امروزه بسیاری از کاربردهای مهندسی نیاز به ترکیبی از خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی مختلف دارند، اما استفاده از یک نوع ماده که تمام خواص مطلوب را ایجاد کند عملاً امکان پذیر نیست. به عنوان مثال در صنعت خودروسازی مانند تولید داشبورد به ترکیبی نیاز است که علاوه بر داشتن استحکام کششی و مقاومت در برابر خراش مناسب، مقاومت خوبی در برابر ضربه و مقاومت در برابر شرایط جوی مانند نور خورشید (UV) داشته باشد. و در دماهای بالا استحکام آن غیر تماسی است از آنجایی که یافتن ماده ای که تمام خصوصیات فوق را در یک واحد داشته باشد ممکن نیست، باید به دنبال روشی برای ترکیب خواص مواد بود. این تکنیک ترکیب پلیمری نامیده می شود. ترکیبات پلیمری عمدتاً شامل یک یا چند فاز ناپیوسته (پراکنده) در یک فاز پیوسته (ماتریس) هستند. فاز ناپیوسته معمولا قوی تر از فاز پیوسته است. بنابراین به آن فاز تقویت کننده می گویند، مانند الیاف، پرکننده های نانورس، نانولوله های کربنی، گرافن و غیره.
بسیاری از مشکلات مربوط به پایداری و دوام آنها اغلب در زمینه کاربرد ترکیبات پلیمری مشاهده می شود. به خصوص با توجه به اینکه ماندگاری این مواد در بدترین شرایط استفاده طولانی مدت 10 یا حتی 40 سال است. این مشکلات به شرایط محیطی و نوع استفاده (شامل نگهداری، تعمیر و اصلاح) مربوط می شود. پایداری و دوام هر نمونه یک هدف اصلی در اقتصاد صنایع مختلف است. در برخی موارد، تنها مدت کوتاهی پس از مواجهه با شرایط نامساعد محیطی، نقص فاجعه باری در تداوم ساختاری نمونه رخ می دهد. امروزه پیری یکی از چالش های اصلی در کاربردهایی مانند عایق پلیمری است. موضوع اصلی در کهنگی شامل پیش بینی نحوه، زمان و میزان بروز عیب و همچنین شرایطی است که ممکن است منجر به ایجاد عیوب شود و علاوه بر موارد مشخص شده، تعیین میانگین عمر مفید عایق های پلیمری می باشد.
تهیه شده توسط آترین پلیمر
مفهوم پیرشدگی پلیمرها
پیری اصطلاحی است که در بسیاری از شاخه‌های علوم و مهندسی پلیمر زمانی که خواص پلیمر در یک دوره زمانی تغییر می‌کند (به شکل از دست دادن خواص مکانیکی یا تغییر رنگ خارجی) استفاده می‌شود. این تغییرات را می توان در خواص مکانیکی مانند استحکام کششی و چقرمگی، در خواص فیزیکی مانند چگالی یا در خواص شیمیایی مانند واکنش به مواد شیمیایی خورنده مشاهده کرد. منشأ این تغییرات ممکن است مستقل از محیط اطراف باشد، یا ممکن است منشأ شیمیایی داشته باشد، مانند پخت تدریجی یک ماده ترموست (فرایند ولکانیزاسیون)، یا ممکن است منشأ فیزیکی داشته باشد، مانند سرد شدن سریع پلیمر تحت حجم. شرایط انتشار در موارد دیگر، تغییرات ممکن است ناشی از تعامل با محیط باشد، مانند زمانی که اکسیداسیون منجر به شکستن زنجیره می شود
امروز در این پست قرار است به مفهوم پیری پلیمری و عوامل تاثیر گذار بر این عامل بپردازیم.
انواع پیرشدگی
۱)پیرشدگی فیزیکی :
پیری فیزیکی یکی از رایج ترین انواع پیری است. این نوع پیری معمولاً همراه با سایر فرآیندهای پیری که در زیر توضیح داده شده است رخ می دهد. به همین دلیل لازم است ابتدا به این نوع پیری پرداخته شود . پیری فیزیکی یکی از دسته‌های پیری پلیمری در نظر گرفته می‌شود که معمولاً با افزایش چگالی و کاهش انرژی ساختاری مولکولی مواد نیمه کریستالی یا آمورف در زمانی که برای مدت طولانی زیر دمای انتقال شیشه‌ای نگه داشته می‌شوند، همراه است.
۲) پیری حرارتی :
اگر یک عامل شیمیایی مخرب (معمولاً اکسیژن) به پلیمر در دمای بالا اعمال شود، می تواند باعث واکنش های شیمیایی شود. این واکنش ها ممکن است به آرامی یا اصلاً در دمای اتاق انجام نشود. بسیاری از این تغییرات در مجموع به عنوان “تجزیه حرارتی” شناخته می شوند و این پدیده ای است که به طور گسترده در علم پلیمر مورد مطالعه قرار گرفته است. در برخی موارد ممکن است استفاده از پلیمرها در کاربردهای مختلف مانند قالب گیری فشاری برای تولید قطعات مناسب مورد توجه قرار گیرد. لازم به ذکر است که پایداری حرارتی پلیمر باید با استفاده از تثبیت کننده های حرارتی مناسب بهبود یابد تا از تخریب پلیمر در دمای بالا جلوگیری شود.
برای مشاهده محصولات کلیک نمایید.
۳) هوازدگی :
گاهی اوقات هوازدگی را پیری طبیعی می نامند. پلیمرهایی که در فضای باز هستند می توانند توسط عوامل متعددی از جمله اشعه ماوراء بنفش (UV)، آب، آلاینده ها (به شکل گازها یا باران اسیدی)، افزایش دما و تغییرات دما تخریب شوند. در بسیاری از موارد، علت اصلی تخریب، اکسیداسیون ناشی از نور خورشید است که با اشعه ماوراء بنفش شروع می شود. در نتیجه، آزمایش های زیادی برای پیری پلیمر ناشی از نور خورشید وجود دارد که دوام پلیمر را بررسی می کند. همچنین تثبیت کننده هایی برای مقاومت پلیمر در برابر تأثیرات جوی وجود دارد. از جمله رایج ترین منابع مصنوعی اشعه ماوراء بنفش، لامپ های زنون و لوله های فلورسنت هستند. پرتوهای فرابنفش (UV) انرژی کافی برای شکستن پیوندهای شیمیایی پلیمرهای مختلف مانند پلی اولفین، پلی استر، پلی استایرن و غیره را دارند. تخریب توسط پرتوهای فرابنفش در حضور گرما و مایعات تهاجمی شدیدتر و سریعتر است. انرژی این تابش در مناطق جغرافیایی مختلف و همچنین بسته به ابری بودن هر منطقه متفاوت است. برای جلوگیری از این تخریب، به ترتیب جاذب ها و تثبیت کننده های UV، جاذب نور ماوراء بنفش (UVA) و تثبیت کننده نور آمین مانع (HALS) تجاری شده اند. گروه اول UVA با جذب اشعه ماوراء بنفش و تبدیل آن به گرما و دسته دوم نه با جذب، بلکه با توقف واکنش تخریب پلیمر منجر به تثبیت پلیمر در برابر این تابش می شود.
جاذب های مورد استفاده برای جلوگیری از تخریب توده پلیمری، رنگدانه و سایر افزودنی های حساس به کار رفته در پلیمر و برای محافظت از خود ماتریس پلیمری (مثلاً در بسته بندی) مناسب هستند. از طرفی خانواده HALS برای تثبیت قطعات با سطوح بزرگ و ضخامت کم مانند فیلم های پلیمری مناسب است. استفاده همزمان از UVA و HALS در بسیاری از کاربردها اثر هم افزایی دارد و این گونه افزودنی های ضد UV معمولا با نسبت خاصی در مستربچ های مورد نظر استفاده می شوند. در انتخاب ترکیب بهینه برای تثبیت پلیمر در برابر نور باید عواملی مانند نوع پلیمر، ضخامت قطعه، وجود سایر افزودنی ها و به ویژه رنگدانه ها را در نظر گرفت. افزودنی های تثبیت کننده نور UV به صورت مستربچ در بسیاری از کاربردها مانند قطعات خودرو، فیلم های کشاورزی و گلخانه ای، الیاف، منسوجات و سایر قطعات پلیمری که در معرض نور خورشید هستند استفاده می شود.
جمع بندی
موضوع پیرشدگی پلیمر ها و دانشتن اطلاعات جامع و کارآمد به شما کمک می کند تا جلو انواع تخریب ها را در کم ترین زمان و پرداخت هزینه های مالی به آسانی بگیرید.