دانلود مقاله بررسی مختصات و مشخصات EPDM

دانلود مقاله بررسی مختصات و مشخصات EPDM

تاریخچه:

در سال ۱۹۵۱ پروفسور کارل زیگلر در آلمان، گروه جدیدی از کاتالیزورهای واکنش های پلیمریزاسیونی را کشف نمود. این کاتالیزورها از یک نمک ها لوژنه فلزات واسطه همراه با یک عامل احیاء کننده آلی ـ فلزی مثل آلکیل آلومینیوم تشکیل می شدند.

این کاتالیزورها مسیر واکنش پلیمریزاسیونی را از طریق مکانیزم آنیونی پیش برده و در بسیاری از حالات ،‌پلیمری با نظم ساختمانی بسیار زیاد به وجود می آورند. زیگلر این اختراع خود را به ثبت رسانید. کاتالیزورهای زیلگر اولین بار به صورت تجاری در ساخت پلی اتیلن خطی یا چگالی زیاد و در فشار پایین به کار گرفته شدند.

در ایتالیا پروفسور گویلو ناتا، تحقیقات روی این نوع کاتالیزوها را گسترش داده و نشان داه که برخی از آنها ،‌قادر به تولید و ایجاد پلیمرهای بسیاری ، که قالباً با انواع دیگر از لحاظ آرایش فضایی تفاوت دارند، می باشند. به همین دلیل این کاتالیزورها را به نام کاتالیزورهای فضا ویژه [۱] خواندند. پروفسور ناتا همچنین دریافت که پروپیلن نیز می‌تواند از این طریق پلیمریزه گردد. و به این ترتیب پلی پروپیلن نیز به عنوان دومین پلاستیک اولفینی تجاری که از طریق این تکنولوژی کاتالیزوری جدید ساخته شده بود به بازار عرضه شد.

پلی اتیلن و پلی پروپیلن هر دو بلوری و گرما ـ خمیر هستند و به هیج رو ،‌حالت لاستیکی و کشانی ندارند با پیشرفت بیشتر مطالعات ،‌پروفسور ناتا دریافت که با استفاده از برخی گونه های کاتالیزورهای زیلگر می توان ترتیبی فراهم نمود که اتیلن و پروپیلن به صورت اتفاقی و نامنظم کوپلیمریزه شده ( به صورت غیر فضا ویژه ) و ایجاد ماده ای بی شکل با خواص کشانی و لاستیکی جالب نمایند. در سال ۱۹۶۳ به پروفسور کارل زیگلر و پروفسور کویلر ناتا مشترکا جایزه نوبل شیمی، به خاطر کشفی که منجر به ساخت چندین نوع الاستومر و پلاستیک جدیدی از جمله کائوچوهای اتیلین پروپیلن گشت ،‌اعطا گردید.

تولید انبوه EPM و EPDM از سال ۱۹۶۳ آغاز شده و در سال ۱۹۸۵ با افزایش رشد مصرف، مقدار تولید جهانی این الاستورمر به ۵۴/۰ میلیون تن رسید که حدود ۴/۴ درصد ظرفیت تولید کل استومرهای مصنوعی را بخود اختصاص داد.

ساختمان پلیمر EPDM

ساختمان با مول برابر[۲]  اتیلن و پروپلین نظیر آنچه که در قبل  نشان داده شده است،‌را نمی توان در کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن تجاری موجود دید،‌ترکیب در مواد تجاری عموماً بر اساس و مبنای درصد وزنی داده می شود، کوپلیمر با درصد مولی ۵۰/۵۰ را به نام کوپلیمر های اتیلن ـ پروپیلن را می توان در یک محدوده وسیع از ترکیب درصد آن دو دید، اما محصولات تجاری د رمحدوده درصد وزنی ۵۰/۵۰ تا ۲۵/۷۵ از اتیلن و پروپیلن عرضه می گردند . به علاوه حتی در یک ترکیب درصد مساوی با مول برابر زنجیره های کوتاه با مجتمع هایی از پلی پروپیلن و پلی اتیلن که در میان پاره زنجیرهای [۳] بزرگتر در کوپلیمر اتفاقی ،‌به صورت نامنظم توزیع شده اند، .وجود دارند.

مولکول های کائوچوهای اتلین ـ پروپیلن کاملاً خطی نیستند. بلکه شامل شاخه های جانبی با زنجیرهای کوتاه و بلند در درجه های مختلف می‌باشند این حالت که متاثر از شرایط پلیمریزاسیون و نسبت درصد منومرها می باشد. دقیقاً به همان صورتی که در کوپلیمرهای اتیلن ـ پروپیلن (EPM ) دیده می شود، در ترپلیمرهای آن (EPDM) که ویژگیهای دیگری مثل تمایل به ایجاد بیشتر شاخه های جانبی به خاطر اثرات منومر دی ان وجود دارد، دیده نمی شود.

علاوه  بر نسبت درصد منومر های اتیلن و پروپیلن، وزن مولکولی متوسط کائوچو نیز متاثر از انتخاب نوع کاتالیزور و متغیرهای واکنش پلیمریزاسیونی می باشد. بر خلاف یک شیمیست پلیمر، که عموماً جرم مولکولی متوسط را با استفاده از گرانروی ذاتی تعیین می نماید. شخص آمیزه کار لاستیک بیشتر تمایل به جانب اندازه گیری ویسکوزیته مونی دارد. ویسکوزیته مونی پلیمر خام کائوچوهای اتیلن پروپیلن در محدوده ای کنترل می شود که بتوان از آن انواع خواص کاربردی و فرایندپذیری را در صنعت لاستیک بدست آورد و علاوه بر آن در محدوده سایر کائوچوهای مصنوعی تجاری نیز قرار داشته باشند.

ویسکوزیته مونی EPM ، EPDM در چهار دقیقه، پس از یک دقیقه پیش حرارت دهی ، در دماهای F‌ ْ ۲۵۰ اندازه گرفته می شود که این مقدار به صورت (۱+۴) ML در F ْ ۲۵۰ بیان می گردد.

در هر وزن مولکولی مولی متوسط توزیع وزن مولکولی مربوط به زنجیره های پلیمر تشکیل دهنده یک الاستومر، بر خواص فرایند پذیری و مکانیکی آمیزه خام و پخت شده آن تاثیر می گذارد. چگونگی توزیع وزن مولکولی در این کائوچو نیز بستگی به نوع کاتالیزوهای مصرفی و شرایط کوپلیمریزاسیون دارد. فراسنج اساسی و کنترل کننده دیگر، توزیع نسبت های اتیلن و پروپیلن در اجزاء اوزان مولکولی متفاوت است، که این نیز بوسیله کاتالیزو و شرایط پلیمریزاسیون کنترل می‌شود.

به طور خلاصه حداقل شش متغیر قابل اندازه گیری در ساختمان مولکولی کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن وجود دارد که به صورت جداگانه یا در مجموع کنترل می شوند به این ترتیب مجموعه وسیعی از مواد تجاری که دارای خواص مورد نظر در صنعت لاستیک، از لحاظ فرایند‌پذیری و کاربردی هستند، قابل تولید می باشند. این خواص عبارتند از :

I ) نسبت درصد منومرها: کائوچوهای با درصد پروپیلن بالاغلطک‌پذیری بهتری دارند، در حالی که بهبود خواص فیزیکی در گام و قابلیت بهتر اکسترود شدن را در نسبت های بالای اتیلن می توان مشاهده کرد.

II ) بلوریت: عموماً برای یک الاستومر جدید،‌ میزان بلوریت صفر مطلوب نظر می باشد، اما در بعضی مواقع ایجاد و گسترش حالت بلوری به هنگام کشش نیز مورد نظر است.

III) شاخه های جانبی : شاخه های جابنی بلند بایستی حذف کردند مگر آن که یک آمیزه لاستیکی مرده مورد نیاز باشد، شاخه های جانبی کوتاه اثر چندانی ندارند.

IV) وزن مولکولی متوسط: خواص فیزیکی محصول پخت شده با افزایش ویسکوزیته مونی بهبود می یابد اما در عوض فرایند پذیری عموماً مشکل تر می گردد.

V) توزیع وزن مولکولی : اگر وزن مولکولی متوسط ثابت باشد، کائوچوهای با توزیع وزن مولکولی باریک دارای خواص فیزیکی بهتر ولی در عوض فرآیند پذیری ضعیف تر هستند.

VI) چگونگی توزیع منومرها: در محدوده های نسبتاً وسیع و در کاربردهای علمی کائوچو، این فراسنج قابل اندازه گیری نیست.

ترمونومر:

دی سیکلو پنتا دی ان ( DCP) اولین ترمونومری بود که برای تولید این الاستومر استفاده گردید، اما از آنجاییکه اختلاف نسبتاً کمی در فعالیت دو پیوند دو گانه ی آن وجود دارد، مقدار محسوسی اتصال عرضی یا متشکل ژل در طی پلیمریزاسیون رخ می دهد. به علاوه پلیمر حاصله سرعت پخت کافی ارائه نمی دهد. با DCP ،‌فقط ۳ تا ۶ پیوند دو گانه می‌تواند به ازای هر ۱۰۰۰ اتم کربن در طول زنجیر پلیمر ایجاد شود.

اتیلیدن نوزبورتن  (ENB) رفتار کاملاً متفاوتی دارد. قابلیت کوپلیمریزه شدن پلیمر حاصله همانند فعالیت پخت آنان عالی است. امکان دارد با ENB ، ۴ تا ۱۵ پیوند دوگانه به ازای هر ۱۰۰۰ اتم کربن در طول زنجیر ایجاد شود. در حالی که پلیمر حاصله عاری از ژل می‌باشد.

هگزا دی ان (HX) ،‌موقعیت حد واسطی را بین ENB و DCP اشغال کرده است و توپلیمرهای حاصل از آن می تواند شامل ۴ تا ۸ پیوند دو گانه برای هر ۱۰۰۰ اتم کربن در زنجیر اصلی باشد.

توزیع مونومرها :

کوپلیمرهایی که شامل ۴۵ تا ۶۰ درصد اتیلن هستند کاملاً آمورف می‌باشند و خود تقویت کننده نیستند. در مقادیر بالاترین اتیلن، حدود ۷۰ تا ۸۰ درصبد، پلیمرها شامل رشته های طولانی اتیلن خواهند بود که به طور جزیی کریستاله هستند. این پلیمرها با عنوان گونه های آمورف معمولی متفاوت است. همانند ترموپلاستیک الاستومرها بخشهایی که کریستاله گشته اند پلهای عرضی فیزیکی که با حرارت قابل برگشت می‌باشند، ایجاد می کنند طوری که الاستومرهای حاصله بدون داشتن پلهای عرضی شیمیایی استحکام مکانیکی بالایی دارند. در درجه حرارتهای بالاتر، این استحکام دینامیکی کاهش پیدا می کند.

اثر خواص  خواص فیزیکی و شیمیایی برای EPDM

ویسکوزیته و فرایندپذیری :

فرایند پذیری EPDM به ساختمان مولکولی آن بستگی دارد. پیشرفت فرایند پخش دوده در حین اختلاط الاستومرهای EPDM درمخلوط کن‌ها داخلی،  t توزیع جرم مولی گونه های EPDM بستگی دارد. این فرایند باید به طور مناسبی انتخاب شود که بستگی به درجه  مطلوب و مورد نیاز پخش دوده در کاربردهای ذیربط دارد بدین .  شکل که  توزیع باریک جرم مولکوبی برای پخشهای متوسط دوده و توزیع پهن یا گسترده جرم مولکولی برای کاربردهایی که نیاز به پخش عالی دوده دارند انتخاب می شودگونه‌های EPDM با توزیع گسترده‌ی وزن مولکولی  و یا زنجیره دارای شاخه های طولانی می تواند در بعضی مواقع نرم و خرد ( masticate) شود.

وزن مولکولی بیشتر گونه های تجاری بین ۲۰۰۰۰۰ و ۳۰۰۰۰۰ می‌‌باشد و مونی ویسکوزیته ( ۴ + ۱) ML آنها در ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد د رمحدوده ای ۲۵ تا ۱۰۰ قرار دارد. البته گونه هایی از EPDM با مونی ویسکوزیته د رمحدوده ۲۵۰ و ۵۰ می توانند همانند سایر الاستومرهای مصنوعی به راحتی فرایند شوند، اما پذیرش فیلرها و پلاستی سایزرها در آنها به غلظت ها یا مقادیر پایینی و کم محدود می شود. اگر مصرف بالای فیلر مورد نیاز باشد، گونه های بامونی ویسکوزیته بالا باید استفاده شوند، اگر چه فرایند پذیری در این حالت خیلی مشکل است که می تواند به طور جزئی با استفاده از مقدار بیشتری پلاستی سایزر راحتتر شود.

EPDM با وزن مولکولی بسیار بالا که به راحتی فرایند پذیر نیستند به طور تجارتی به صورت گونه های که با روغن ( روغن پارافینی یا روغن نفتی) گسترده شده اند، در دسترس می باشند. این گونه ها به خوبی فرایند می شوند و خیلی اقتصادی هستند.

پایدار کننده ها

گونه های EPDM اغلب به طور گسترده با پایدار کننده های غیر لکه زا فروخته می شوند بنام این مشکلات لکه زایی در آنها به طور قابل ملاحظه یی بر طرف شده است.

چسبناکی

چسبناکی EPDM خیلی کمتر از حد مطلوب است و این باعث بروز مشکلاتی هنگام استفاده از آن مثلاً در بافت اجزای تایر می شود. تحقیقاتی برای بهبود خود چسبندگی (building  lack) برای EPDM در گذشته انجام شده است اما به خوبی این مشکل تا حد مطلوب بر طرف نشده است افزایش عوامل چسبناکی به تنهایی کافی نیست، بنابراین اضافه کردن حساس شونده های نوری و تابشی با نورمرئی به فرمول نیز مورد نیاز است . تترافنیل ـ پورفیرین [۴] حساس کننده خوبی است همچنین اگر در ترکیب با بنزوآنتراسن ها مورد استفاده قرار گیرد که به مقدار زیادی در روغنهای آروماتیک موجود هستند.

چسبناکی تابع نوع EPDM کاربردی نیز می باشد. بهترین اثر را در این مورد ترمونومر ENB دارد زیرا قادر است که با اکسیژن تکی (singolar oxygen ) واکنش دهد، بر خلاف DCP و HX که در این زمینه فعالیت خیلی کمی دارند. نسبت اتیلن پروپیلن باید در گونه های EPDM مناسب باشد. سایر کاستی هایی که از این الاستومرها می توان نام برد. عبارت است از  سطح متوسط چسبندگی آنها به پارچه و فلز  و توانایی کم آنها برای هم پخت شدن با سایر الاستومرهای دی انی می‌باشد.

درجه غیر اشباعیت

در EPDM عامل یا پیوند غیر اشباع در گروههای (شاخه های ) جانبی قراردارد و زنجیر پلیمر کاملاً اشباع شده می باشد. این حالت باعث می شود که پلیمر در برابر تخریب اکسیژنی،  ‌ازنی و مواد شیمیایی مقاومت عالی شان بدهد، بنابراین محصولات تولید شده با EPDM خیلی با دوام هستند. خواص ولکانیزاسیون ، شامل سرعت و حالت پخت یک EPDM ، به مقدار و نوع پیوندهای دو گانه ی موجود در ترمونومرآن بستگی دارد.

EPDM ـ DCP ها به مقدار قابل توجهی آهسته پخت می شوند و حالتهای پخت پایین تری نسبت به EPDM ـ ENB ها ارائه می دهند. در این زمینه EPDM ـ HX ها موقعیت حد وسطی را اشغال می کنند. با توجه به غلظت ENB در پلیمر، انواع EPDM ـ ENB به سه گروه با سرعت پخت معمولی ( با حدود ۴ درصد ENB ) ، پخت سریع ( با حدود ۶ درصد ENB) و خیلی سریع ( با حدود ۸ درصد و بیشتر ENB ) تقسیم و مشخص می شوند با افزایش سرعتهای پخت ، حالتهای پخت، و در کنار آنها خواص مکانیکی مثل مانایی  فشاری نیز بهبود می باید، اما برای یک زمان  مشخص پخت ،‌مقاومت در برابر بازگشت در درجه حرارت بالای پخت ضعیف تر می شود و گونه های EPDM با غیر اشباعیت بالا دارای قیمت بالاتری هستند

فهرست

فصل –۱ ساختمان  EPDM
۱-۱- تاریخچه   ۲
۱-۲ ساختمان پلیمر EPDM   ۳
۱-۲ـ۱ـ ترمونومر   ۶
۱-۲ـ۲ـتوزیع مونومرها   ۶
۱-۳ اثرخواص فیزیکی و شیمیایی بر EPDM   ۷
۱-۳-۱ویسکوزیته و فرایند پذیری   ۷
۱ـ۳-۲ـپایدارکننده ها   ۸
۱ـ۳ـ۳ چسبناکی غیر اشباعیت   ۸
۱ـ۳-۴ درجه غیر اشباعیت     ۹
۱ـ ۴ خواص عمومی پلیمر EPDM  ۹
۱ـ۵ غیر اشباعیت   ۱۱
۱ـ ۶ طبقه بندی انواع کائوچو   ۱۲
۱ـ۶-۱ـ وزن مولکولی   ۱۳
۱ـ۶-۲ـ مقدار پروپیلن   ۱۳
۱ـ۶-۳ـمیزان غیر اشباعیت   ۱۴
فصل –۲ ولکانش
۲ـ ولکانش   ۱۶
۲ـ۱ـ ولکانش EPM   ۱۶
۲ـ۱ـ۱ـپراکسیدهای آلی   ۱۶
۲ـ۱ـ۲ـ انرژی تشعشعی زیاد  ۲۲
۲ـ۲ـ ولکانش EPDM   ۲۲
۲ـ۲ـ۱ـپراکسیدهای آلی   ۲۲
۲ـ۲ـ۲ـگوگرد و شتاب دهنده   ۲۳
۲ـ۲ـ۳ـسیستم های رزین ـ کوئینوئید و مالتیمید  ۲۵
۲ـ۲ـ۴ـانرژی تشعشعی زیاد  ۲۵
۲ـ۲ـ۵ـولکانش در دمای معمولی   ۲۹
فصل –۳ آمیزه کاری
۳ـ آمیزه کاری  ۳۱
۳ـ۱ـدوده   ۳۱
۳ـ۲ـپرکننده‌های معدنی   ۳۱
۳ـ۲ـ۱ـخاک رسی   ۳۲
۳-۲ـ۲ـسیلیکا  ۳۲
۳ـ۲ـ۳ـکربنات کلسیم   ۳۲
۳ـ۲ـ۴ـآلومینای آبنده  ۳۳
۳ـ۲ـ۵ ـ عوامل اتصال ساز   ۳۳
۳ـ۳ـ نرمساز  ۳۴
۳ـ۴ـرزین چسب    ۳۵
۳ـ۵ـ ضد شکفت ( Anti Blooming)  ۳۶
۳ـ۶ـ ضداکسان   ۳۷
۳ـ۷ـ ضدنور ماوراءبنفش   ۳۸
۳ـ۸ـ مقاوم کننده‌ها در برابرشعله   ۳۸
۳ـ۹ـ امتزاج با سایر الاستومرها ۳۸
۳ـ۱۰ـآلیاژها   ۴۰
۳ـ۱۱ـ عوامل پخت    ۴۱
۳ـ۱۲ـ عوامل محافظت کننده   ۴۳
۳ـ۱۳ـ فیلرها   ۴۳
۳ـ۱۴ـ کمک فرایند   ۴۵
فصل-۴ نگاهی به کیفیت اختلاط آمیزه های EPDM
۴ـ نگاهی به کیفیت اختلاط آمیزه های EPDM   ۴۷
۴ـ۱ـ سختی دانه های دوده   ۵۳
۴ـ۲ـ پلیمرهای EPDM دارای شاخه های جانبی   ۵۴
۴ـ۳ـ پارامترها و  دستورالعمل های اختلاط   ۵۴
۴ـ۴ـ اثر نحوه اختلاط   ۵۷
فصل –۵ فرآیند پذیری
۵ـ فرآیند پذیری   ۶۲
۵ـ۱ـ اختلاط   ۶۲
۵ـ۲ـشکل دهی   ۶۳
۵ـ۳ـجابجایی و دست پردازی   ۶۴
۵ـ۴ـ اکستروژن   ۶۴
۵ـ۵ـ کلندرینگ   ۶۵
۵ـ۶ـ قالب گیری   ۶۶
۵ـ۷ـ پخت   ۶۶
فصل –۶ خواص کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن
۶ـ خواص کائوچوی اتیلن ـ پروپیلن   ۶۹
۶ـ۱ـدرجه حرارتهای بالا   ۶۹
۶ـ۲ـ درجه حرارتهای پایین   ۶۹
۶ـ۳ـ مقاومت در حالت خام   ۷۲
۶ـ۴ـ مقاومت در برابر عوامل جوی   ۷۲
۶ـ۵ـ مقاومت نسبت به مواد شیمیایی   ۷۳
۶ـ۶ـخواص الکتریکی   ۷۴
۶ـ۷ـ خواص دینامیکی   ۷۶
۶ـ۸ـ قدرت کشتی و سختی   ۷۷
۶ـ۹ـ مقاومت فرسایشی و سایشی در برابر پارگی   ۷۸
۶ـ۱۰ـ مانانی فشاری   ۷۸
۶ـ۱۱ـ خزس و واهیختگی تنش…۷۸
۶ـ۱۲ـ نفوذ پذیری در برابر گازها   ۷۸
فصل –۷ مصارف کائوچوی EPDM و EPM
۷ـ مصارف کائوچوی EPDM و EPM   ۸۱
۷ـ۱ـ  تایر اتوموبیل  ۸۱
۷ـ۲کابل و عایقهای  الکتریکی   ۸۱
۷ـ۳ـدرزگیرهای اتوموبیل   ۸۲
۷ـ۴ـ لوله  مصرفی در اتوموبیل   ۸۲
۷ـ۵ـ لوله‌های تخلیه ماشینهای لباسهای خانگی   ۸۲
۷ـ ۶ استفاده از EPDM در سایدوال تایرهای رادیال   ۸۲
منابع…۹۴