اهمیت پرکننده ها و الیاف در پلی‌الفین‌ها
در کامپاند پلی‌الفین‌ها از پرکننده ها و الیاف به منظور بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی استفاده می‌شود. افزودن پرکننده هایی نظیر الیاف شیشه به کامپاند پلی‌الفینی، منجر به تولید کامپوزیتی با خواص بهتر می‌شود. در حالی‌که نیاز به تکنیک‌ها و تجهیزات خاصی است که افزایش هزینه را به همراه دارد. از طرف دیگر؛ افزودن پرکننده های معدنی ارزان قیمت، باعث کاهش پلیمر مصرفی و کاهش هزینه تولید می‌شود. در ادامه به توضیح پرکننده های پرمصرف مانند تالک پرداخته می‌شود.
پرکننده های معدنی
پرکننده های ارزان قیمت؛ به دلیل کاهش مقدار پلیمرها در کامپاند و بدون آن‌که تاثیر منفی بر روی خواص آنها داشته باشند، از نظر اقتصادی به صرف هستند. در واقع در فرآیندهایی که پلیمرهای گران قیمت در آن استفاده می‌شوند، افزودن پرکننده ها حائز اهمیت است. پارامتر مهم در آنها نسبت منظر (نسبت طول به قطر) است، که این نسبت با مقادیر بالای 10 مناسب است. اگر ذرات پرکننده به خوبی در زمینه پلیمری پراکنده شوند، اندازه و شکل آنها ثابت و عاری از آلودگی باشند؛ این ذرات با نواحی پلیمر ارتباط برقرار می‌کنند و منجر به انتقال نیرو در سیستم می‌شوند.
اغلب پرکننده ها سختی و سفتی را افزایش می‌دهند ولی این کار با فدا شدن مقاومت ضربه همراه است. همچنین می‌توانند به حفظ پایداری ابعادی کمک کنند. برای مثال؛ در PP برای بهبود پایداری و مقاومت در برابر خراش، از پرکننده های مورد نیاز استفاده می‌شود و این پلیمر را برای کاربرد در صنعت خودروسازی آماده می‌کند.
کلسیم کربنات (CaCo3)
از رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین پرکننده معدنی در پلی الفین‌ها است. نقش آن حجم دهی به منظور کاهش مقدار پلیمر مورد نیاز است. به عنوان مثال؛ تولیدکنندگان ظروف و بسته بندی‌های LDPE برای به حداقل رساندن هزینه‌های پلیمر مصرفی از این پرکننده استفاده می‌کنند. همچنین سفتی، سختی و پایداری ابعادی قطعه را افزایش میدهد ولی استحکام ضربه و کشش کاهش مییابد که البته بستگی به گرید کلسیم کربنات دارد.
مقدار معمول مصرف این پرکننده نیز حدود 10-60 درصد است. با استفاده از اصلاح سطح یا عامل جفت کننده، پیوند بین ذرات پرکننده و پلیمر انجام می‌گیرد. کلسیم کربنات معمولا دارای خلوص 98-95% که مابقی آن اکسیدهای فلزی گوناگون می‌باشد. اندازه ذرات آنها از 1 تا 100 میکرون متفاوت است ولی متوسط اندازه ذرات معمولا 3-10 میکرون هستند و متاسفانه رطوبت نسبتا بالایی را جذب می‌کنند.
اصلاح سطح کربنات کلسیم
ذراتی که اصلاح سطح شده‌اند، حداکثر پراکندگی در زمینه پلیمری، فرآیند پذیری آسان‌تر و مقاومت ضربه بالاتری نسبت به پلیمرهای پرشده با پرکننده بدون اصلاح سطح، ارائه می‌دهند. به طور معمول برای اصلاح سطح کربنات کلسیم، از اسید استئاریک بر پایه اسیدهای چرب استفاده می‌کنند، که دارای گروه‌های عاملی کربوکسیلیک هستند که باعث اتصال به سطح ذرات می‌شوند. اسید استئاریک به پراکنش این ذرات در زمینه پلیمری کمک می‌کند اما توانایی آنها برای اتصال با پلیمر را کاهش میدهد.
در مقابل، از پلیمرهای گرفت شده با مالئیک انیدرید برای اتصال بهتر سطح ذرات پرکننده با پلیمر استفاده می‌شود. در چنین فرمولاسیونی ممکن است با مصرف 5-10% از پلیمر، ویسکوزیته افزایش یابد و خواص مکانیکی تحت تاثیر قرار گیرد. از طرف دیگر؛ پلیمرهای گرفت شده بر پایه سیلان نیز به طور موثر به سطح اصلاح نشده CaCO3 متصل می‌شود. در این فرمولاسیون شاهد افزایش استحکام و مدول خواهیم بود. در حالی‌که استحکام ضربه‌ای بالاتر از کامپاند دارای کربنات کلسیم اصلاح شده با استئارات و نزدیک به پلیمر فاقد پرکننده ایجاد می‌کند.
تالک
یکی دیگر از پرکننده هایی که برای پلی الفین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، تالک است. تالک سیلیکات منیزیم هیدراته (Mg3Si4O10(OH)2) با منابع معدنی فراوان است. این ماده نسبتا نرم و لغزنده است، اثرات مشابهی با کلسیم کربنات در زمینه پلیمری دارد ولی افزایش بیشتری در مدول خمشی و کاهش بیشتری در استحکام ضربه ایجاد می‌نماید. خواص مکانیکی بالا، با استفاده از تالک با نسبت منظری بالا حاصل می‌شود. اکثرا تالک بر خواص خاصی از PP و PE اثر می‌گذارد. برای مثال؛ در PP منجر به افزایش دمای نرمی می‌شود، در حالی‌که در فیلم‌های PE خواص antiblocking فراهم می‌کند.
جدول زیر مقایسه خواص مکانیکی تالک های بسیار ریز در PE و PP است.
| پلی الفین‌ها | خواص | مقدار تالک | ||
| 0% | 10% | 20% | ||
| HDPE | مدول خمشی (MPa) | 670 | 990 | 1480 |
| HDPE | استحکام کششی در تسلیم (MPa) | 25.0 | 26.5 | 26.2 |
| HDPE | ازدیاد طول در تسلیم (%) | 40.6 | 22.1 | 16.8 |
| HDPE | استحکام ضربه C° 23، KJ/m2 | 27.4 | 23.4 | 18.2 |
| HDPE | HDT C°،1.8 Mpa | 39 | 40 | 44 |
| PP copolymer | مدول خمشی (MPa) | 1255 | 1925 | 2800 |
| PP copolymer | استحکام ضربه C° 23، KJ/m2 | 9.5 | 6 | |
| PP copolymer | HDT C°،1.8 Mpa | 53 | 61 | 70 |
تالک حدودا تا 50% با اندازه ذرات 1-100 میکرون استفاده می‌شود. تالک درشت که برای مثال در کامپوزیت‌های چوب استفاده می‌شوند، اندازه ذرات بالاتر از 5 میکرون است. در حالی‌که تالک های ریز دارای اندازه ذرات 2-4 میکرون هستند و برای ایجاد خاصیت ضربه گیری در ترموپلاستیک الفین‌ها (TPO) کاربرد دارند.
اخیرا تالک با نسبت منظری بالا و گریدهای بسیار ریز در دسترس قرار گرفته‌اند. که به ویژه در بهبود خواص TPO بر پایه PP، PP برای سپرهای خودرو، بدنه پنل‌ها، داشتبورد و تزئینات داخلی کاربرد دارند.
ترکیب تالک و کربنات کلسیم در یک ترکیب، برخی از مزایای هر پرکننده را همراه می‌کند و به پنهان کردن نقاط ضعف آنها کمک می‌کند. به عنوان مثال؛ افزودن ذرات تالک صفحه‌ای به همراه ذرات کربنات کلسیم، طبق گزارش‌ها، سفتی بالایی ایجاد می‌کند بدون آن‌که مقاومت ضربه‌ای ترکیبات پلی الفین به دلیل حضور تالک کاهش مییابد.
پرکننده‌ی میکا
یک اصطلاح کلی برای سایر سیلیکات‌های هیدرات فلزی با ذرات صفحه‌ای مانند است. نسبت منظر این ذرات حدود 50-100 و یا حتی 120 است که معمولا بالاتر از تالک هستند. در PP، میکا با نسبت منظری بالا مدول را 50-100% بیشتر از تالک و کربنات کلسیم افزایش میدهد. در حالی‌که استحکام ضربه را مختصری کاهش میدهد یا اصلا کم نمی‌کند.
افزودن تالک یا میکا به کامپاندهای پر شده از الیاف شیشه، به کنترل تاب خوردگی کمک می‌کند. در حالی‌که؛ میکا به تنهایی می‌تواند به عنوان پرکننده با خاصیت متوسط تقویت کنندگی الیاف شیشه و تالک عمل کند. همچنین میکا با تاب خوردگی مقابله کند و دارای خاصیت میرایی صدا است.
در PP، میکا با نسبت منظر بالا مدول را 50-100% بیشتر از تالک و کربنات کلسیم افزایش میدهد. در حالی‌که استحکام ضربه را یه کم یا اصلا کاهش نمی‌دهد. افزودن تالک یا میکا به کامپاندهای پرشده شیشه به تاب خوردگیکمک می‌کند. در حالی‌که؛ میکا به تنها می‌تواند به عنوان پرکننده تقویت کننده بین الیاف شیشه و تالک استفاده شوند.
پرکننده‌ی سیلیکا
سیلیس به صورت مصنوعی یا طبیعی در پلیمرها استفاده می‌شود. این ذرات دارای ضریب انبساطی حرارتی بالا و سفتی بالا است و باعث افزایش مدول کامپاند پلیمری می‌شود. ذرات سیلیکا مانند تالک یا میکا ساختار صفحه‌ای ندارند و معمولا نسبت منظری پایینی دارند. بدین معنا که برخلاف ذرات دیگر سطح بسیار ریزی دارند، بنابراین سطح تماس کمی برای انتقال نیرو به پلیمر دارا هستند و در نتیجه نسبت به سایر پرکننده ها خاصیت تقویت کنندگی کمتری دارند.
