سختی پلیمر یکی از عوامل تعیین کننده کیفیت پلیمر است که بر خواص محصولات تولیدی آن تاثیر دارد. سختی پلیمرها تحت تاثیر دما، میزان و سرعت اعمال شده و سایر عوامل خارجی هستند. مواد پلیمری نرم و الاستیک با سختی کم می تواند به عنوان درزگیر، آب بندی و مواد واشر استفاده شود. مواد پلیمری سخت در ساخت قطعات ساختاری، یعنی سیستم های ترمز، چرخ دنده ها، یاتاقان ها و قطعات اتصالات رزوه ای به کار می روند.
سختی پلیمر بر اساس ویژگی های فیزیکی، داخلی و تولید آن ها می‌تواند تغییر کند. یکی از عوامل موثر بر سختی پلیمرها، نوع ساختار درونی آن‌ها است. یعنی نوع پیوندهای بین مولکولی مونومرهای تشکیل دهنده پلیمر و نیز تعداد شاخه ها و زنجیره هایی که بین آن ها تشکیل می شوند، همگی بر سختی پلیمر هستند.
معرفی آزمون تست سختی پلیمر ها
آزمون سختی پلیمرها یکی از مهم‌ترین و رایج ترین آزمون هایی است که بر روی مواد پلیمری انجام می‌شود. در این آزمون، میزان استحکام و مقاومتی که قطعه پلیمری در برابر فشار بیرون از ضربه های حاصل از سوزن مخروطی یا کروی شکل از خود نشان می‌دهد، اندازه‌گیری می‌شود. به عبارت دیگر، مقاومت جسم مورد نظر و عدم تغییر شکل آن در برابر اعمال خارجی را سنجش سختی پلیمر می‌گویند.
بر اساس مقیاس سختی پلیمر، دستگاه‌های سنجش سختی پلیمرها به سه نوع دیورومتر، Brcola و Rockwell تقسیم می‌شوند. از دیورومتر در سنجش سختی پلاستیک‌های نرم و منعطف بیشتر می شود. دستگاه Brcola بیشتر در آزمون سختی پلیمرهای با درجه سختی متوسط کاربرد دارد.
آزمون سختی راکول:
در این آزمون، شی نفوذ کننده، مخروطی شکل و از جنس استیل یا الماس است. روش آزمون راکول به این صورت است که نیروی f به اندازه مشخص در مدت زمان 10 ثانیه بر سطح، سطح جسم پلیمری وارد می شود. سپس برای بار دیگر، نیروی f با اندازه مشخص در مدت زمان 15 ثانیه بر جسم وارد می شود. در نتیجه سختی پلیمرها در آزمون سختی راکول با فرمول مشخص بر حسب مقدار نیرو و تفاوت بین دو زمان آزمون تعیین خواهد شد.
آزمون سختی برینل:
در این آزمون برای سنجش سختی پلیمر، از یک شی کروی به شکل قطر 10 میلی‌متر از جنس استیل یا کاربید استفاده می‌شود. این شی کروی، قادر است نیرویی برابر با 3000 وزن بر جسم پلاستیکی مورد نظر وارد کند. این نیرو در آزمون سختی پلیمر نرم افزار به 1000 تا 500 وزن کاهش می‌یابد.
کاربرد سختی پلیمر
سختی پلیمر یکی از عوامل مهم در تعیین کیفیت پلیمر است و بر اساس آن تعیین می شود که پلیمر چه کاربردی دارد. سختی پلیمر به میزان مقاومت آن در برابر فشار و نفوذ جسم دیگر نشان می دهد. افزایش میزان سختی پلیمر باعث مقاومت بیشتر آن در شرایط مختلف می شود و در نتیجه تولید محصول طول عمر بیشتر خواهد شد.
بر اساس سختی پلیمر، می توان به کاربردهای مختلف از آن اشاره کرد:
محصولات پلاستیکی که برای ساخت محصولات پلاستیکی استفاده می‌شوند، از ویژگی های پلیمرها هستند که یکی از آن‌ها سختی پلیمر است. افزایش میزان سختی پلیمر باعث مقاومت بیشتر آن در شرایط مختلف می شود و در نتیجه تولید محصول با طول عمر بیشتر خواهد شد.
ساخت قطعات ساختاری: مواد پلیمری سخت در ساخت ساختاری، یعنی سیستم های ترمز، چرخ دنده ها، یاتاقان ها و قطعات اتصالات رزوه ای به کار می روند. این قطعات باید در برابر فشار بیشتر باشد و خیلی سختی پلیمر برای آن‌ها مهم است.
محصولات نرم‌افزار: مونومرهایی که برای ساخت محصولات نرم‌افزاری می‌شوند، باید کمی داشته باشند تا پلی به صورت نرم افزار و منعطف کار کنند. این محصولات می‌توانند به عنوان درزگیر، آب بندی و مواد واشر استفاده شوند.
عوامل موثر بر سختی پلیمر
سختی پلیمرها بر اساس چندین عامل تاثیرگذار است. این عوامل شامل:
ساختار شیمیایی:
نوع ساختار درونی پلیمر و انواع پیوندهای بین مولکولی مونومرهای تشکیل دهنده پلیمر بر سختی آن تاثیر می‌گذارد. هر نوع پلیمر دارای سختی خاص خود است.
درجه بلورینگی:
بلوری بودن پلیمر یا میزان ساختار منظم مولکول های پلیمر نیز بر سختی آن تأثیر می‌گذارد. هر چه پلیمری بیشتر داشته باشد از درجه سختی بالاتری، باید بلوک باشد.
مواد افزودنی تأثیرگذار:
مواد افزودنی مانند پرکننده‌ها، نرم‌کننده‌ها، می‌سازند و تقویت‌کننده‌ها با تغییر در خواص و مواد شیمیایی، درجه سختی آن نیز تغییر می‌کنند.
انواع آزمون سختی پلیمر:
سنجش سختی پلیمر با استفاده از میزان سختی پلیمر در آزمون‌های مختلف انجام می‌شود. این آزمون‌ها شامل آزمون سختی راکول، آزمون برینل، و آزمون سختی shore Durometer هستند.
ترکیب پلیمرها:
مخلوط کردن پلیمرها یک روش اساسی برای بهبود خواص پلیمرها است. در این برخی از مواد، ترکیب دو پلیمر مانند HDPE و LDPE می‌توانند سختی مخلوط آن‌ها را تغییر دهند.
مزایای سختی پلیمر
• افزایش مقاومت:
سختی پلیمر می‌تواند به افزایش مقاومت پلیمر در برابر فشار و نفوذ جسم دیگر کمک کند. اگر سختی پلیمر به اندازه کافی نباشد، ممکن است در حد فشار تخریب شود.
• بهبود خواص:
پرکننده ها در برخورد با پلیمرهای مختلف رفتارهای گوناگونی دارند و باعث بهبود خواص مختلف می‌شوند. یکی از ویژگی‌هایی که این پلیمر به بهبود آن کمک می‌کند، سختی پلیمر است. موادی مانند کلسیم کربنات، هیدروکسید، پودر تالک و… پرکننده هایی هستند که به سختی پلیمر کمک می‌کنند.
• افزایش سازگاری:
سختی پلیمر می‌تواند به افزایش سازگاری آن با محیط زیست و شرایط مختلف کمک کند. برای پلیمرهای سخت می‌توان در شرایط سخت محیطی مانند دمای بالا، فشار زیاد و ترک سازگار باشد.
• افزایش طول عمر:
افزایش سختی پلیمر می‌تواند به افزایش طول عمر محصولات تولیدی از آن کمک کند. برای مثال، محصولات پلاستیکی که برای ساخت قطعات ساختاری استفاده می‌شوند، باید مقاومت بالایی در برابر فشارهای زیاد داشته باشند و بنابراین سختی پلیمر برای آن‌ها مهم است.
سخن پایانی
سختی پلیمر به ویژگی های پلیمرهای مختلف بستگی دارد و بر اساس نوع پلیمر، نمی تواند متفاوت باشد. برای مثال، پلیمرهای پلاستیکی که برای ساخت محصولات ساختاری مانند قطعات ساختاری، چرخ دنده ها، یاتاقان‌ها و قطعات اتصالات رزوه ای استفاده می‌شوند، نیاز به سختی بیشتر دارند. این پلیمرها باید مقاومت در برابر فشارهای زیاد داشته باشند و بنابراین سختی پلیمر برای آن‌ها مهم است.
از دیگر انواع پلیمرها، پلیمرهای نرم افزاری که برای ساختن محصولاتی مانند درزگیر، آب بندی و مواد واشر استفاده می کنند، نیاز به سختی کمی دارند. این پلیمرها باید به صورت نرم و منعطف کار کنند و سختی پلیمر برای آن‌ها کمتر است.
به طور کلی، سختی پلیمر بر ساختار درونی آن ها است. یعنی نوع پیوندهای بین مولکولی مونومرهای تشکیل دهنده پلیمر و نیز تعداد شاخه ها و زنجیره هایی که بین آن ها تشکیل می شوند، همگی بر سختی پلیمر هستند. بنابراین، سختی پلیمر نه تنها برای پلیمرهای پلاستیکی مهم است، بلکه به نوع پلیمر و کاربرد آن بستگی دارد.
