرما افزایش می یابد.

پلاستی سایزر

به عنوان یک جز مهم از pvc نرم شده، پلاستی سایزر تاثیر زیادی بر خواص محصولات نرم شده دارد. اگر نیاز به استفاده از محصولات در دمای پایین باشد، نوع پلاستی سایزر باید انتخاب شود. اخیرا به عنوان نرم کننده سرد استر اسید های دی بازیک اسید چرب، فتالات الکل خطی، استر اسیدهای چرب دی هیدریک و مونو استر اسیدهای چرب اپوکسی استفاده می شوند.

همچنین آمیدهای اسید چرب ، دی کربوکسیلاتهای نفتنیک، استرهای اسید چرب کلرو متوکسی به عنوان پلاستی سایزر های مقاوم در برابر سرما  با خواص دمای پایین گزارش شده اند. بهبود مقاومت در برابر سرما محصولات نرم pvc ، به طور کلی با افزایش مقدار پلاستی سایزر سرد به دست می آید.DOA(دی اکتیل آدیپات)،DIDA( دی ایزو دسیل آدیپات)،DOZ( دی اکتیل آزلوات)، DOS( دی اکتیل سباکیت) به عنوان نرم کننده های سرد  استفاده می شوند. با توجه به این که پلاستی سایزر های سرد کلی سازگار با PVC خیلی خوب نیستند در حقیقیت  می تواند به عنوان پلاستی سایزر کمکی برای بهبود مقاومت به سرما  استفاده شود. مقدار مورد استفاده معمولا 5 تا 20% پلاستی سایزر اصلی است. علاوه بر این 2و2و4 تری متیل 1و3 پنتانیدول دی ایزو بوتیرات(TXIB)، بوتیل استارات به عنوان پلاستی سایزر سرد عمل می کنند.

مطالعه Jiang Peifen  نشان داد که به منظور بهبود سختی فیلم و کشیدگی در دمای پایین ، هگزا متیل فسفریک تری آمید بهتر عمل می کند. از آنجایی که این ترکیب پلاستی سایزر سرد نیست اما به طور موثر می تواند نقطه انجماد پلاستی سایزر های مختلف را برای دستیابی به مقاومت فیلم در برابر هوای سرد کاهش دهد.

اصلاح کننده

یک روش مؤثر برای بهبود عملکرد ضعیف استحکام ضربه با درجه حرارت پایین PVC، افزودن پلیمر با دمای انتقال شیشه ای پایین و الاستیسیته  بالا در دمای اتاق است که به طور کلی به عنوان اصلاح کننده شناخته می شود. پلیمری که افزوده می شود باید دارای پارامترهای حلالیت مشابه با  PVCباشد، دارای امتزاج پذیری ویژه باشد و بتواند یک ترکیب از دو ساختار را تشکیل دهد و بتواند مقاومت به ضربه در دمای پایین محصول را بهبود دهد.

نتایج تحقیقات Zhang Zhenghong نشان می دهد که CPE می تواند عملکرد محصول در دمای پایین را بهبود دهد و استحکام به ضربه را افزایش دهد. با افزایش دوز CPE، عملکرد ضربه محصولات PVC به تدریج افزایش می یابد.هنگامی که دوز به مقدار مشخصی افزایش می یابد، عملکرد محصولات PVC در مقابل ضربه در دمای پایین پایدار می شود.

 با افزایش دوز NBR، استحکام ضربه PVC سخت در دمای پایین به تدریج افزایش می یابد.EVA دارای جریان پذیری خوب، دمای انتقال شیشه ای پایین، اثرات چقرمگی در دمای پایین ولی هزینه بالاست. ACR دارای مقاومت ضربه در دمای پایین و مقاومت در برابر آب و هواست و می تواند ظاهر محصول را بهبود دهد.MBS دارای دمای انتقال شیشه ای پایین است و مقاومت به ضربه خوبی ایجاد می کند اما مقاومت در برابر هوازدگی ضعیفی دارد.ABS باعث افزایش مقاومت به ضربه در دمای پایین می شود در حالی که ظاهر محصول را هم بهبود می دهد.

علاوه بر این برخی از مواد مانند SBS که دارای یک فاز رابری است و دمای انتقال شیشه ای پایینی دارد می تواند استحکام ضربه و مقاومت در برابر سرمای PVC را افزایش دهد.

مطالعه Han Huisheng در مورد PVC نرم اصلاح شده مقاوم در برابر دمای پایین نشان می دهد که خصوصیات مقاومت در دمای پایین مخلوط PVC نرم اصلاح شده به طور قابل توجهی تحت تاثیر نوع و مقدار اصلاح کننده پلیمری قرار می گیرد.از بین روش های مختلف یافت شد که اصلاح کننده های پلیمری مانند  Elvaloy 711( کوپلیمر اتیلن وینیل استات مونو استات)، NBR -26،  Chemigum P83( پودر NBR پیش کراس لینک شده) و برخی از اصلاح کننده های پلیمری مانند CPE و EVA با محتوای پایین وینیل استات به مقاومت در برابر سرما PVC نرم آسیب می رساند.

عوامل اصلاح کننده در دمای پایین مانندK-175C, N-550C  منجر به بهبود انعطاف پذیری در دمای پایین و استحکام ضربه PVC می شود زیرا دمای انتقال شیشه ای پایین تر و سازگاری خوب با PVC و بهبود اثر چقرمگی  می تواند عملکرد در دمای پایین محصولات PVC را بهبود دهد.

الاستومرهای گرمانرم

الاستومرهای ترموپلاستیک (TPE) یک دسته از مواد سنتزی هستند که الاستیسیته لاستیکی را در دمای اتاق نشان می دهند و در دماهای بالاتر نرم می شوند. بنابراین این پلیمرها ویژگی های لاستیک و گرمانرم را باهم ترکیب می کند و می تواند به عنوان عامل چقرمگی کامپوزیت استفاده شود چنین موادی معمولا شامل پلی اورتان، استایرن ها، پلی اولفین ها، پلی استرها، ساندیوتاکتیک 1 و2 پلی بوتادی ان و پلی آمیدها و سایر محصولات است. در حال حاضر استایرن ها و پلی اولفین ها به عنوان عامل چقرمگی کامپوزیت استفاده می شوند.

مقاومت در برابر سرما محصولات PVC-TPE حداقل کمتر از پی وی سی نرم نیست .PVC-TPE دارای الاستیسیته خوب  در دمای 45- درجه سانتی گراد است. H4040و H3303 و سایر برندهای TPE با PVC دارای سازگاری خوبی هستند و اضافه کردن آن به طور قابل توجهی می تواند انعطاف پذیری در دمای پایین PVC را بهبود دهد.

شرکت تکنولوژی پلاستیک ژاپن نیز یک پلی اورتان ترموپلاستیک-پلی وینیل کلراید الاستومر توسعه داد. استفاده از TPU به عنوان یک نرم کننده برای PVC مشکل مهاجرت نرم کننده و فراریت با پلی وینیل کلراید نرم را حذف می کند. هنگام استفاده از TPU ، دمای شکنندگی مواد PVC از 30- تا 68-کاهش می یابد و به یک سطح مقاوم در برابر سرما می رسد.

فیلر

اثر پرکننده در برابر سرما برای محصولات نرم مربوط به جذب نرم کننده آن است. تمایل کلی  این است که پرکننده با مقدار  جذب پایین نرم کننده اثر کمتری در برابر مقاومت سرمایی دارد درحالی که فیلرهایی مانند کربن سیاه و خاک رس جاذب بالای نرم کننده هستند  و مقاومت در برابر سرما PVC را به طور قابل توجهی کاهش می دهند.

اضافه کردن فیلر به  PVC سخت منجر به تاثیر بر خواص ضربه شده همچنین شکنندگی در دمای پایین با افزایش مقدار فیلر افزایش می یابد. به این علت است که زمانی که فیلر به عنوان پر کننده به PVC  به عنوان ذرات معدنی افزوده می شود زنجیره های  interchain را پر می کند زمانی که مقدار فیلر پایین است شکاف برخی از زنجیره های مولکولی را پر می کند و نقش استحکام دهنده را ایفا می کند و یا زنجیره های بین مولکولی را پر می کند و نقش افزایش فاصله بین مولکولی و افزایش چقرمگی سیستم را ایفا می کند.

با این حال زمانی که مقدار فیلر افزایش می یابد با افزایش فاصله بین مولکولی، نیروهای بین مولکولی نابود می شود و فعالیت بخش های مولکولی در دماهای پایین کاهش می یابد و به طور چشمگیری توانایی مواد را در برابر ضربات خارجی کاهش می دهد. بنابراین ضربه در دمای پایین بر روی PVC سخت دارای اثر منفی خواهد بود.

بعد از پردازش فیلر، خواص کششی مواد بهبود خواهد یافت اما مقاومت به ضربه در دمای پایین مشخص نیست.ذرات فیلر فضای فعال زنجیره مولکولی  PVCرا اشغال می کند.اگرچه نیروی اتصال بین پرکننده فعال و زنجیره مولکولی PVC افزایش می یابد، این افزایش فقط استحکام کششی مولکول را افزایش می دهد در حالی که شکنندگی این ماده فقط با افزایش ذرات پرکننده افزایش می یابد.

کربنات کلسیم نانو به PVC  افزوده می شود به دلیل سایز ریز آن دارای نقش مشابهی به عنوان اصلاح کننده است و با مقدار خاصی می تواند خصوصیات PVC در دمای پایین را بهبود بخشد اما چون دمای انتقال شیشه ای پایین نیست اثر اصلاح کننده واضح نیست و اگر به مقدار بالایی افزوده شود شکنندگی در دمای پایین مواد افزایش خواهد یافت.

دیگر افزودنی ها

در فرمول کلی می توان از افزایش نرم کننده با افزایش مقدار روان کننده های داخلی و کاهش کمک فرایند استفاده کرد اما فرمولاسیون سرد و سخت برای این روش توصیه نمی شود زیرا نقش کمک فرایندها تنها بهبود فرایند  PVC نیست و نقش آن در عملکرد محصول در دمای پایین تا حد زیادی بهبود می یابد این نقش را نمی توان با روان کننده ها جایگزین کرد.

نرم کننده بازدارنده آتش PVC نرم، معمولا تریکزیل فسفات است اما عملکرد در دمای پایین تریکزیل فسفات ضعیف است بنابراین نیاز به درنظرگرفتن مقاومت در برابر سرما استر فسفات های آلکیل مناسب تر است. معمولا استفاده از پایدار کننده ها بر مقاومت سرمایی محصولات PVC دارای اثر منفی است.

 انواع مختلف استابلایزرها به علت ویژگی های مختلف مورفولوژی و فیزیکی محصولات تحت سرما قرار گرفته مشابه نیست. با توجه به مقدار ضروری و محدود، مشکلات در این مورد در طراحی فرمول کلی به ندرت مورد توجه است.

به طور خلاصه از طریق انتخاب جایگزینی با افزودنی های بهتر مقاوم در برابر سرما، معرفی تعدادی از پلیمرهای مقاوم در برابر سرما و مجموعه ای از روشهای تنظیم فرمول، می توان مقاومت در برابر سرمای مواد PVC را به منظور برآورده کردن الزامات مقاومت در دمای پایین را توسعه داد. در عین حال همچنین باید توجه داشته باشیم که دمای پردازش، دمای خنک کننده، سرعت کشش، طراحی ساختاری و بسیاری از جنبه های دیگر می تواند در مقاومت به سرمای محصولات PVC تاثیر داشته باشد.

بنابراین در طراحی فرمولاسیون PVC باید شرایط کاربرد و دیگر عوامل را در نظر گرفت و در نهایت فرمول های  PVC  عالی مقاومت در برابر سرما را بدست آورد.