برای تولید برخی محصولات پی وی سی نظیر بطری ها و لوله های مقاوم در مقابل ضربه و فیلم های بسته بندی با مقاومت پارگی بالا ، استفاده از افزودنی بهبود دهنده مقاومت ضربه در فرمولاسیون امری ضروری است که به کمک اصلاح کننده های پی وی سی این امر مهیا شده است . این نیاز که در مورد بسیاری از پلیمر های مهم وجود دارد باعث شده که از سال ها پیش روش ها چقرمه سازی مورد برسی قرار بگیرند . این کار باعث کاهش دمای انتقال شیشه ای و در نتیجه چقرمه تر شدن محصولات می گردد . اما از سوی دیگر دمای تغییر شکل حرارتی و مقاومت حرارتی محصول کاهش می یابد .
در صورتی که پلیمر های سخت از طریق روش های مختلف نظیر افزودن ذرات لاستیکی به فاز پیوسته ی پلیمری چقرمه میشوند . روش افزودن ذرات لاستیکی به پلیمر شکننده ، که از مهم ترین روش های چقرمه سازی می باشد ، برای اولین بار در سال ۱۹۲۰ ، توسط استرومیس لسکی به طور موفقیت آمیز مورد استفاده قرار گرفت .
در حالت کلی پی وی سی در محدوده دمایی خاص می تواند رفتار چقرمه داشته باشد . اما این محدوده ی رفتار چقرمه با شرایط کاربری واقعی بسیار متفاوت می باشد .
اثر کیفیت ذوب بر روی ضربه پذیری پی وی سی
به دلیل پیچیدگی مورفولوژی پی وی سی و وابستگی زیاد آن به شرایط فرآیندی ، کنترل دقیق دما و فشار فرآیند ، زمان قالبگیری و حتی دما و فشار آزمون های اندازه گیری خواص مختلف ، اهمیت زیادی دارد . ذوب پی وی سی که با گره خوردگی های زنجیری بین ذرات اولیه همراه باشد ، امکان تبلور مجدد فرمولاسیون را با خنک شدن مهیا می کند .
معمولا نمودار استحکام ذربه بر حسب میزان ذوب ، یک مقدار بیشینه دارد . در ضمن وجود نقایص و حفره ها در ماده که در مقادیر ذوب شدن کمتر ایجاد می شود ، می تواند موجب شکست ماده شود .
تا زمانیکه جریان ذرات اولیه سیستم وجود دارد ، سطح زیادی نیز جهت بر هم کنش استئارات کلسیم و واکس پارافین موجود است . اما با افزایش دمای فرآیندی و عبور آن از یک مقدار بحرانی ، فرمولاسیون پی وی سی بیشتر ذوب شده و امولسیفایر بر روی سطح ذرات اولیه ی پی وی سی از آن جدا می شود .در این صورت با اعمال برش به سیستم ، سطوح جدیدی از روان ساز ایجاد شده که بدون گره خوردگی های ذرات پی وی سی می باشند .
تئوری بهبود ضربه پذیری
پدیده ی شکست پلیمر ها به عوامل متعددی نظیر شکل هندسی نمونه ، سرعت و نحوه ی اعمال بار و شرایط محیطی به ویژه دما وابسته است . علت وابستگی رفتار شکست به سرعت بارگذاری به طبیعت ویسکوالاستیک پلیمر ها بر میگردد که این امر یکی از مهم ترین تفاوت های مواد پلیمری با فلزات می باشد .
عکس العملی که انواع پلیمر های مختلف به اعمال تنش در آزمون ضربه نشان می دهند متفاوت می باشد . اما به طور کلی می توان گفت که پلیمر های ترموپلاستیک نظیر پی وی سی معمولا در برابر ضربه یکی از سه نوع عکس العمل تسلیم شدگی برشی ، ترکچه ای شدن و شکنندگی ترد ، یا ترکیبی از آن ها را از خود نشان می دهند .
محققان تلاش های زیادی برای یافتن راهی جهت پیش بینی مکانیسم شکست پلیمر ها انجام داده اند .
شناخت مکانیسم های شکست پلیمر ها برای انتخاب درست نوع و مقدار اصلاح کننده ی ضربه پذیری مصرفی و میزان مطلوب افزایش چقرمگی ، امری ضروری است .
اصلاح کننده های ضربه پذیری پلیمر ها ، در واقع موادی هستند که به ایجاد یا افزایش مکانیسم های جذب انرژی در فرمولاسیون می پردازند . این مواد به تنهایی ، فقط مقدار از تنش اعمالی را می توانند جذب کنند و برای جلوگیری از شکست نمونه مابقی تنش باید توسط مکانیسم های اتلاف ایجاد شده در فرمولاسیون مصرف شود .
در نتیجه با افزایش اندازه ذرات لاستیکی ، نقش دو گانه ای در چقرمه سازی ایفا می کند . اعتقاد بر این است که اندازه ذرات چقرمه کننده باید بسیار کوچک تر از ۱ میکرون باشند تا بتوانند مکانیزم تسلیم تنشی را در پلیمر ایجاد نمایند . به نظر میرسد که با افزایش تنش در اطراف بسیار کوچک ، تسلیم تنشی موضعی کاهش یافته و موجب تغییر شکل پلاستیکی پلیمر می شود .
پی وی سی گرانول
انواع بهبود دهنده های مقاومت ضربه ی پی وی سی
انواع مختلفی از دسته بندی ها برای اصلاح کننده های مقاومت ضربه ی پلیمر ها وجود دارد . مطابق یکی از این تقسیم بندی ها ، که توسط لاتز و دانکل برگر برای اصلاح کننده های ضربه پذیری پی وی سی ارائه شده است ، بر اساس مورفولوژی ذره در ماتریس ، سه نوع کلی از این افزودنی وجود دارد . نوع اول ، اندازه از پیش تعیین شده ای دارند و در حین فرآیند های مذاب پلیمر اندازه آنها تغییری نمی کنند . اما نوع دوم با توجه به شرایط فرآیندی و اعمال تنش ، مورفولوژی متغیری دارد . نوع سوم اصلاح کننده های ضربه پذیری هستند که ظاهرا اندازه معینی دارند ، اما ممکن است با تغییر شرایط فرآیندی تغیراتی در آن ها ایجاد شود .
اصلاح کننده های ضربه پذیری با اندازه ثابت
اصلاح کننده های ضربه پذیری هسته پوسته ای ، از طریق فرآیند پلیمریزاسیون امولسیونی و به صورت رادیکالی تهیه می شوند . در این روش ابتدا منومر هایی که قرار است هسته را تشکیل دهند در محیط آبی که در آن به مقدار کافی پایدار کننده و شروع کننده دارد افزوده می شود . معمولا در مرحله اول از مقدار مناسبی از عوامل شبکه ای کننده نیز در سیستم استفاده میشود .
اصلاح کننده های ضربه پذیری با اندازه متغیر
به طور کلی در این دسته پلیمر های خطی و شاخه ای وجود دارند که در حین فرآیند مذاب ، یک فاز پیوسته ی تشکیل داده که ذرات اولیه پی وی سی را می پوشانند .
کوپلیمر های اتیلن
کوپلیمر های اتیلن – وینیل استات ، تحت یک فرآیند پلیمریزاسیون با فشار بالا تولید می شوند . با افزودن وینیل استات ، ساختار بلوری منظم پلی اتیلن تغییر می کندبه طوری که در پلیمر های با بیش از حدود ۶۰ درصد وزنی وینیل استات ، هیچ گونه هیچ گونه تبلوری مشاهده نمی شود .