اصلاح‌کننده‌های ضربه از افزودنی‌های کلیدی در صنعت پلیمر هستند که برای ارتقای مقاومت در برابر ضربه و بهبود خواص مکانیکی پلیمرها به‌ویژه پلی‌وینیل کلراید (PVC) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد با جذب و پراکندگی انرژی واردشده ناشی از ضربه، از شکست ناگهانی قطعات جلوگیری کرده و طول عمر آن‌ها را افزایش می‌دهند. استفاده از اصلاح‌کننده ضربه PVC به‌ویژه در تولید پروفیل‌های سخت، ورق‌های نیمه‌سخت، لوازم خانگی و قطعات تزریقی به منظور ارتقای دوام و افزایش استحکام ضروری است.
عملکرد اصلاح‌کننده ضربه در PVC
PVC به طور طبیعی دارای مقاومت نسبی در برابر ضربه است، اما در بسیاری از کاربردها مانند پروفیل‌های در و پنجره، لوله‌ها، و تجهیزات صنعتی، بهبود مقاومت ضربه‌ای از طریق افزودنی‌ها اجتناب‌ناپذیر است. اصلاح‌کننده‌های ضربه به صورت فاز پراکنده در ماتریس PVC توزیع می‌شوند و با جذب انرژی وارده، مانع از پیشرفت ترک‌های میکروسکوپی در ماده می‌شوند. این فرآیند از طریق دو مکانیسم اصلی عمل می‌کند:
- مکانیزم انتشار ترک ریز (Craze Propagation)
در این حالت، فاز الاستومری توزیع‌شده در داخل پلیمر با جذب انرژی، از گسترش ترک‌های ریز جلوگیری می‌کند.
مکانیزم برش نوار/حفره (Shear Yielding/Cavitation)
در اطراف ذرات الاستومری، نوارهای برش و حفره‌هایی ایجاد می‌شود که باعث جذب انرژی می‌شوند و استحکام ضربه را افزایش می‌دهند.
CPE چیست و چگونه تولید می‌شود؟
CPE مخفف Chlorinated Polyethylene است و همان‌طور که از نامش پیداست، این پلیمر با افزودن اتم‌های کلر به پلی‌اتیلن تولید می‌شود. طی فرآیندی خاص، نوع ویژه‌ای از پلی‌اتیلن (HDPE) با کلراین در تماس قرار گرفته و 25 تا 40 درصد کلر به ساختار آن اضافه می‌شود.
روش تولید CPE پیچیده بوده و به دلیل خطرات زیست‌محیطی، تولید آن در برخی کشورها ممنوع است.
کاربردهای CPE در صنایع مختلف
CPE در تولید روکش سیم و کابل، ورق‌ها و فیلم‌ها کاربرد دارد. اما مهم‌ترین استفاده آن در اصلاح کننده ضربه PVC سخت است. خواص رابری و انعطاف‌پذیر CPE در کنار سازگاری شیمیایی آن با PVC باعث می‌شود افزودن مقدار کمی از آن، ضربه‌پذیری قطعات PVC را به‌طور قابل‌توجهی افزایش دهد. همچنین، CPE مقاومت PVC در برابر هوازدگی را بهبود داده و بدون ایجاد مهاجرت مانند نرم‌کننده‌ها، سختی قطعه تولیدی را کاهش می‌دهد.
انواع اصلاح‌کننده ضربه PVC
اصلاح‌کننده‌های ضربه برای PVC به دو گروه کلی تقسیم می‌شوند:
- اصلاح‌کننده‌های با ساختار هسته-پوسته (Core-Shell)
مانند MBS (متاکریلات بوتادین استایرن) و ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن) که بیشتر برای کاربردهایی با نیاز به شفافیت بالا یا خواص نوری مناسب استفاده می‌شوند. - اصلاح‌کننده‌های با ساختار شبکه‌ای و نیمه‌سازگار
مانند EVA (اتیلن وینیل استات) و NBR (اکریلونیتریل بوتادین رابر) که خواص الاستومری مناسبی داشته و بیشتر در کاربردهای با دمای پایین یا نیاز به انعطاف بالا به‌کار می‌روند.
عوامل مؤثر در انتخاب اصلاح‌کننده ضربه
انتخاب اصلاح‌کننده ضربه PVC باید با توجه به عوامل زیر انجام گیرد:
- دمای عملکرد محصول نهایی: برای کاربردهایی که در دماهای پایین (زیر صفر درجه) استفاده می‌شوند، اصلاح‌کننده‌هایی با Tg پایین باید استفاده شوند.
- میزان سختی مورد انتظار: اصلاح‌کننده‌ها باید توانایی افزایش مقاومت در برابر ضربه را بدون تأثیر منفی بر سایر خواص مکانیکی داشته باشند.
- سازگاری با ماتریس پلیمری: انسجام و چسبندگی بین فاز پراکنده و فاز پیوسته PVC برای جلوگیری از شکست ناگهانی بسیار مهم است.
- فرایندپذیری: اصلاح‌کننده‌های مناسب باید قابلیت اختلاط مناسب با سایر اجزای کامپاند مانند کمک‌فرایندها، پایدارکننده‌های حرارتی و پرکننده‌هایی نظیر کربنات کلسیم را داشته باشند.
کاربردها و مزایای اصلاح‌کننده ضربه در PVC
استفاده از اصلاح‌کننده‌های ضربه در فرمولاسیون کامپاندهای PVC منجر به بهبود پارامترهای زیر می‌شود:
- افزایش مقاومت ضربه‌ای در دمای پایین
- افزایش قابلیت پردازش و شکل‌دهی
- افزایش پایداری نوری و شفافیت قطعات نهایی
- کاهش اعوجاج حرارتی و افزایش دمای نرم‌شوندگی
- کاهش اشتعال‌پذیری در برخی گریدها
علاوه بر این، اصلاح‌کننده‌های ضربه در ترکیبات چند‌پلیمری نظیر PC/ABS و PC/PBT نیز استفاده می‌شوند و در ساختار آن‌ها به‌عنوان فاز تقویت‌کننده به‌کار می‌روند. در این سیستم‌ها، استفاده از پلی‌الفین‌های کم‌تبلور و Tg پایین به افزایش عملکرد ضربه‌ای کمک می‌کند.
دسته‌بندی تکنولوژیکی کاربرد اصلاح‌کننده‌های ضربه
| نوع پلیمر | نوع اصلاح‌کننده توصیه‌شده |
| PVC | MBS، ABS، EVA، NBR |
| پلی‌کربنات و ترکیبات آن | MBS، پلی‌الفین‌های الاستومری |
| پلی‌استرها (PET، PBT) | TPEها، پلی‌الفین‌های آمفیفیل |
| پلی‌آمید | SEBS یا پلی‌الفین‌های اصلاح‌شده |
| ترموپلاستیک الاستومرها | اصلاح‌کننده‌های فله‌ای الاستومری |
اصلاح‌کننده‌های ضربه، بسته به شرایط استفاده، بین 5 تا 25 درصد وزنی در فرمولاسیون PVC مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌طور کلی، برای افزایش مقاومت در برابر ضربه در دماهای پایین، مقدار مصرف اصلاح‌کننده باید بالاتر بوده و از گریدهایی با Tg پایین استفاده شود.
نکات تکمیلی در طراحی کامپاند PVC مقاوم به ضربه
- استفاده هم‌زمان از کربنات کلسیم به‌عنوان پرکننده و اصلاح‌کننده مقاومت
- انتخاب کمک‌فرایند مناسب جهت بهبود جریان مذاب و پخش بهتر فاز الاستومری
- کنترل دقیق رطوبت و دمای اختلاط جهت جلوگیری از ایجاد حفرات مخرب
- توجه به پایداری نوری و رنگ قطعه نهایی به‌خصوص در کاربردهای نمای بیرونی
استفاده هدفمند از اصلاح‌کننده ضربه در صنعت PVC، نقش بسیار مهمی در افزایش دوام و کیفیت نهایی محصول دارد و بدون آن، بسیاری از کاربردهای مهندسی PVC قابل دستیابی نخواهند بود.
