پایان نامه بررسی مختصات و مشخصات EPDM
فهرست محتوا
مقدمه:
كائوچوي اتيلن ـ پروپيلن نخستين بار به سال 1962 در ايالات متحده و در مقادير كم و محدود تجاري عرضه گشت . حدود سالهاي 1954 و 1960 مقادير كم آن درآزمايشگاههاي ايتاليا و اپالات متحده ساخته شده بود. اگر چه توليد تجاري آن در سال 1963 آغاز شد، اما كائوچوي اتيلن ـ پروپيلن اكنون داراي بالاترين ضريب و ميزان رشد مي باشد. كائوچوي اتيلن ـ پروپيلن راعموماً EPDM مي نامند. اين نامگذاري كه از طرف انجمن آمريكايي آزمون مواد (ASTM)، انستيوي بين المللي توليد كنندگان كائوچوي مصنوعي و سازمان استانداردهاي بين المللي به عنوان يك قرارداد پذيرفته شده است، به محصولي پرمصرف تر و قابل ولكانش با گوگرد كه در مولكولهاي آن درصد كمي از يك منومر دي ان علاوه بر اتيلن و پروپيلن وجود داشته باشد، اطلاق مي گردد. مفهوم اين حروف كه در كنار هم قرار گرفته اند، EPDM، بدين ترتيب است، E براي اتيلن، P براي پروپلين، D براي دي ان و M براي متيلن، واحد تكراري () كه در حقيقت ستون اصلي تشكيل دهنده زنجيره پليمري مي باشد.
كوپليمر كم مصرف تر اتيلن و پروپيلن خوانده مي شود. گاهي اوقات اين كوپليمر به نام EPR [1] خوانده مي شود حتي اين نامگذاري براي مشخص كردن تمامي گروههاي الاستومرهاي اتيلن ـ پروپيلن كه شامل تمامي ترپليمرها و كوپليمرها است، نيز بكار برده مي شود.
در دماي محيط، پلي اتيلن يك پلاستومركريستالي است اما در اثر حرارت از يك فاز الاستومري عبور مي كند. با در نظر گرفتن (دخالت دادن) ويژگي كريستاليزاسيون پلي اتيلن در يك زنجير پليمري كه ماهيتاً مانع كريستاله شدن است، دو ويژگي درجه حرارت ذوب و قابليت الاستومري پليمر در دماي كمتر از درجه حرارت محيط به شدت كاهش مي يابد.
چنين مواد آمورف ( بي شكل) و قابل پختي (Corable) مي توانند به عنوان الاستومر شناخته شده كه از طريق كوپليمريزه كردن اتيلن و پروپيلن با كاتاليزور و نوع زيگلر ـ ناتا بدست مي آيند. ماده اي حاصل از اين پليمريزاسيون EPDM ناميده مي شود كه آمورف و لاستيكي (Robbery) هستند. اما از آنجائيكه شامل پيوندهاي غير اشباع نيستند فقط مي توانند با پراكسيد ها اتصال عرضي ايجاد كنند. اگر در خلال كوپليمريزاسيون اتيلن و پروپيلن يك مونومرموي ، يك دي ان اضافه شود، الاستومر حاصل داراي پيوند غير اشباع خواهد بود كه مي تواند با گوگرد ولكانيزه يا پخت شود. اين گروه از الاستومرها EPDM ناميده ميشوند
مهمترين گونه هاي EDM تجاري، شامل حدود 40 تا 80 درصد وزني يا 45 تا 85 درصد مولي اتيلن ميباشد. ولي مهمترين انواع آنها داراي حدود 50 تا 70 درصد مولي اتيلن هستند.
CH2 CH2 CH2 CH
CH 3
مطالعات و منابع موجود تركيبات زيادي را به عنوان ترمونومرها معرفي كرده اند، اما تاكنون در الاستورمرهاي تجاري فقط 3 نوع دي ان به كار رفته است. اين دي ان ها با هم مزدوج نشده اند زيرا پيوند دوگانه در گروههاي جانبي پليمر قرار دارند.
در توليد الاستومر EPM و EPDM همانند ساير الاستومرهاي دي ان پارامترهاي بسياري نقش دارند. اين پارامترها تعيين كننده ويژگيهاي تعداد زيادي از گونههاي تجاري قابل دسترسي مي باشند. اين پارامترهاي مهم عبارتند از :
ـ نسبت غلظت اتيلن و پروپيلن ( شكل دهنده اي گونه هاي آمورف و قطعه يي ـ Segmented)
ـ كوپليمريزاسيون يا ترپليمريزاسيون ( تشكيل EPDM يا EPM)
ـ نوع و مقدار ترمونومرها ( تعيين كننده اي خواص ولكانيزاسيون و خواص ديناميكي )
ـ پليمريزاسيون محلولي يا سوسپانسيون ( موثر روي بالاترين وزن مولاري بدست آمده )
ـ وزن مولكولي (ايجاد اختلاف در ويسكوزيته و فرايند پذيري)
ـ گسترش با روغن ( تاثير روي فرايند پذيري و قيمت)
سپاسگزاري
با سپاس از استاد راهنماي گرامي كه در تمامي مراحل انجام اين پروژه اينجانبان را صميمانه ياري نمودند
چكيده
نگاهي كلي در مورد EPDM
نام تجاري، ايكار، اپسين ، نوردل، رويالين وستالون
Epcar, Epsyn, Nordel, Royalene and vistalon
مزايا
مقاومت عالي در برابر حرارات، ازن و نور خورشيد، انعطاف پذيري خيلي خوب در دماهاي پايين، مقاومت خوب در برابر بازها، اسيدها و حلالهاي اكسيژن داده شده مقاومت فوق العاده در برابر آب و بخار، پايداري عالي رنگ.
محدوديتها
مقاومت در برابر روغن، بنزين و حلالهاي هيدروكربوري دگرچسبي آن به فايربك ها و فلزات ضعيف
ملاحظات
EPDM بخاطر تركيبي از خواص فيزيكي يگانه اي كه دارد مي تواند در محدوده وسيع غير معمولي از محصولات به مصرف رسد بجز مواردي كه نياز به مقاومت روغن و حلالهاي ئيدروكربوري وجود دارد. كمتر كاربردي را ميتوان يافت كه EPDM در آن بصورت كامل نامناسب باشد. بخاطر مقاومت عالي اين كائوچو در برابر ازن و نور خورشيد و شرايط سخت جوي ، EPDM مشابه كائوچوي بيوتيل بوده، ليكن قدري مناسب كمتري براي آلودگي داراست.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل –1 ساختمان EPDM
1-1- تاريخچه …………………………………………………………………………….. 2
1-2 ساختمان پليمر EPDM ……………………………………………………….. 3
1-2ـ1ـ ترمونومر ……………………………………………………………………….. 6
1-2ـ2ـتوزيع مونومرها ………………………………………………………………. 6
1-3 اثرخواص فيزيكي و شيميايي بر EPDM ………………………………… 7
1-3-1ويسكوزيته و فرايند پذيري ………………………………………………… 7
1ـ3-2ـپايداركننده ها ……………………………………………………………….. 8
1ـ3ـ3 چسبناكي غير اشباعيت ……………………………………………………. 8
1ـ3-4 درجه غير اشباعيت ………………………………………………………… 9
1ـ 4 خواص عمومي پليمر EPDM………………………………………………… 9
1ـ5 غير اشباعيت ……………………………………………………………………… 11
1ـ 6 طبقه بندي انواع كائوچو ……………………………………………………… 12
1ـ6-1ـ وزن مولكولي ………………………………………………………………… 13
1ـ6-2ـ مقدار پروپيلن ……………………………………………………………… 13
1ـ6-3ـميزان غير اشباعيت ……………………………………………………… 14
فصل –2 ولكانش
2ـ ولكانش ……………………………………………………………………………… 16
2ـ1ـ ولكانش EPM …………………………………………………………………… 16
2ـ1ـ1ـپراكسيدهاي آلي ……………………………………………………………… 16
2ـ1ـ2ـ انرژي تشعشعي زياد………………………………………………………… 22
2ـ2ـ ولكانش EPDM ……………………………………………………………….. 22
2ـ2ـ1ـپراكسيدهاي آلي …………………………………………………………….. 22
2ـ2ـ2ـگوگرد و شتاب دهنده …………………………………………………….. 23
2ـ2ـ3ـسيستم هاي رزين ـ كوئينوئيد و مالتيميد…………………………. 25
2ـ2ـ4ـانرژي تشعشعي زياد………………………………………………………. 25
2ـ2ـ5ـولكانش در دماي معمولي ………………………………………………. 29
فصل –3 آميزه كاري
3ـ آميزه كاري………………………………………………………………………… 31
3ـ1ـدوده ……………………………………………………………………………….. 31
3ـ2ـپركنندههاي معدني ………………………………………………………….. 31
3ـ2ـ1ـخاك رسي …………………………………………………………………….. 32
3-2ـ2ـسيليكا………………………………………………………………………… 32
3ـ2ـ3ـكربنات كلسيم ……………………………………………………………. 32
3ـ2ـ4ـآلوميناي آبنده……………………………………………………………. 33
3ـ2ـ5 ـ عوامل اتصال ساز …………………………………………………….. 33
3ـ3ـ نرمساز…………………………………………………………………………. 34
3ـ4ـرزين چسب ………………………………………………………………….. 35
3ـ5ـ ضد شكفت ( Anti Blooming)………………………………………….. 36
3ـ6ـ ضداكسان …………………………………………………………………….. 37
3ـ7ـ ضدنور ماوراءبنفش ……………………………………………………….. 38
3ـ8ـ مقاوم كنندهها در برابرشعله …………………………………………… 38
3ـ9ـ امتزاج با ساير الاستومرها ………………………………38
3ـ10ـآلياژها ………………………………………………………………………….. 40
3ـ11ـ عوامل پخت …………………………………………………………………. 41
3ـ12ـ عوامل محافظت كننده …………………………………………………. 43
3ـ13ـ فيلرها ………………………………………………………………………… 43
3ـ14ـ كمك فرايند ………………………………………………………………… 45
فصل-4 نگاهي به كيفيت اختلاط آميزه هاي EPDM
4ـ نگاهي به كيفيت اختلاط آميزه هاي EPDM ………………………….. 47
4ـ1ـ سختي دانه هاي دوده ………………………………………………………. 53
4ـ2ـ پليمرهاي EPDM داراي شاخه هاي جانبي …………………………… 54
4ـ3ـ پارامترها و دستورالعمل هاي اختلاط ……………………………….. 54
4ـ4ـ اثر نحوة اختلاط ……………………………………………………………… 57
فصل –5 فرآيند پذيري
5ـ فرآيند پذيري ……………………………………………………………………… 62
5ـ1ـ اختلاط …………………………………………………………………………….. 62
5ـ2ـشكل دهي ……………………………………………………………………… 63
5ـ3ـجابجايي و دست پردازي …………………………………………………… 64
5ـ4ـ اكستروژن …………………………………………………………………….. 64
5ـ5ـ كلندرينگ ………………………………………………………………………. 65
5ـ6ـ قالب گيري ……………………………………………………………………. 66
5ـ7ـ پخت ……………………………………………………………………………. 66
فصل –6 خواص كائوچوي اتيلن ـ پروپيلن
6ـ خواص كائوچوي اتيلن ـ پروپيلن ……………………………………………. 69
6ـ1ـدرجه حرارتهاي بالا ……………………………………………………………… 69
6ـ2ـ درجه حرارتهاي پايين ………………………………………………………… 69
6ـ3ـ مقاومت در حالت خام …………………………………………………….. 72
6ـ4ـ مقاومت در برابر عوامل جوي …………………………………………… 72
6ـ5ـ مقاومت نسبت به مواد شيميايي …………………………………… 73
6ـ6ـخواص الكتريكي ……………………………………………………………… 74
6ـ7ـ خواص ديناميكي ……………………………………………………………. 76
6ـ8ـ قدرت كشتي و سختي …………………………………………………….. 77
6ـ9ـ مقاومت فرسايشي و سايشي در برابر پارگي ………………………. 78
6ـ10ـ ماناني فشاري ………………………………………………………………. 78
6ـ11ـ خزس و واهيختگي تنش…………………………………78
6ـ12ـ نفوذ پذيري در برابر گازها ………………………………………………… 78
فصل –7 مصارف كائوچوي EPDM و EPM
7ـ مصارف كائوچوي EPDM و EPM ………………………………………….. 81
7ـ1ـ تاير اتوموبيل………………………………………………………………….. 81
7ـ2كابل و عايقهاي الكتريكي ………………………………………………….. 81
7ـ3ـدرزگيرهاي اتوموبيل ……………………………………………………….. 82
7ـ4ـ لوله مصرفي در اتوموبيل ……………………………………………….. 82
7ـ5ـ لولههاي تخليه ماشينهاي لباسهاي خانگي …………………………… 82
7ـ 6 استفاده از EPDM در سايدوال تايرهاي راديال …………………….. 82
فصل يك
ساختار EPDM
1- تاريخچه
2- ساختار پليمر EPDM
3- اثر خواص فيزيكي و شيميايي بر EPDM
4-خواص عمومي پليمر EPDM
5-غير اشباعيت
6-طبقهبندي انواع كائوچو
1-1ـ تاريخچه:
در سال 1951 پروفسور كارل زيگلر در آلمان، گروه جديدي از كاتاليزورهاي واكنش هاي پليمريزاسيوني را كشف نمود. اين كاتاليزورها از يك نمك ها لوژنه فلزات واسطه همراه با يك عامل احياء كننده آلي ـ فلزي مثل آلكيل آلومينيوم تشكيل مي شدند.
اين كاتاليزورها مسير واكنش پليمريزاسيوني را از طريق مكانيزم آنيوني پيش برده و در بسياري از حالات ،پليمري با نظم ساختماني بسيار زياد به وجود مي آورند. زيگلر اين اختراع خود را به ثبت رسانيد. كاتاليزورهاي زيلگر اولين بار به صورت تجاري در ساخت پلي اتيلن خطي يا چگالي زياد و در فشار پايين به كار گرفته شدند.
در ايتاليا پروفسور گويلو ناتا، تحقيقات روي اين نوع كاتاليزوها را گسترش داده و نشان داه كه برخي از آنها ،قادر به توليد و ايجاد پليمرهاي بسياري ، كه قالباً با انواع ديگر از لحاظ آرايش فضايي تفاوت دارند، مي باشند. به همين دليل اين كاتاليزورها را به نام كاتاليزورهاي فضا ويژه [2] خواندند. پروفسور ناتا همچنين دريافت كه پروپيلن نيز ميتواند از اين طريق پليمريزه گردد. و به اين ترتيب پلي پروپيلن نيز به عنوان دومين پلاستيك اولفيني تجاري كه از طريق اين تكنولوژي كاتاليزوري جديد ساخته شده بود به بازار عرضه شد.
پلي اتيلن و پلي پروپيلن هر دو بلوري و گرما ـ خمير هستند و به هيج رو ،حالت لاستيكي و كشاني ندارند با پيشرفت بيشتر مطالعات ،پروفسور ناتا دريافت كه با استفاده از برخي گونه هاي كاتاليزورهاي زيلگر مي توان ترتيبي فراهم نمود كه اتيلن و پروپيلن به صورت اتفاقي و نامنظم كوپليمريزه شده ( به صورت غير فضا ويژه ) و ايجاد ماده اي بي شكل با خواص كشاني و لاستيكي جالب نمايند. در سال 1963 به پروفسور كارل زيگلر و پروفسور كويلر ناتا مشتركا جايزه نوبل شيمي، به خاطر كشفي كه منجر به ساخت چندين نوع الاستومر و پلاستيك جديدي از جمله كائوچوهاي اتيلين پروپيلن گشت ،اعطا گرديد.
توليد انبوه EPM و EPDM از سال 1963 آغاز شده و در سال 1985 با افزايش رشد مصرف، مقدار توليد جهاني اين الاستورمر به 54/0 ميليون تن رسيد كه حدود 4/4 درصد ظرفيت توليد كل استومرهاي مصنوعي را بخود اختصاص داد.
1-2ـ ساختمان پليمر EPDM
ساختمان منظم و بي شكل كوپليمر يك در ميان اتيلن پروپلين
CH3
+CH2 CH2 C CH2 + n
H
را به اين ترتيب مي توان نمايش داد:
اين ساختمان فوق العاده شبيه به ساختمان كائوچوي طبيعي يعني سيس 1 و 4 پلي ايزوپرون مي باشد.
CH3
+CH2 CH2 C CH2 + n
لذا تعجب آور نخواهد بود كه كوپليمر يك در ميان منظم اتيلن و پروپلين، حتماً يك ماده لاستيكي باشد، زيرا ساختمان آن بسيار شبيه ساختمان اولين كائوچوي مفيد و با ارزش يعني كائوچوي طبيعي است.
ساختمان با مول برابر[3] اتيلن و پروپلين نظير آنچه كه در قبل نشان داده شده است،را نمي توان در كائوچوي اتيلن ـ پروپيلن تجاري موجود ديد،تركيب در مواد تجاري عموماً بر اساس و مبناي درصد وزني داده مي شود، كوپليمر با درصد مولي 50/50 را به نام كوپليمر هاي اتيلن ـ پروپيلن را مي توان در يك محدوده وسيع از تركيب درصد آن دو ديد، اما محصولات تجاري د رمحدوده درصد وزني 50/50 تا 25/75 از اتيلن و پروپيلن عرضه مي گردند . به علاوه حتي در يك تركيب درصد مساوي با مول برابر زنجيره هاي كوتاه با مجتمع هايي از پلي پروپيلن و پلي اتيلن كه در ميان پاره زنجيرهاي [4] بزرگتر در كوپليمر اتفاقي ،به صورت نامنظم توزيع شده اند، .وجود دارند.
مولكول هاي كائوچوهاي اتلين ـ پروپيلن كاملاً خطي نيستند. بلكه شامل شاخه هاي جانبي با زنجيرهاي كوتاه و بلند در درجه هاي مختلف ميباشند اين حالت كه متاثر از شرايط پليمريزاسيون و نسبت درصد منومرها مي باشد. دقيقاً به همان صورتي كه در كوپليمرهاي اتيلن ـ پروپيلن (EPM ) ديده مي شود، در ترپليمرهاي آن (EPDM) كه ويژگيهاي ديگري مثل تمايل به ايجاد بيشتر شاخه هاي جانبي به خاطر اثرات منومر دي ان وجود دارد، ديده نمي شود.
علاوه بر نسبت درصد منومر هاي اتيلن و پروپيلن، وزن مولكولي متوسط كائوچو نيز متاثر از انتخاب نوع كاتاليزور و متغيرهاي واكنش پليمريزاسيوني مي باشد. بر خلاف يك شيميست پليمر، كه عموماً جرم مولكولي متوسط را با استفاده از گرانروي ذاتي تعيين مي نمايد. شخص آميزه كار لاستيك بيشتر تمايل به جانب اندازه گيري ويسكوزيته موني دارد. ويسكوزيته موني پليمر خام كائوچوهاي اتيلن پروپيلن در محدوده اي كنترل مي شود كه بتوان از آن انواع خواص كاربردي و فرايندپذيري را در صنعت لاستيك بدست آورد و علاوه بر آن در محدوده ساير كائوچوهاي مصنوعي تجاري نيز قرار داشته باشند.
ويسكوزيته موني EPM ، EPDM در چهار دقيقه، پس از يك دقيقه پيش حرارت دهي ، در دماهاي F ْ 250 اندازه گرفته مي شود كه اين مقدار به صورت (1+4) ML در F ْ 250 بيان مي گردد.
در هر وزن مولكولي مولي متوسط توزيع وزن مولكولي مربوط به زنجيره هاي پليمر تشكيل دهنده يك الاستومر، بر خواص فرايند پذيري و مكانيكي آميزه خام و پخت شده آن تاثير مي گذارد. چگونگي توزيع وزن مولكولي در اين كائوچو نيز بستگي به نوع كاتاليزوهاي مصرفي و شرايط كوپليمريزاسيون دارد. فراسنج اساسي و كنترل كننده ديگر، توزيع نسبت هاي اتيلن و پروپيلن در اجزاء اوزان مولكولي متفاوت است، كه اين نيز بوسيله كاتاليزو و شرايط پليمريزاسيون كنترل ميشود.
به طور خلاصه حداقل شش متغير قابل اندازه گيري در ساختمان مولكولي كائوچوي اتيلن ـ پروپيلن وجود دارد كه به صورت جداگانه يا در مجموع كنترل مي شوند به اين ترتيب مجموعه وسيعي از مواد تجاري كه داراي خواص مورد نظر در صنعت لاستيك، از لحاظ فرايندپذيري و كاربردي هستند، قابل توليد مي باشند. اين خواص عبارتند از :
I ) نسبت درصد منومرها: كائوچوهاي با درصد پروپيلن بالاغلطكپذيري بهتري دارند، در حالي كه بهبود خواص فيزيكي در گام و قابليت بهتر اكسترود شدن را در نسبت هاي بالاي اتيلن مي توان مشاهده كرد.
II ) بلوريت: عموماً براي يك الاستومر جديد، ميزان بلوريت صفر مطلوب نظر مي باشد، اما در بعضي مواقع ايجاد و گسترش حالت بلوري به هنگام كشش نيز مورد نظر است.
III) شاخه هاي جانبي : شاخه هاي جابني بلند بايستي حذف كردند مگر آن كه يك آميزه لاستيكي مرده مورد نياز باشد، شاخه هاي جانبي كوتاه اثر چنداني ندارند.
- IV) وزن مولكولي متوسط: خواص فيزيكي محصول پخت شده با افزايش ويسكوزيته موني بهبود مي يابد اما در عوض فرايند پذيري عموماً مشكل تر مي گردد.
V) توزيع وزن مولكولي : اگر وزن مولكولي متوسط ثابت باشد، كائوچوهاي با توزيع وزن مولكولي باريك داراي خواص فيزيكي بهتر ولي در عوض فرآيند پذيري ضعيف تر هستند
[1] _ Ethylen Propylene Rubber
[2] _ Stereo Specific
[3] _ Eqaimolar
[4] _ Segments
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.