عوامل موثر بر سختی پلیمرها

 افزایش میزان سختی پلیمر باعث مقاومت بیشتر آن در برابر شرایط مختلف می‌شود. در نتیجه محصول تولیدی طول عمر بیشتری خواهد داشت. همراه ما باشید تا در این مقاله به بررسی میزان سختی پلیمر و راه‌های افزایش آن بپردازیم.

میزان سختی پلیمر

مقاومت پلیمر و عدم تخریب آن در شرایط محیطی گوناگون به عوامل متفاوتی چون دما، درجه پلیمریزاسیون، ماهیت تنش، سرعت تغییر شکل و… وابسته است. پلیمرها به صورت کلی بر اساس میزان سختی پلیمر در دو گروه مواد پلیمری نرم و مواد پلیمری سخت دسته بندی می‌شوند که هر یک با ویژگی‌های منحصر به فرد خود، کاربردهای متمایزی دارند.

معمولا هرچه میزان سختی پلیمر کمتر باشد، پلیمر با حالت الاستیکی برای تولید محصولاتی چون درزگیر، آب بند و… کاراتر است. در حالتی که پلیمر با میزان سختی بالا، برای ساخت قطعات، سیستم ترمز، چرخ دنده و…. استفاده می‌شود.

برای شناخت میزان سختی از آزمون‌های مختلفی چون آزمون سختی برینل، آزمون سختی راکول و… استفاده می‌شود که هر یک به روش مخصوص به خود، میزان سختی پلیمر را مشخص می‌کنند. همچنین برای افزایش سختی پلیمر راهکارهای گوناگونی وجود دارد که در ادامه به بررسی بیشتر آن‌ها می‌پردازیم.

افزایش سختی پلیمر

به طور کلی برای افزایش سختی پلیمر دو روش وجود دارد که در روش اول تغییراتی بر روی روند فرآیند تولید پلیمر ایجاد می‌شود و در روش دوم پلیمر در ترکیب با افزودنی‌ها، سختی بیشتری پیدا می‌کند. بهتر است برای شناخت بیشتر هر یک از روش‌های نام برده شده، به موارد زیر توجه کنید.

پیوند‌های بین مولکولی یا ساختار شیمیایی: برای افزایش سختی پلیمر باید به قدرت پیوند مولکولی آن توجه شود. سختی پلیمر و پیوند مولکولی آن رابطه مستقیم دارند و هرچه پیوند قوی تر باشد، ایجاد شکستگی در آن سخت تر است. بنابراین پلیمر از مقاومت و سختی بیشتری برخوردار خواهد بود.

نظم مولکولی پلیمر یا درجه بلورینگی: لزوما مولکول‌های یک پلیمر به صورت منظم در کنارهم قرار نمی‌گیرند. نظم مولکولی در صورت افزایش، باعث بالا رفتن درجه بلورینگی شده و پیوند میان مولکول‌ها را قوی تر می‌کند. بنابراین جدا شدن مولکول‌ها از هم و شکست شبکه مولکولی سخت‌تر می‌شود. در این حالت می‌توان گفت که سختی پلیمر افزایش یافته است.

اختلاط دو پلیمر: گاهی با اختلاط دو پلیمر سازگار، می‌توان ترکیبی با میزان سختی بالاتر ایجاد کرد که باعث بهبود خواص پلیمر می‌شوند. به طور مثال می‌توان به مخلوط پلیمر‌های پلی اتیلن سبک و پلی اتیلن سنگین اشاره کرد که باعث افزایش سختی پلیمر پلی اتیلن سبک می‌شوند.

افزودنی‌ها: استفاده از افزودنی یکی از بهترین راه‌های افزایش سختی پلیمر است که با تنوع بالا، کمک زیادی به بهبود خواص پلیمر می‌کند. معمولا افزودنی‌هایی چون نرم‌کننده، تقویت کننده، پر کننده و آنتی اکسیدانت وابسته به نوع پلیمر و کاربرد آن برای سختی پلیمر استفاده می‌شوند.

افزایش سختی پلیمر با افزودنی‌ها

افزودنی‌ها نوعی ترکیب معدنی و شیمیایی هستند که به منظور بهبود خواص و ارتقا سطح کیفیت پلیمر تولید می‌شوند. این افزودنی‌ها در ترکیب با پلیمر می‌توانند به افزایش سختی آن نیز کمک کنند که نمونه‌های پرمصرف آن به شرح زیر شناخته می‌شوند.

تقویت کننده‌ها

همانطور که از نام این افزودنی پیداست، ترکیب آن با ماده پلیمری باعث ارتقا خواص آن شده و به نوعی ویژگی‌های آن را تقویت می‌کند. در واقع تقویت کننده‌ها با افزایش سختی پلیمر، باعث بهبود میزان استحکام آن شده و به کاهش هزینه مواد اولیه تولید پلیمر کمک می‌کنند. الیاف شیشه یکی از نمونه‌های افزودنی تقویت کننده است که با پخش شدن در ساختار ماتریس پلیمری چون پلی آمید، باعث افزایش سختی و استحکام آن می‌شود.

پرکننده‌ها

از پرکننده‌ها می‌توان به موادی چون کلسیم کربنات، هیدروکسید، پودر تالک و… اشاره کرد که با افزایش غلظت پلیمر باعث بهبود سختی آن می‌شوند. کلسیم کربنات ماد‌ه‌ای بی‌خطر است که می‌توان از آن در صنایع غذایی هم استفاده کرد و معمولا برای افزایش سختی پلیمر کاغذ، رنگ و پلاستیک کاربرد دارد.

افزودنی روان کننده

روان کننده نیز مانند دیگر افزودنی‌ها باعث بهبود میزان سختی پلیمر می‌شود با این تفاوت که این افزودنی می‌تواند دما حرارتی ماده را کاهش دهد و از تجزیه آن در برابر حرارت جلوگیری کند. همانطور که از نام این افزودنی پیداست، خاصیت روان کنندگی آن تاثیر بسیاری بر انعطاف پذیری و دوام پلیمر دارد.

تمامی افزودنی‌های نام برده شده با عملکرد متفاوتی به بهبود سختی پلیمر کمک می‌کنند که بهتر است برای شناسایی نوع سازگار آن با پلیمر، از متخصصان این حوزه و شرکت‌های تولیدکننده کمک بگیرید.

سنجش میزان سختی پلیمر

سنجش میزان سختی پلیمر به شما کمک می‌کند تا درک درستی از کیفیت پلیمر پیدا کنید و در صورت کمبود میزان سختی پلیمر، نسبت به رفع آن اقدام کنید. در واقع سختی پلیمر میزان مقاومت یک جسم جامد در برابر فشار و نفوذ جسم دیگر را نشان می‌دهد.

با اعمال فشار، پلیمر تغییر شکل داده و بعد از مدتی به حالت اولیه برمی‌گردد. اما اگر سختی پلیمر به حد کافی نباشد، ممکن است در اثر فشار تخریب شود. برای اینکه بتوان خواص مکانیکی یک پلیمر را بررسی کرد، آن را در شرایط آزمایشگاهی تحت آزمون قرار می‌دهند که آزمون سختی پلیمر به شناسایی میزان سختی پلیمر کمک می‌کند.

روش‌های مختلفی برای این آزمون وجود دارد که پیشتر نیز به آن اشاره شد. ما در ادامه به بررسی خلاصه وار هریک می‌پردازیم.

آزمون سختی راکول: برای این آزمون عمق نسبی فرو رفتن یک توپ فولادی یا مخروط مسی در سطح پلیمر آزمایش می‌شود.

آزمون برینل: با برخورد شی کروی شکل با قطر حدود 10 میلی‌متر به مدت 10 تا 30 ثانیه به پلیمر، عدد سختی پلیمر بر حسب نیرو اعمال شده، قطر کره و قطر دندانه ایجاد شده، در یک فرمول مشخص به دست می‌آید.

آزمون سختی shore Durometer: میزان سختی در این روش با استفاده از میزان نفوذ و فرو رفتگی شی نوک تیز فولادی یا الماسی در پلیمر تعیین می‌شود. در واقع شی نوک تیز بر سطح پلیمر فرود می‌آید و مقدار بازگشت چکشی آن، نشان دهنده میزان سختی پلیمر است.

جمع بندی

سختی پلیمر یکی از عوامل تعیین کننده کیفیت پلیمر است که تاثیر بسیاری بر خواص محصولات تولیدی از آن دارد. میزان سختی پلیمر به فاکتورهای گوناگونی وابسته است که می‌توان برای افزایش سختی پلیمر، این فاکتورها را در فرآیند تولید مورد توجه قرار داد.

ما در این مقاله به بررسی روش‌های مختلف افزایش سختی پلیمر و سنجش آن پرداختیم تا شما آگاهی بیشتری نسبت به پلیمر‌ها و میزان سختی آن داشته باشید./ سیوان پلیمر