به طور کلی سختی در یک ماده به معنای مقاومت در برابر ایجاد شدن فرورفتگی به وسیله جسمی سخت است. درآزمون های سختی استاندارد امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، یک جسم نفوذ کننده سخت به سطح نمونه مورد آزمایش قرار می گیرد.
امروزه در حالت معمول در صنعت های متنوع از پلیمر استفاده می شود. پلیمرها ویژگی هایی دارند که با استفاده از مواد دیگر و روش های مختلف میتوان ویژگی های آنها را اصلاح کرد. در هر پلیمر یکی از ویژگی های مهم میزان سختی ومقاومت آن در برابر عوامل مختلف می باشد. راه ها و روش های زیادی برای افزایش سختی پلیمر وجود دارد.
عوامل تاثیرگذار بر سختی پلیمر
عواملی که بر روی سختی های پلیمر باتوجه به ویژگی های آن ها اهمیت دارند، به طور معمول به دو دسته فرآیندی و افزودنی طبقه بندی می شوند. در دسته بندی مختلفی مانند رطوبت، اختلاط، بلوری شدن و نرم کردن آن قرار گرفته که مهم ترین آنها را در ادامه بررسی خواهیم کرد. عوامل تاثیرگذار برسختی پلیمرها به صورت خلاصه درزیر گفته شده و عبارتنداز:
ساختارهای شیمیایی:
پیوندهای بین مولکول ها از عوامل مهم دررابطه با سختی پلیمرها می باشند. به طوریکه هرچه پیوند قوی تر باشد، سختی پلیمر بیشتر خواهد بود. به عبارتی دیگر هرچه پیوند بین مولکول ها قوی تر باشد، برای ایجاد ترک و یا جداکردن آنها از یکدیگر شرایط دشوارتر خواهد بود. در این جور مواقع میتوان گفت پلیمر از سختی بالایی برخوردار است.
مخلوط دو یا چند پلیمر با یکدیگر:
یکی دیگر از روش های بهبود خاصیت پلیمرها می باشد. اگر پلیمرهایی که سازگارند، با یکدیگر مخلوط شوند، ویژگی های آنها بهتر شده و سختی نیز افزایش می یابد.
درجه بلوری شدن پلیمر:
هر چه نظم مولکول های پلیمر افزایش یابد و در کنار یکدیگر قرار بگیرند، بلوری شدن آنها بیشترمی شود. معمولا به طور کامل پلیمرها از مولکول های منظم تشکیل نشده اند. به همین علت برای آنها درجه بلورینگی را نسبت می دهیم. هرچه این درجه بالاتر باشد، نظم مولکول های پلیمر بیشتر و دارای سختی بالاتری می باشد. به عبارتی دیگر نظم داشتن مولکول ها باعث پیوند بهتر میان آنها شده و بهم ریختگی و ازهم گسیختگی شبکه بلوری سخت تر خواهد شد.
اضافه کردن افزودنی ها:
یکی از عوامل مهم برای افزایش خواص فیزیکی و شیمیایی و... برای پلیمر های مختلف می باشد. میتوان اینگونه گفت که افزودنی ها همانند نرم کننده، تقویت کننده ها و... استفاده می شوند. باید با توجه به کاربرد های متفاوت هر پلیمر آنها را به کاربرد.
اثرگذاری مواد افزودنی بر سختی پلیمرها
یکی از مواردی که در رسیدن به سختی ایده آل به ما کمک می کند، اضافه کردن افزودنی های مختلف می باشد. افزودنی ها دارای تنوع زیادی اند. هرکدام از آنها باعث بهبود یک بخش از ویژگی های پلیمر خواهند شد. موارد پرکاربرد آنها به شرح زیر است:
الیاف شیشه:
هرچه الیاف شیشه در ساختارهای پلیمر افزایش یافته و پخش شوند، سختی آنها نیز افزایش خواهد یافت. تاثیر افزودن الیاف شیشه بر سختی یک کامپوزیت اغلب با افزایش سختی همراه است.
وجود نشاسته:
یکی از افزودنی های ارزان و طبیعی می باشد که از موادی مانند گندم، حبوبات، ذرت و... به دست می آید. این ماده می تواند باعث افزایش سختی پلیمرها شود.
چوب پودرشده:
پلیمرهایی که با این افزودنی دارای سختی بالایی می شوند، به طور معمول در صنعت خودروسازی و ساختمان سازی کاربرد دارد.
کربنات کلسیم:
این افزودنی جز آن دسته از افزودنی هاست که به دلیل بی خطر بودن در صنایع غذایی هم استفاده می شود. از کاربردهای عمده پس از سخت کردن پلیمر می توان به موارد روبه رو اشاره کرد: تولید کردن رنگ، کاغذ و پلاستیک به عبارتی دیگر بیش ترین کاربرد آن در صنایع پلاستیک، کاغذ سازی و رنگ سازی است. معمولا افزودن کربنات کلسیم به ترکیب پلیمری سبب افزایش سختی کامپوزیت نیز میشود.
تالک:
تالک، کانی سیلیکات منیزیم آبدار می باشد. این نوع ، بیش تر به منظور پرکننده در صنعت پلاستیک استفاده میشد . این افزودنی نیز همانند موارد مشابه گفته شده، به عنوان پرکننده ویا سخت کننده به پلیمر اضافه می شوند، بطوریکه اگر دارای غلظت بیش از ۹ درصد باشند، باعث بهبود سختی پلیمر خواهند شد.
انواع حالت های افزودنی های موثر برسختی پلیمرها
افزودنی ها به شکل های مختلفی مانند روان کننده، پرکننده و براق کننده و... برای بهتر شدن خاصیت پلیمرها استفاده می شوند. بخشی از نمونه های افزودنی به بیشتر شدن سختی پلیمرها کمک می کنند. از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد که عبارتند از:
تقویت کننده ها:
این موارد، عواملی اند که باعث افزایش سختی پلیمرها شده و هزینه مواد اولیه پلیمر را کاهش می دهد. این دسته به صورت الیاف و پودرهای معدنی اند. نمونه رایج چنین تقویت کننده ای میتواند الیاف شیشه باشد که با ترکیب پلیمری به نام پلی آمید میتواند باعث بیشتر شدن سختی و استحکام پلیمر شود.
پرکننده ها:
این دسته از پلیمرها در برخورد با پلیمرهای مختلف رفتار متفاوتی دارند. یکی از ویژگی های مهم در بهبود عملکردشان افزایش سختی آنها می باشد. مواردی مانند کلسیم کربنات، پودرتالک و... عواملی اند که به عنوان پرکننده باعث افزایش سختی پلیمرها می شوند.
روان کننده ها:
این نوع افزودنی ها به حالت مایع می باشند و باعث افزایش سختی پلیمرها می شوند. افزودنی روان کننده دما را پایین و از تجزیه ماده با حرارت جلوگیری می کند. این ماده نقش زیادی در انعطاف پلیمر خواهد داشت. در حالت کلی افزودنی ها نقش مهمی بر ساختار پلیمر دارند. استفاده کردن از آنها میتواند باعث افزایش سختی پلیمر و همچنین کاهش هزینه مواد اولیه باشد.
در آخر میتوان درباره سختی پلیمرها و عوامل موثر برآنها اینگونه گفت که، سختی آنها به عوامل مختلفی بستگی دارد، بطوریکه باید با در نظرگرفتن خصوصیت ها وساختارهای متفاوت پلیمرها، روش های مختلف و مناسب را به کار گرفته و از آنها استفاده کنیم. میتوان گفت افزودنی ها بهترین ومهمترین عوامل در سختی پلیمرها می باشند و باعث کمک فراوان به بهبود خواص پلیمرها می شوند. علاوه بر بهبود خواص افزودنی ها می توانند باعث کاهش هزینه مواد اولیه شوند. باید در نظر داشت که افزودنی ها به صورت متنوع و گسترده ای درون بازار وجود دارند.