بسیار خوب، بیایید اصل اصلاح الاستومر برای بهبود چقرمگی را با جزئیات توضیح دهیم.پارچههای نبافته اسپان بانداین یک نمونهی بارز از دستیابی به عملکرد بالا با «به حداکثر رساندن نقاط قوت و به حداقل رساندن نقاط ضعف» از طریق کامپوزیتهای مواد است.
مفاهیم اصلی: استحکام در مقابل شکنندگی
اول، بیایید «چقرمگی» را درک کنیم. چقرمگی توانایی یک ماده در جذب انرژی و تحمل تغییر شکل پلاستیک تا زمانی است که تحت تنش بشکند. مادهای با چقرمگی خوب، هم قوی و هم انعطافپذیر است و برای شکستن به مقدار قابل توجهی کار نیاز دارد.
مواد شکننده (مانند پلیپروپیلن اصلاحنشده): تحت نیروی خارجی، زنجیرههای مولکولی زمان لازم برای بازآرایی ندارند، تنش در نقاط نقص متمرکز میشود و مستقیماً منجر به شکستگی سریع و ازدیاد طول کم در هنگام شکست میشود.
مواد سخت: تحت نیروی خارجی، میتوانند تسلیم شوند و تغییر شکل پلاستیک بدهند و در این فرآیند مقدار زیادی انرژی مصرف کنند، بنابراین در برابر شکستگی مقاومت میکنند.
هدف اصلی اصلاح الاستومر، تبدیل پلیمرهای نیمه بلوری مانند پلیپروپیلن از رفتار شکست ترد به رفتار شکست نرم است.
اصول دقیق اصلاح الاستومر
این اصل را میتوان از هر دو سطح میکروسکوپی و ماکروسکوپی درک کرد. هسته در ذرات الاستومر قرار دارد که به عنوان نقاط تمرکز تنش و جاذب انرژی عمل میکنند.
۱. مکانیسم مکانیکی میکروسکوپی: القا و پایان ترکخوردگی، افزایش تسلیم برشی
این مهمترین اصل است. هنگامی که پارچه اسپان باند در معرض نیروهای خارجی (مانند پارگی یا ضربه) قرار میگیرد، فرآیندهای زیر به صورت داخلی رخ میدهند:
الف) تمرکز استرس و شروع جنون
الاستومرها (مانند EPDM، POE) معمولاً با ماتریس پلیپروپیلن ناسازگار یا تا حدی سازگار هستند. بنابراین، پس از اختلاط، آنها به صورت ساختارهای "جزیرهای" کوچک و پراکنده در یک فاز "دریایی" پلیپروپیلن پیوسته توزیع میشوند.
از آنجایی که مدول الاستومر بسیار کمتر از پلیپروپیلن است، هنگامی که تحت نیروهای خارجی قرار میگیرد، تمرکز تنش زیادی در سطح مشترک بین دو فاز رخ میدهد.
این نقاط تمرکز تنش، نقاط شروع ترک خوردگی هستند. ترک خوردگی یک ترک نیست، بلکه یک ساختار دستهای از الیاف ریزمتخلخل عمود بر جهت تنش است که همچنان از داخل توسط الیاف پلیمری به هم متصل هستند. تشکیل ترک خوردگی مقدار زیادی انرژی جذب میکند.
ب) خاتمه ترک خوردگی و تشکیل نوار برشی
دومین نقش کلیدی ذرات الاستومر، پایان دادن به ترک خوردگی است. هنگامی که ترک خوردگی در حین انتشار خود با ذرات الاستومر انعطافپذیر برخورد میکند، میدان تنش بالا در نوک آن کند میشود و از تبدیل ترک خوردگی به ترکهای ماکروسکوپی کشنده جلوگیری میکند.
همزمان، تمرکز تنش همچنین باعث ایجاد تسلیم برشی در ماتریس پلیپروپیلن میشود. این به لغزش نسبی و تغییر جهت زنجیرههای مولکولی پلیپروپیلن تحت تنش برشی و تشکیل نوارهای برشی اشاره دارد؛ این فرآیند نیز به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز دارد.
ج) مکانیسم اتلاف انرژی هم افزایی
در نهایت، انرژی اعمال شده خارجی عمدتاً از طریق مسیرهای زیر تلف میشود:
تشکیل موجهای متعدد: مصرف انرژی.
تغییر شکل و شکستگی خود ذرات الاستومر: مصرف انرژی.
تسلیم برشی ماتریس: مصرف انرژی.
جدایش بین سطحی: جدا شدن ذرات الاستومر از ماتریس، مصرف انرژی.
این فرآیند به طور قابل توجهی کار مورد نیاز برای شکست ماده را افزایش میدهد، که از نظر ماکروسکوپی به صورت بهبود قابل توجه در مقاومت به ضربه و مقاومت در برابر پارگی آشکار میشود، در حالی که ازدیاد طول در نقطه شکست را نیز به طور قابل توجهی افزایش میدهد.
۲. تغییرات ساختار فازی: مؤثر بر رفتار تبلور
افزودن الاستومرها نه تنها به عنوان یک "افزودنی" فیزیکی عمل میکند، بلکه بر ریزساختار پلیپروپیلن نیز تأثیر میگذارد.
پالایش گویچهها: ذرات الاستومر میتوانند به عنوان مکانهای هستهزایی ناهمگن عمل کنند و آرایش منظم زنجیرههای مولکولی پلیپروپیلن را مختل کرده و باعث تبلور آنها به ساختارهای گویچهای ظریفتر و متراکمتر شوند.
بهبود سطح مشترک: با استفاده از سازگارکنندهها، چسبندگی سطحی بین الاستومر و ماتریس پلیپروپیلن میتواند بهبود یابد و اطمینان حاصل شود که تنش میتواند به طور مؤثر از ماتریس به ذرات الاستومر منتقل شود و در نتیجه ترکها و نوارهای برشی به طور مؤثرتری ایجاد شوند.
کاربردهای خاص در تولید پارچه نبافته اسپانباند
اعمال اصول فوق در تولید پارچههای نبافته اسپان باند اثرات زیر را دارد:
افزایش چقرمگی الیاف منفرد:
در طول فرآیند ریسندگی، مذاب پلیپروپیلن حاوی الاستومرها به الیاف کشیده میشود. الیاف اصلاحشده خود سختتر میشوند. تحت نیروی خارجی، الیاف کمتر مستعد شکستگی ترد هستند و میتوانند تغییر شکل پلاستیکی بیشتری را تحمل کنند و انرژی بیشتری جذب کنند.
تقویت و استحکام ساختار شبکه الیاف:
در طول نورد گرم، الیاف در نقطه نورد به هم جوش میخورند. الیافی که چقرمگی بهتری دارند، هنگام قرار گرفتن در معرض نیروهای پارگی، احتمال کمتری دارد که فوراً در نقطه نورد بشکنند.
نیروهای خارجی میتوانند به طور مؤثرتری در سراسر شبکه الیاف توزیع شوند. هنگامی که یک الیاف تحت تنش قابل توجهی قرار میگیرد، میتواند تنش را از طریق تغییر شکل به الیاف اطراف منتقل کند و از شکست سریع ناشی از تمرکز تنش جلوگیری کند.
جهشی رو به جلو در مقاومت در برابر پارگی و سوراخ شدن:
مقاومت در برابر پارگی: پارگی فرآیند انتشار ترک است. ذرات الاستومر به طور موثری میکروترکهای متعددی را ایجاد و از بین میبرند و از به هم پیوستن آنها به ترکهای ماکروسکوپی جلوگیری میکنند و روند پارگی را تا حد زیادی کند میکنند.
مقاومت در برابر سوراخ شدن: سوراخ شدن ترکیبی پیچیده از ضربه و پارگی است. مواد با چقرمگی بالا میتوانند هنگام نفوذ یک جسم خارجی، تسلیم و تغییر شکل گستردهای را متحمل شوند و به جای سوراخ شدن مستقیم، جسم سوراخ کننده را در بر بگیرند.
نتیجهگیری
خلاصه: اصل اصلاح الاستومر برای بهبود چقرمگی پارچههای نبافته اسپانباند اساساً ترکیب یک ماتریس پلیپروپیلن سفت و سخت اما شکننده با یک لاستیک نرم و بسیار الاستیک است که یک سیستم اتلاف انرژی کارآمد را در داخل ماده ایجاد میکند.
با ایجاد ترکهای ریز، ایجاد ترکهای انتهایی و افزایش تسلیم برشی از طریق مکانیسمهای مکانیکی میکروسکوپی، انرژی مخرب (ضربه، پارگی) اعمال شده به صورت خارجی به مقدار زیادی کار تغییر شکل کوچک و غیر مخرب تبدیل میشود. این امر به صورت ماکروسکوپی مقاومت ضربه، مقاومت پارگی و افزایش طول در نقطه شکست ماده را بهبود میبخشد و پارچه نبافته اسپان باند را از "شکننده" به "سخت" تبدیل میکند. این شبیه به افزودن میلههای فولادی به سیمان است که نه تنها استحکام را افزایش میدهد، بلکه مهمتر از آن، چقرمگی بسیار بالایی را فراهم میکند.
Dongguan Liansheng Non Woven Technology Co., Ltd.در ماه مه 2020 تأسیس شد. این یک شرکت بزرگ تولید پارچه نبافته است که تحقیق و توسعه، تولید و فروش را با هم ادغام میکند. این شرکت میتواند پارچههای نبافته اسپانباند PP با رنگهای مختلف و عرض کمتر از 3.2 متر از 9 گرم تا 300 گرم تولید کند.
زمان ارسال: ۱۶ نوامبر ۲۰۲۵