تبلیغات
مهندسی پلیمر(polymer engineering) - فرمولاسیون پلیمرهای پلی سولفاید مایع برای ساخت درزگیرهای موردمصرف

 



نوع سیستم و درجه پخت، مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی درزگیرهای پلی سولفایدی هستند. این پلیمر مایع، دارای سیستم‌های پخت متنوعی است که بنابر نوع سیستم پخت و اجزای کامپاند متناسب با آن سیستم، نوع مصرف نهایی آنها تعیین می‌شود. یکی از عوامل پخت این درزگیرها که استفاده از آنها را در مخازن سوخت لاستیکی میسر می‌سازد، دی‌اکسید منگنز است. اجزای فرمولاسیون برای دستیابی به خواص مناسب، یکی از اساسی‌ترین مسائل در مورد ساخت درزگیرهای دوجزئی است. بررسی درصد تأثیرات این اجزا بر خواص فیزیکی و مکانیکی آمیزه‌ها، نشان می‌دهد که هر کدام از این اجزا، بنا به نوع سیستم پخت تاثیرات متفاوتی بر این خواص دارند. آزمایشات در این تحقیق، بر مبنای روش تاگوچی طراحی شده و آزمون‌های خواص یادشده برای هر آزمایش انجام شده است و نتایج حاصله موردتجزیه و تحلیل قرار گرفته‌اند.



منظور از پلیمرهای پلی‌سولفاید، پلیمرهای آلیفاتیک دارای پیوندهای گوگردی در زنجیره اصلی پلیمر است. این اتصالات می‌توانند دو، سه و... گوگردی باشند. پلیمرهای پلی‌سولفایدی، شامل الاستومرهای جامد با وزن مولکولی بالا، پلیمرهای مایع با وزن مولکولی پایین و محلول‌های آبی این الاستومرها و یا پلیمرهای مایع هستند. در این میان، بیشترین کاربرد را پلیمرهای پلی‌سولفاید مایع دارند و در تولید درزبندها[1] به کار می‌روند. از جمله خواص منحصر بفرد این درزبندها که در هیچ درزبند دیگری دیده نشده و باعث شده است تمایل زیادی به استفاده از آنها در صنایعی حساس مانند هوافضا (که عمده‌ترین مصرف این درزبندها را دارا است) به‌وجود آید، خاصیت خود ترمیمی[2] آنهاست که به دلیل جابجایی‌های بین مولکولی باندهای گوگرد-گوگرد و یا واکنش آنها با گروه‌های «مرکاپتان» باقی مانده رخ می‌دهد. همین خاصیت، موجب می‌شود که این درزبندها به درزبندهای از قبل پخت شده چسبندگی خوبی داشته باشند. لذا هنگام تعمیرات، هزینه و آسیب کمتری متوجه تجهیزات، از قبل درزبندی شده می‌شود. کاربردهای آنها در صنایع هوافضا در آب‌بندی مخازن سوخت و کابین‌های تحت فشار، درزبندی اتصالات موجود در بال، بدنه و اطراف پنجره‌ها و نیز محافظت از لوازم الکتریکی است. نوع سیستم پخت و درجه پخت، از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی محصول نهایی است. ساختار منحصر بفرد زنجیره اصلی پلیمرهای پلی‌سولفاید، سهم بسزایی در خواص مطلوب محصولات ساخته شده توسط این ماده را دارد. خواص درزبندهای ساخته شده از این پلیمر عبارتند از: مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر حلال‌ها و سوخت‌ها، انعطاف‌پذیری خوب و چسبندگی به بسیاری از سطوح نظیر استیل، آلومینیم، شیشه، لاستیک‌ها، بتون، چوب و... از نارسایی‌های این درزبندها می‌توان به پایین بودن مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر خزش و بوی بد اشاره کرد که با فرمولاسیون مناسب می‌توان این مسائل را تا حد زیادی برطرف کرد. مقاومت در برابر فرسودگی و سیالات و انعطاف‌پذیری در دمای پایین متناسب با درصد پلیمر موردمصرف در فرمولاسیون محصول است. با توجه به حساسیت کاربرد در درزبندهای هواپیما و سایر وسائل موردمصرف در صنایع هوافضا (عمده‌ترین کاربرد این پلیمر) درصد وزنی پلیمر در کامپاند بالای 60درصد است. به همین دلیل درجه پخت و سیستم پخت به‌کار گرفته شده که استحکام‌دهنده پلیمر پایه‌اند، اساسی‌ترین نقش را در خواص فیزیکی و مکانیکی محصول نهایی خواهند داشت.


عبارتی که عموماً برای انتشار زنجیر و اتصالات عرضی پلیمرهای مایع در چسب‌ها و درزبندها استفاده می‌شود، «پخت»[3] است. پخت در واقع همان فرایند vulcanization است که فرایندی برگشت‌ناپذیر از اتصالات بین مولکولی زنجیرهای پلیمری و ایجاد شبکه‌ای سه بعدی می‌باشد. باید توجه داشت که پخت از این دست، به معنای تبخیر حلال نیست.


پخت بر اثر اکسیداسیون


لاستیک پلی‌سولفاید دارای گروه‌های هیدروکسیل، توسط اکسید روی، پخت می‌شود. این در حالی است که لاستیک دارای ساختاری نظیر پلیمرهای مایع تجاری، با استفاده از پراکسید روی، پخت می‌شود. فرایند اخیرالذکر که اکسیداسیون گروه‌های انتهایی و شاخه‌ای مرکاپتان و تشکیل باندهای دی‌سولفاید است.

دی‌اکسید منگنز به‌عنوان عامل پخت


یکی از رایج‌ترین عوامل پخت در تکنولوژی پلی‌سولفایدها، دی‌اکسیدمنگنز است. (اکسید منگنزIV) که در درزبندها بخش شیشه‌های عایق و هواپیما کاربرد دارند. برای پی بردن به ساختار دی‌اکسید منگنز و مکانیزم پخت آن، روش رزونانس پارامغناطیسی الکترون (EPR) به‌کارگرفته می‌شود. با بررسی تغییرات سیگنال‌های حاصل از پخت پلی‌سولفاید توسط دی‌اکسید منگنز، هر دو مکانیزم رادیکال آزاد[4] و تراکمی[5] در کنار هم برای این پخت پیشنهاد شده‌اند. در آزمایشات، وقتی درصد اکسیژن موجود کاهش می‌یابد، می‌توان توسط تکنیک‌های اسپینی، درصد و انواع رادیکال‌های آزادی را که در واکنش دی‌اکسید منگنز فعال با پلی‌سولفاید با گروه انتهایی مرکاپتان و یا با گروه‌های مرکپتاید وجود دارند، مشخص کرد. رادیکال تیل ) ( تشکیل شده از SH- به وجود آمده است و نه از تجزیه SS-- و پخت بر اثر اتصال تعداد زیادی از رادیکال‌ها به وجود می‌آید. در آزمایشاتی که اکسیژن زیادی در آنها وجود دارد، عمر رادیکال‌های آزاد کاهش می‌یابد، اکسیژن مصرف می‌شود و سرعت پخت تشدید می‌یابد. آنالیز توسط NMR نشان می‌دهد که محصول با آنچه که در آزمایش تهی از اکسیژن به دست می‌آید، تفاوتی ندارد. در آزمایشات اسپینی دیگری که انجام شد، رادیکال‌های و و و نیز آنیون رادیکال - مشخص شدند.

معرفی مواد و تجهیزات مورداستفاده


رزین پلی‌سولفاید مورد مصرف از نوع NVB II ساخت شرکت کازان[6] روسیه، دوده SRF ساخت کربن پارس، کربنات کلسیم کوت شده وینداور ایرانی، سیلیکا Cabosil ساخت cobat امریکا، روغن پارافین کلره، ساخت شرکت C.P.Hall امریکا، دی‌اکسید منگنز ساخت Kychem چین، و شتابدهنده‌های TMTD و DPG به ترتیب vulkacit thioram و vulkacit D ساخت شرکت Bayer AG آلمان، استئاریک اسید ساخت Natoleo مالزی، رزین فنولیک ساخت BASF آلمان و آب‌مقطر.


رئومتر MDR2000 ساخت شرکت Monsanto برای تعیین زمان پخت (t90 در 60درجه سانتی‌گراد)، زمان برشتگی و ماکزیمم و مینیمم گشتاور برشی. دستگاه کشش Instron 1114 برای اندازه‌گیری استحکام کششی، درصد افزایش طولی، استحکام برشی و مقاومت پوستگی. دستگاه سختی‌سنج Zwick 3100 از نوع Shore A برای تعیین سختی.


تمام آزمون‌های یادشده، برطبق استاندارد AMS3269 (تدوین شده در 1993) انجام شد.

طراحی آزمایشات و کارهای تجربی


اجزای کامپاند برای بررسی میزان تاثیر بر خواص، شامل اجزای متغیر در هر فرمولاسیون به همراه سطح تغییرات هر یک از آنهاست. مقادیر داده شده برحسب phw (قسمت نسبت به صد قسمت وزنی رزین پلی‌سولفاید) است. با توجه به روش تاگوچی در طراحی آزمایشات، برای این تعداد متغیر با سطوح تعیین شده جدول استاندارد طراحی آزمایشات برابر آرایه‌های متعامد L32 وجود دارد.با توجه به ترکیبات تعیین شده از سطوح توسط جدول آرایه‌های استاندارد M32، تعداد 32 کامپاند به دست آمد که در جدول 2 درصد ترکیب اجزا در مقابل شماره کامپاند مربوطه، آمده است. در تمام کامپاندها، اجزای مشخص شده با 100قسمت رزین پلی‌سولفاید ترکیب شدند. ترتیب اختلاط به این صورت بود که ابتدا اجزای شتابدهنده و عامل پخت به همراه قسمتی از روغن ترکیب شده و کامپاند پخت را تشکیل دادند. رزین پلی‌سولفاید نیز با دوده (SRF black)، کربنات کلسیم، سیلیکا (Cabosil)، اسید استئاریک و درصدی از روغن پارافین کلره، مخلوط شد و کامپاند پایه را تشکیل داد. سپس دو جزء را با یکدیگر مخلوط کرده و آمیزه نهایی در دمای 60درجه سانتی‌گراد، پخت شد.مشاهده می‌کنیم که چگونگی تغییر این سه خاصیت در هر آمیزه، تقریباً نزدیک به هم بوده و بروز برخی تفاوت‌های موجود، به دلیل نوع اثر بعضی از مواد به واسطه واکنش‌های شیمیایی استوکیومتریک و یا فعالیت سطحی هر یک از اجزا (که تعیین‌کننده میزان اختلاط و یا ضریب انباشتگی در نمونه می‏باشد) بوده است. اثر کربنات کلسیم در سختی تورم و استحکام پوستگی است. با بررسی نوع شکست استحکام پوستگی، مشخص شد که تنها عامل افزایش‌دهنده چسبندگی (رزین فنولیک) تعیین‌کننده نیست، هر چند که با افزایش این عامل، نوع شکست چسبی[7] به مراتب کاهش می‌یابد.افزایش MnO2 تا 5 پارت، موجب افزایش خواص و کاهش نسبی سرعت پخت می‌شود. بعد از این مقدار، شاهد کاهش در استحکام نمونه و همچنین افزایش درصد تورم خواهیم بود که بیانگر مقدار بحرانی در استفاده از این عامل پخت می‌باشد.با بررسی دیگر عوامل مشخص می‌شود عواملی که در پخت اثر تاخیردهندگی دارند، به ترتیب عبارتند از: اسیداستئاریک، رزین فنولیک و سیلیکا که این مورد، ناشی از ماهیت اسیدی مواد ذکر شده بوده و باعث می‌شود در درجات حرارت بالا و فشار زیاد، واکنش‌های هیدرولیز و تخریب پلیمر، افزایش یابند. برعکس، آب، DPG و TMTD به ترتیب اثر تسریع‌کنندگی بر پخت دارند. با بررسی‌های انجام شده، فرمولاسیونی که دربرگیرنده بهینه‌ای از خواص می‌باشد، طراحی شد

منابع:


1. George Odian ,"Principles of polymerization" John Wiley & Sons, Inc, New York, 1991


2. C.Eniss, P.J. Hanhela, R.H.E.Hung, G.J.Long and D.Bernton paul, "General procedures to determine the composition of commercial, two part polysulfide aircraft sealants", J. of applied polymer science, vol. 41,pp. 2837-2856, 1990.


3. Aliphatic polysulfides, a monograph by Heinz Lucke-Huthing and Wepf. Verlag. Heidelberg. 1994.


4. G.B.Lowe, "The cure chemistry of polysulfides", Int. J.Adhesion and Adhesives, 19,pp.345-348,1997.


5. J.R.Panek, "Polysulfide Sealants and Adhesives", Handbook of adhesives, I.Skeits, Ed, chap 16,pp. 307-315,1990.


How do you get rid of Achilles tendonitis?
یکشنبه 15 مرداد 1396 11:15 ب.ظ
It's going to be finish of mine day, however before ending I am
reading this impressive piece of writing to increase
my know-how.
بهمن
پنجشنبه 29 تیر 1396 02:27 ب.ظ
توضیحات خوب بود ولی کاربردی نیست ، برای آگاهی بیشتر روی ایمیل من پیام بزارید.
BHW
شنبه 19 فروردین 1396 12:34 ب.ظ
Everything is very open with a precise clarification of the challenges.
It was truly informative. Your site is extremely helpful.
Thank you for sharing!
manicure
پنجشنبه 10 فروردین 1396 11:32 ب.ظ
My brother suggested I may like this website.
He was once entirely right. This publish truly made my day.

You cann't believe just how so much time I had spent for this
information! Thank you!
اراز
چهارشنبه 4 آذر 1394 09:10 ب.ظ
سلام وقت بخیر، ازعزیزانی پلیمر پلی سولفید لازم دارند با ایمیل زیر تماس بگیرند
bds.co24@yahoo.com
majid sarchami
جمعه 5 تیر 1394 02:17 ب.ظ
خیلی خوب وآموزنده بود فقط میشه منو راهنمایی کنید برای تهیه رزین پلی سلفاید وفنولیک در ایران از کجا میشه تهیه کرد؟
مژده
جمعه 11 اردیبهشت 1394 07:09 ب.ظ
خیلی ممنون،مفید و پرمحتوا بود
کامران
سه شنبه 23 دی 1393 09:12 ب.ظ
با سلام
مهندس شما کسی و میشناسی که تو کار این چسبا باشه
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر