فرایندهای پلیمری (1)

هراکلیوس در مورد طبیعت و عمر به عنوان یک تغییر پیوسته صحبت می کند و می گوید هیچ چیز ثابت نمی ماند و او از مثال رود جاری در استدلال خود، استفاده می کند. گرایش به سمت تغییر در مواد و محصولات،
شنبه، 7 مرداد 1396
تخمین زمان مطالعه:
پدیدآورنده: علی اکبر مظاهری
موارد بیشتر برای شما
فرایندهای پلیمری (1)
فرایندهای پلیمری (1)

مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
 
" همه چیزها، جریان دارند و ساکن نیستند، همه ی چیزها، راهی به ما می دهند و هیچ چیز، ثابت نمی ماند".
هراکلیوس در مورد طبیعت و عمر به عنوان یک تغییر پیوسته صحبت می کند و می گوید هیچ چیز ثابت نمی ماند و او از مثال رود جاری در استدلال خود، استفاده می کند. گرایش به سمت تغییر در مواد و محصولات، می تواند مفید باشد و یا در غیر اینصورت، در طی فرآوری، تغییر در ماده به صورت فعال تشدید می شود تا بدین صورت، میزان بهره وری، به طور قابل توجهی، افزایش یابد. در هر صورت، وقتی محصول، شکل دهی می شود، تغییر مطلوب نمی باشد. رئولوژی یک واژه ی یونانی است که به معنای "جریان یافتن" است و برای توصیف علم مطالعه ی رفتار تغییر شکل یا جریان یافتن مواد (هم در حالت مایع و هم جامد) استفاده می شود.
جوانب رئولوژی
در فرآیندهای پلیمری، ویسکوزیته تحت حالت های تغییر شکل مختلف، ایجاد می شود. برای مثال، در قالب گیری تزریقی، مذاب پلیمری تحت تنش و کرنش مناسب، قرار می گیرد و بنابراین، ویسکوزیته ی برشی مد نظر است.
تنش برشی:
(τ)=(η) X (rate of strain (dy/ dt))
بسیاری از نمونه ای با وزن مولکولی پایین با توجه به قوانین نیوتن در زمینه ی ویسکوزیته، عمل می کنند. در حقیقت در این مواد، ویسکوزیته وابسته به میزان تنش برشی (τ) و کرنش (γ) نمی باشند. برای مایعات با وزن مولکولی بالا مانند مذاب های پلیمری و محلول های این مواد، τ و dy/ dt غیر نیوتنی عمل می کنند. برخی از سیال های غیر نیوتنی، در جدول 1 و شکل 1 آورده شده اند.
فرایندهای پلیمری (1)
فرایندهای پلیمری (1)
تحت شرایط غیر نیوتنی، ویسکوزیته در ماده ثابت نمی ماند و بنابراین، به ویسکوزیته، ویسکوزیته ی ظاهری، گفته می شود. تغییر در ویسکوزیته ی ظاهری با نرخ برشی، در شکل 2 نشان داده شده است. بیشتر مذاب های پلیمری، به شیوه ی شبه پلاستیک ، عمل می کنند. رفتار دیلاتنسی، در زمانی مشاهده می شود که رزین پلیمری یا محلول پلیمری، با پیگمنت یا پرکننده، مخلوط شود. رفتار دیلاتنسی می تواند در زمانی فهمیده می شود که به آب به نشاسته اضافه می کنید و آن را هم می زنید.
فرایندهای پلیمری (1)
یک رابطه ی قانونی ساده و در عین حال، جالب، برای توصیف رفتار مذاب های پلیمری غیر نیوتنی، استفاده می شود.
τ=k(dγ/dt)^n
که در اینجا، k و n اندیس های قانون توان است که در حقیقت اندیس پیوستگی و اندیس رفتار جریانی، نامیده می شوند.
برای مایع های نیوتنی، n=1 و k=η.
در حالت دیلاتنسی، n بزرگتر از یک است و در حالت شبه پلاستیک، n کوچکتر از یک است.
مذاب پلیمری تحت شرایط مختلف، فرآوری می شود. نرخ نیروی برشی اعمال شده به مذاب، به نوع فرایند مورد اشاره در جدول 2 وابسته می باشد. مذاب پلیمری دارای گستره ی وسیعی از ویسکوزیته ها می باشد که این ویسکوزیته عمدتاً به نوع پلیمر، نرخ برشی و دمای ذوب، وابسته می باشد. در نرخ های برشی پایین، پلیمرها تمایل به رفتار نیوتنی دارند اما در نرخ های برشی بالا، آنها شبه پلاستیک عمل می کنند.
فرایندهای پلیمری (1)
فرآوری و شکل دهی ترموپلاست ها
پیش از فرایند تبدیل، این مفید است که ویژگی های اساسی مربوط به برخی از مواد ترموپلاست را بدانیم. این ترموپلاست ها در زیر به صورت لیست وار، آورده شده اند:
پلی اتیلن
پلی پروپیلن
پلی استایرن
پلی آمیدها/ نایلون ها
پلی وینیل کلراید (PVC)
پلی استرهای اشباع (مانند پلی اتیلن ترفتالات (PET))
کوپلیمرهای اکریلونیتریل- بوتادین- استایرن (ABS)
سایر ترموپلاست ها که شامل پلاستیک های فلئوردار می باشند (مانند پلی تترا فلئورواتیلن (PTFE)، پلی کربنات (PC))، اکریلیک ها (مانند پلی متیل متااکریلات (PMMA) و ... می باشد.
پلی اتلین دارای گریدهای مختلف می باشد. این گریدها به دانسیته و میزان کریستالی شدن آنها وابسته می باشد. پلی اتیلن با دانسیته ی پایین (LDPE) یک ماده ی انعطاف پذیر و بسیار محکم است. از این ماده در تولید محصولات ارزان قیمت پلاستیکی مانند بطری، کاسه و سطل، استفاده می شود. این ماده در دمایی در حدود 50 درجه ی سانتیگراد، نرم می شود و بنابراین، مقاومت خوبی در برابر آب جوش، ندارد. به طور طبیعی، این ماده ترانسلوسنت است. پلی اتیلن با دانسیته ی بالا (HDPE) در جاهایی مورد استفاده قرار می گیرد که صلبیت بالاتری مد نظر است. این ماده در دمای تقریباً 80 درجه ی سانتیگراد، نرخ می شود. از لحاظ نوری، این ماده کدرتر از LDPE است. چندین گرید دیگر از پلی اتیلن، وجود دارد.
پلی پروپیلن (PP) مشابه PE است اما این ماده سخت تر است و استفاده از آن سهولت بیشتری دارد. برخی از گریدهای این پلیمر، تا دمای 140 درجه ی سانتیگراد، نرم نمی شوند. بنابراین، این پلیمر، در تولید وسایل بیمارستانی با قابلیت استریل شدن، مناسب می باشد و تحت تنش محیطی، ترک نمی خورند. این ماده همچنین در برابر خستگی نیز مقاومت می باشد. این واضح است که پلی اولفین ها (یک نام کلی در مورد پلیمرهای آلیفاتیک مانند PE و PP) یک گستره ی از پلاستیک ها را تولید می کنند که دارای مقاومت به ذوب شدن بالا دارند، همچنین درخشش، صلبیت و مقاومت به شیمیایی آنها نیز بالاست. بنابراین، چرا پلی پروپیلن برای کاربردهایی استفاده نمی شود که هم اکنون در آنها از LDPE استفاده می شود؟ عمدتاً علت این مسئله، الزامات انعطاف پذیری و همچنین هزینه های این نوع پلیمر، می باشد.
پلی وینیل کلراید (PVC) یکی از پلاستیک های جدیدی است که می توان، به آن پلاستیسایزر، اضافه کرد و بنابراین، هم به صورت صلب و هم به صورت نرم، وجود دارد. PVC غیر پلاستیک (uPVC) سخت است و اندکی ترد می باشد (نه به اندازه ی پلی استایرن). این پلیمر، مقاومت خوبی در برابر بسیاری از حلال ها دارد. علاوه بر این، این پلیمر، از جمله معدود پلیمرهایی است که دارای مقاومت رزونانسی ذاتی در برابر آتش گرفتن و گسترش شعله می باشد. همچنین این پلیمر، عایق الکتریکی خوبی است و در دماهایی در حدود 80 تا 100 درجه، نرم می شود.
پلی استایرن (PS)
به خاطر خاصیت صدای فلز مانند در هنگام کشیده شدن بر روی یک سطح سخت، شناخته شده می باشد. این ماده بی رنگ، شفاف، سخت و شکننده است و در دمایی در گستره ی 85-95 درجه ی سانتیگراد، نرم می شود. این ماده در برابر هیدروکربن های آلیفاتیک مقاومت دارد اما در مواد آروماتیک مانند بنزن حل می شود. البته مشابه با پلی اتیلن های ساده، ارزان قیمت است. PS سبک (فوم های پلی استایرن و یا پلی استایرن منبسط شده) عایق های حرارتی خوبی هستند اما به دلیل اینکه این ماده در داخل حلال های آروماتیک حل می شود، پانل های عایق باید با استفاده از محلول های امولسیونی، رنگ آمیزی شوند.
پلی آمیدها/ نایلون
این پلیمرها به طور گسترده ای در صنعت پوشاک و مهندسی مانند بلبرینگ های خود روانساز (مخصوصاً در کاربردهای صنایع غذایی و جاهایی که روانسازی با روغن، مشکل آفرین است) استفاده می شوند. برخی از نایلون ها، دارای مقاومت خوبی در برابر نفوذ گاز هستند و بنابراین، به عنوان لایه های نازک در بسته بندی پنیر و دیگر محصولات، استفاده می شوند. اگر چه این محصولات، دارای مقاومت شیمیایی خوبی هستند، جذب آب آنها بالاست.
مولکول های مواد ترموپلاست در زمان حرارت دهی، پیوند عرضی ایجاد نمی کنند و بنابراین، می توانند در حالت نرم، باقی بمانند. این محصولات قابلیت ذوب و شکل دهی مجدد را دارا می باشند. روش های شکل دهی مختلفی برای ترموپلاست ها وجود دارد. همچنین روش های مختلف دیگری نیز برای شکل دهی ترموپلاست ها، موجود می باشد. روش های شکل دهی و فرآوری مربوط به ترموپلاست ها، عبارتند از:
قالب گیری تزریقی
قالب گیری تزریقی با کمک باد
قالب گیری تزریقی با دمش
اکستروژن
قالب گیری دمشی
کالندرینگ صفحات و یا فیلم ها
اکستروژن + ترموفورمینگ
ریسندگی مذاب الیاف
روش مش (مانند نتلون)
اکستروژن چند لایه
فیلم های تیوبی و یا فیلم های دمشی
ترموفورمینگ و شکل دهی تحت خلأ
قالب گیری چرخشی
پوشش دهی
فوم های منبسط شونده
ماشین کاری و اتصال پلاستیک ها
برخی از این فرایندها، به چندین شاخه تقسیم بندی می شوند.
گرانول های پلیمری، پیش از تولید و ورود به ماشین های شکل دهی، تحت فرآوری قرار می گیرند. این مراحل عبارتند از:
حمل و نقل
خشک کردن (عموماً از طریق خشک کن چرخشی)
حمل و نقل و رسیدن دست مشتری
ذخیره سازی در بسته های بزرگ به منظور حمل و نقل
خالی کردن بار و ذخیره در سیلوهای ذخیره سازی
حمل و نقل به ماشین های فرآوری
خشک کردن (با استفاده از پلیمرهای نم گیر)
مخلوط کردن و خوراک گیری
فرایند انتقال می تواند موجب تغییر شکل و یا تخریب قرص ها و تولید محصولات نامناسب مانند تکه های ریز، خرده ذرات و گردوغبار شود (شکل 3 و 4).
فرایندهای پلیمری (1)
فرایندهای پلیمری (1)
وجود این گرانول ها و یا قرص های تخریب شده می تواند منجر به مشکلات عدیده ای در زمینه ی فرایندهای متعاقب شود و موجب بروز عیوب در داخل محصولات شود (مانند مسدود شدن پرکننده ها، تغذیه ی نامناسب ماشین، و ایجاد بخش های با ابعاد غیر یکنواخت در پروفیل ها و نمونه ها، عدم تطابق رنگ و وجود بخش های سیاه رنگ، افزایش ریسک انتشار گرد و غبارو مشکلات مربوطه بر روی اپراتورها). جداسازهای خاص و جداسازهای ذرات در خط انتقال قرار می گیرند تا بدین صورت، این ناخالصی ها حذف گردد.
ذرات پلاستیکی به حدی کوچک هستند که از الک مش 30 (30 سوراخ در هر اینچ مربع از مش) می گذرند. گستره ی غلظت انفجاری برای ذرات پلاستیکی با اندازه ی ذرات در ارتباط است. وقتی در مورد ذرات و گردوغبار پلاستیکی صحبت می کنیم:
اندیس سوختن (Kst) (the deflagration index) در واقع نرخ ماکزیمم مربوط به افزایش فشار می باشد که به عنوان معیاری برای حساسیت انفجاری، تعریف می شود.
مقادیر Kst مختلفی وجود دارد و این مقادیر به اندازه ی ذره وابسته می باشد.
انرژی احتراق مینیمم (MIE)، انرژی مورد نیاز برای آتش زدن ذرات گردوغبار می باشد.
وقتی اندازه ی ذرات کوچکتر می شوند، مقادیر Kst افزاایش می یابد و مقادیر MIE کاهش. توجه کنید که سوختن به معنای یک سوختن سریع ماده می باشد. این سوختن، از احتراق معمولی، سریع تر و از انفجار، آهسته تر است.
پلاستیک در معرض اتسمفر، رطوبت جذب می کند و این مسئله موجب می شود تا بسته های هوا در فرایند اکستروژن، ایجاد شود. این مسئله موجب کاهش زیبایی قطعات می شود و همچنین موجب افت ویژگی های مکانیکی قطعه نیز می شود. از لحاظ جذب آب، پلیمرها به دو دسته نم گیر و غیر نم گیر، طبقه بندی می شوند.
پلیمرهای غیر نم گیر (مانند PE، PP و PVC) رطوبت جذب نمی کنند. به هر حال، این مواد می توانند رطوبت سطحی داشته باشند و این رطوبت نیز می تواند مشکل آفرین شود. این رطوبت می تواند با استفاده از خشک کن های هوای داغ، از بین رود. پلیمرهای نم گیر (مانند نایلون، PET، TPU و PC) دارای قرابت نزدیکی با رطوبت هستند و مولکول های آب می توانند به صورت شیمیایی با زنجیره ی پلیمری آنها، اتصال شیمیایی دهند. معمولا یک لایه ی جداکننده برای جلوگیری از اتصال مولکول های آب به سطح این مواد، ضروری است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Introduction to polymer science and technology/ Mustafa Akay
 
 


مقالات مرتبط
ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.