بخشی از مقاله
ساخت ومطالعه آلياژ پلي اتيلن و لاستيک سيليکون
چکيده
پلي اتيلن در روکش کابل ها به طور وسيعي مصرف مي شود. جهت بهبود خواص مکانيکي پلي اتيلن در دماهاي پايين مي توان از آلياژ سازي آن با لاستيک سيليکون ، ضمن حفظ خواص مورد نياز جهت روکش کابل مانند پايين بودن ضريب دي الکتريک و تانژانت دلتا به ويژه در ولتاژهاي بالا، کمک گرفت . از ويزگي هاي لاستيک سيليکون ، کاربرد در دماهاي بسيار پايين وبالا مي باشد. در اين مقاله خواص آلياژ پلي اتيلن با لاستيک سيليکون مورد بررسي قرار گرفت . و ساختار آلياژ با استفاده از مطالعه موفولوژي و طيف سنجي مادون قرمز مورد شناسايي واقع شد. همچنين کريستالينيته پلي اتيلن در آلياژ با استفاده از DSC ونيز خواص مکانيکي آن تعيين گرديد. آلياژ خطي سيليکون رابر و پلي اتيلن بدست آمده از فرآيند اکستروژن و تزريق داراي ساختار دو فازي بود. با شبکه اي کردن آلياز از طريق افزودن پراکسيد، از ميزان جدايش فازي کاسته شد به طوريکه نتايج حاصل از مطالعه مورفولوژي کوچک شدن مناطق فازلاستيک سيليکون را نشان داد.
کريستالينيته آلياژ تهيه شده به روش پراکسيدي نسبت به آلياژ خطي پلي اتيلن ولاستيک سيليکون افزايش نشان داد. ميزان استحکام کششي نمونه هاي آلياژ شبکه اي شده نسبت به پلي اتيلن ، با حفظ درصد کرنش مورد نياز براي کاربرد کابل بالاتر بود.
کلمات کليدي :پلي اتيلن -لاستيک سيليکون -آلياژ –شبکه اي کردن پراکسيدي – روکش کابل دهمين کنگره ملي
مقدمه
پلي اتيلن سبک براي روکش عايق سيم ها و کابل ها در بازه وسيعي از ولتاژ بکار مي رود. پلي اتيلن به جهت پايين بودن خواص اتلاف دي الکتريکي ، خواص مکانيکي خوب در دماي اتاق و ارزاني ، جايگزين اغلب الاستومرهاي مصنوعي مانند لاستيک کلروپرن ، لاستيک اتيلن – پروپيلن - دي ان EPDM و لاستيک کوپليمر استايرن –بوتادين SBR شده است . ولي مقاومت ضربه و استحکام پلي اتيلن در دما هاي پايين کاهش مي يابد و در شرايط بسيار سرد موجب آسيب پذيري کابل ها مي شود. از طرفي لاستيک سيليکون به کاربرد در دما هاي بسيار بالا و بسيار پايين معروف است و از نظر الکتريکي عايق خوبي محسوب مي شود. لذا آلياژ سازي پلي اتيلن با لاستيک سيليکون مي تواند خواص پلي اتيلن را در دما هاي پايين بهبود بخشد [٢-١]. ولي آلياژ سازي پليمرها در صورت سازگاري آنها و پراکندگي مناسب فاز ها ي پليمري مي تواند منجر به خواص مفيد گردد. در اين مقاله آلياژ اين دو پليمر با روش اکستروژن وتزريق تهيه گرديد و اثر شبکه اي کردن شيميايي آلياژ با استفاده از دي کيويل پراکسيد DCP به منظور بهبود امتزاج پذيري و پراکندگي مناسب فازها با استفاده ها از روش هاي مختلف شناسايي ساختار، مورفولوژي ، کريسنتالينيته و خواص مکانيکي مورد تحقيق قرار گرفت .
تجربي
مواد مصرفي عبارتند از پلي اتيلن سبک ساخت پليران با گريد LH٠٠٧٥ و لاستيک سيليکون ساخت شرکت GE SILICONES با گريد ٤١١-HV٤ بود که داراي ۰,۵ قسمت وزني ، گروههاي وينيلي بود. لاستيک سيليکون پخته نشده با گرانولهاي پلي اتيلن توسط اکسترودر مخلوط گرديد و به شکل تسمه اکسترود شد.
تسمه هاي توليدي گروههاي اول و دوم از اکسترودر خرد شده و در دستگاه تزريق به شکل مناسب براي آزمايش هاي مکانيکي در آمدند. فشار دستگاه تزريق روي MPa ١٠ و دماي مناطق حرارتي سه گانه دستگاه و منطقه نازل تزريق روي ١٧٠ درجه سانتيگراد تنظيم گرديد. زمان اقامت تقريبي نمونه ها در اکسترودر و تزريق مجموعاً بيش از ۴ دقيقه بود. بر روي نمونه ها آزمايشات مکانيکي ، تعيين بلورينگي با استفاده از کالريمتر تفاضلي پويشي DSC، تعيين ساختار مولکولي با استفاده از طيف سنجي مادون قرمز فوريه FTIR و نيز تعيين مورفولوژي فاز ها با استفاده از ميکروسکوپ نوري بعمل آمد.
نتايج و بحث
گروه اول نمونه ها حاوي ٩٠ و ٨٠ درصد وزني پلي اتيلن و ١٠ و ٢٠ درصد لاستيک سيليکون بود. در اثر تنش برشي وارده در اکسترودر، فاز لاستيک سيليکوني در ماتزيس پلي اتيلن بخوبي پراکنده گرديد. در اين گروه نمونه ها حتي الامکان تماس دو فاز انجام مي گيرد. هرچه تنش ورودي به دوفاز بيشتر گردد ذرات کوچکتر شده و راندمان اختلاط افزايش مي يابد. ولي به دليل نا سازگاري اين دو پليمر بر هم کنشي بين دو فاز صورت نمي گيرد. گروه دوم از نمونه ها از مخلوط پلي اتيلن ولاستيک سيليکون به ميزان ١٠ و ٢٠ درصد لاستيک سيليکون و ١% وزني آغاز گر راديکالي دي کيوميل پراکسيد DCP ساخته شد. در نمونه هاي گروه دوم ، باند هاي دو گانه گروه هاي وينيلي موجود در زنجير لاستيک سيليکون تحت حرارت و تنش و در مجاورت آغاز گر راديکالي شکسته شده ، و پيوندهاي کوالانتي ايجاد مي گردد که تعدادي از اين پيوند ها در خود زنجير هاي سيليکوني سبب شبکهاي شدن لاستيک مي گردد و تعدادي نيز بين پلي اتيلن و لاستيک سيليکون برقرار مي گردد که اصطلاحاً لاستيک سيليکون به زنجير هاي پلي اتيلن در فصل مشترک فازها، گرافت مي شود. از طرفي پيوندهاي راديکالي در خود پلي اتيلن نيز مي تواند تشکيل شده و آن را به حالت شبکه اي در آورد که اصطلاحاً به پلي اتيلن کراس لينک شده معروف است . مخلوط هاي حاصل از هر دو گروه بصورت تسمه هاي هموژن اکسترود شدند. تسمه هاي حاصل از گروههاي اول و دوم حالت و فرم يکساني را نشان دادند. رنگ نمونه ها سفيد مات بود و شفافيت آن تفاوت به طور قابل ملاحظه اي از تسمه پلي اتيلن خالص کمتر بود.
رنگ نمونه هاي گروه دوم از حالت سفيدي به بيرنگي متمايل شد که نشانگر ريز شدن فاز لاستيک در پلي اتيلن مي باشد. در شکل ۱ طيف مادون قرمز نمونه حاوي ١٠% لاستيک سيليکون و ١% DCP با طيف پلي اتيلن مقايسه شده است که تفاوت بارزي با هم دارند. تفيسر آن در جاي ديگر خواهد آمد.
در جدول ۱ نتايج تستهاي خواص مکانيکي آورده شده است . مشاهده مي گردد استحکام آلياژ بالاتر از پلي اتيلن شبکه اي نشده مي باشد. استحکام کششي آلياژ با افزايش ميزان لاستيک از ١٠ به ٢٠ درصد، اندکي کاهش مي يابد.
در شکل ۲ترموگرام آلياژ ها و در جدول ۲ نتايج حاصل از تستهاي کاليريمتري پويشي تفاضلي (DSC) پلي اتيلن حاوي ١٠% لاستيک سيليکوني و نوع کراس لينک شده آن به روش پراکسيدي آمده است . در اين تست گرماي نهان ذوب نمونه تعيين گرديد و سپس با داشتن گرماي نهان ذوب پلي اتيلن کريستالي ، کريستالينيتي نمونه هاي آلياژ محاسبه گرديد..نتايج نشان مي دهند کريستالينيتي در روش پراکسيدي افزايش يافته است .
