افزودنی های کمک فرایند PVC

افزودنی های کمک فرایند PVC

در بخش قبلی با عملکرد و انواع ایمپکت مودیفایرها آشنا شدیم.  یکی از افزودنی های مورد مصرف در تولید محصولات بر پایه PVC که از نظر ساختار شیمیایی شبیه به ایمپکت مودیفایرها هستند، خانواده افزودنی های کمک فرایند هستند و اکثر کمک فرایندها نیز بر پایه پلیمرهای اکریلیک هستند. بیشتر کمک فرایندها ساختارهای خطی پلیمرهای اکریلیک با جرم مولکولی متوسط و بالا هستند. کمک فرایندها با بهبود فرایند ذوب PVC به کیفیت قطعات تولیدی کمک می کنند. در حقیقت طبیعت شیمیایی PVC از نوع پلیمرهایی است که دچار سرخوردگی در دیواره و پیچ اکسترودر می شوند.

افزودنی های کمک فرایند PVC

در حقیقت کمک فرایندهای اکریلیک باعث ایجاد اصطکاک در PVC و انتقال تنش و حرارت در این پلاستیک می شوند و نتیجه حضور این افزودنی ایجاد مخلوط یکنواخت ذوب شده است. استفاده از کمک فرایندها در فرمولاسیون PVC مزایای زیر را به همراه دارد:

  • بهبود فرایند ذوب و ژلینگی PVC
  • افزایش ویسکوزیته و استحکام مذاب
  • بهبود یکنواختی فرمولاسیون
  • کاهش و ایجاد یکنواختی در دانسیته محصولات فومی
  • جلوگیری از ایجاد اعوجاج سطحی و بهبود براقیت سطح
  • جلوگیری از وقوع پدیده شکست مذاب
  • کاهش فیوژن تایم ( Fusion Time )

همچنین وجود کمک فرایندها می تواند میزان تورم دای (Die Swelling) را افزایش دهد و تغییراتی در آبرفتگی (Shrinkage) قطعات تولیدی ایجاد کند. حضور کمک فرایندها در دو گروه محصولات PVC بسیار مهم و اثر بخشی بسیار بالایی دارد. در حقیقت حضور افزودنی های کمک فرایند در تولید محصولات حاوی فوم، مانند فوم بردها و لوله های حاوی لایه فوم، منجر به دستیابی به ساختار فوم یکنواخت و کاهش دانسیته محصول می شود و در این محصولات از کمک فرایندهای با جرم مولکولی بالا استفاده می شود. چنانچه به اطلاعات بیشتری در مورد فوم بردها نیاز دارید به مقاله فوم برد PVC رجوع کنید. همچنین حضور کمک فرایندها در محصولات تزریقی PVC با بهبود ژلینگی به کاهش زمان تزریق و همچنین بهبود کیفیت سطح محصول تولیدی کمک می کنند. در محصولات تزریقی، فیلم و ورق های کلندر (Calendaring) و قطعات تولیدی به روش بادی از کمک فرایندهای با جرم مولکولی پایین استفاده می شود. از جمله مزایای استفاده از این افزودنی ها در فرایند Calendaring می توان به امکان افزایش سرعت تولید به دلیل افزایش استحکام مذاب و یکنواختی ضخامت ورق و فیلم اشاره کرد. حضور کمک فرایندها در فرمولاسیون محصولات بادی منجر به بهبود کیفیت سطح قطعه، رفع خطوط تولید در روده مذاب (Parison) و نهایتا یکنواخت تر شدن ضخامت قطعات تولیدی می شود.

افزودنی های کمک فرایند PVC

در انتخاب گرید مناسب کمک فرایندهای اکریلیکی برای کاربری های مختلف بایستی به جرم مولکولی دقت شود و همچنین مقدار کافی از افزودنی در فرمولاسیون محصول تولیدی قرار گیرد.

 

دستگاه ساخت فوم برد پی وی سی

لزوم استفاده از افزودنی تنظیم کننده فوم ( Foam Regulator ) در فوم بردهای PVC

در نوشتار پیشین با فوم بردهای PVC و کاربردهای آن آشنا شدیم.  همانگونه که اشاره شد یکی از مهمترین افزودنی های موجود در فرمولاسیون این محصولات، عامل تنظیم کننده دانسیته فوم است. بدون حضور این افزودنی امکان دستیابی به ساختار یکنواخت فوم و تنظیم دانسیته محصول غیر ممکن است. عوامل تنظیم کننده فوم در حقیقت از خانواده کمک فرایندهای مورد استفاده در تولید محصولات مختلف PVC است. اما انتخاب عامل تنظیم کننده فوم (Foam Regulator) به این سادگی نیز نیست، چرا که تنها گروه خاصی از افزودنی های کمک فرایند می توانند عملکرد تنظیم کنندگی فوم را داشته باشند. در حقیقت عوامل تنظیم کننده فوم کمک فرایندهای اکریلیکی با وزن مولکولی بالا هستند و توانایی تنظیم استحکام مذاب در کنار الاستیسیته را ایجاد می کنند و در این صورت امکان تنظیم دانسیته و دستیابی به ساختار یکنواخت فوم در ورق نهایی مهیا می شود.

تصویر زیر به صورت شماتیک تفاوت جرم مولکولی عامل تنظیم کننده فوم Foam Regulator را نشان می دهد:

تفاوت جرم مولکولی Foam Regulator

با افزایش جرم مولکولی عامل فوم زا، در حین فرایند تولید تنش بیشتری به زنجیره های PVC وارد می شود و این نکته منجر به افزایش دما و اختلاط بهتر و یکنواخت تر اجزای فرمولاسیون بدون افزایش تنش مکانیکی توسط اکسترودر خواهد شد. در نتیجه این امر محصولی با ساختار یکنواخت تر تولید خواهد شد. حضور این عوامل در فرمولاسیون فوم برد تولیدی سطح ورق براق تر و مسطح تری نیز ایجاد خواهد کرد.

دستگاه ساخت فوم برد پی وی سی

یکی از مهمترین نکاتی که در حین انتخاب عامل تنظیم کننده فوم بایستی مورد نظر قرار داد، ضخامت فوم برد تولیدی است. فوم بردهای با ضخامت متفاوت، برای تولید ضخامت خروجی قالب مختلفی نیاز دارند. قالب، انتهایی ترین تجهیز تولید است که فرمولاسیون محصول در حالت مذاب به آن وارد می شود و پس از آن عملیات خنک کاری محصول آغاز می شود. با توجه به اینکه شکل نهایی محصول در قالب ایجاد می شود و همچنین دانسیته فوم در این قسمت نهایی می شود، تاثیر عملکرد افزودنی تنظیم کننده فوم در این ناحیه بسیار اهمیت دارد. برای مثال در تولید فوم بردهای با ضخامت 3-8 mm در مقایسه با ضخامت های 8-18 mm به تنظیم کننده فوم با وزن مولکولی کمتر نیاز است.

از جمله دیگر محصولاتی که به افزودنی تنظیم کننده فوم نیاز دارند، می توان به ورق های چوب/ پلاستیک بر پایه PVC، فوم های نرم PVC و لوله و اتصالات حاوی لایه فوم PVC اشاره نمود.

نقش انتخاب کمک فرآیندهای اکریلیک با وزن مولکولی مناسب بر کیفیت محصولات PVC

کمک فرآیند های اکریلیک چند دهه است که به صورت گسترده محصولات PVC سخت و منعطف شامل، ورق های کلندرینگ، انواع پروفیل ها، محصولات دمشی، قطعات تزریق و انواع فوم استفاده می گردد. استفاده از کمک فرآیند های اکریلیک در فرمولاسیون محصولات PVC دارای مزایای متنوعی شامل موارد ذیل می باشد.

  • تسریق سرعت فیوژن، بهبود یکنواختی مذاب وکاهش دمای فرآیند
  • افزایش سرعت تولید
  • پخش بهتر و یکنواخت تر افزودنی ها
  • استحکام فوق العاده بالاتر مذاب و کمک به یکنواختی شکل محصول به خصوص در لبه ها
  • افزایش شفافیت و براقیت محصول و ایجاد یک سطح یکنواخت فاقد هرگونه حفره یا حباب هوا برروی آن

کمک فرآیندهای اکریلیک متناسب با نوع گرید در وزن مولکولی های متفاوتی عرضه می گردند. در استفاده از کمک فرآیندهای اکریلیک استفاده از گرید با وزن مولکولی مناسب تاثیر به سزایی در خواص نهایی محصول تولید دارد. به عنوان نمونه در شکل زیر براقیت 60 درجه سه پروفیل پنجره L شکل که حاوی 1.5 phr کمک فرآیند اکریلیک با وزن مولکولی های متفاوت می باشند آورده شده است.

با توجه به شکل، افزایش وزن مولکولی کمک فرآیند اکریلیک براقیت محصول افزایش می یابد. با این وجود انتخاب گریدهایی با وزن مولکولی های بالا کاملا متناسب با کاربرد می باشد و همواره امری ایده آل محسوب نمی گردد. برای بهتر روشن شدن این موضوع در شکل زیر، تاثیر وزن مولکولی کمک فرآیند اکریلیک بر وزن بطری های 1.5 لیتری دمشی PVC حاوی 1.5phr کمک فرآیند آورده شده است.

هدف استفاده از کمک فرآیندهای اکریلیک در تولید محصولات دمشی PVC، افزایش استحکام مذاب پاریسون، جلوگیری از شُره ، تولید محصولی با صخامت دیواره های یکنواخت و در نهایت آزادسازی راحت تر محصول از قالب  می باشد. در این تولید محصولات دمشی با وجود اینکه معمولا ایداه آل تا برای آزادسازی آسان تر قطعه از قالب از کمک فرآیندهایی با وزن مولکولی های بالا و بسیار بالا استفاده شود اما همان طور که در شکل مشاهده می نماید استفاده از گریدهایی با وزن مولکولی بسیار بالا تاثیر منفی قابل توجهی را برروی وزن محصول دمشی نهایی دارد.

در تولید محصولات PVC تزریقی نیز انتخاب کمک فرآیند اکریلیک با وزن مولکولی مناسب بسیار حائز اهمیت است. بهبود فیوژن و یکنواختی مذاب، رفع عیوب ظاهری قطعات تزریقی، بهبود فرآیندپذیری و آزادسازی از سطح قالب از دلایل اصلی استفاده از این کمک فرآیندها در فرمولاسیون محصولات تزریقی می باشد. در بحث بهبود فیوژن و یکنواختی مذاب تقریبا تمام گریدهای کمک فرآیند اکریلیک عملکرد نسبتا مشابهی را از خود نشان می دهند. بهبود یکنواختی مذاب تاثیر مستقیمی برمقاومت ضربه محصولات PVC تزریقی دارد. برای مقایسه داده های مربوط به مقاومت ضربه یک فرمولاسیون PVC بدون اصلاح کننده ضربه در دو حالت فاقد کمک فرآیند و حاوی 1phr کمک فرآیند اکریلیک با وزن مولکولی بالا آورده شده است.

استحکام ضربه (ژول)
حاوی 1phr کمک فرآیند بدون کم فرآیند دما
30.6 30.1 °C23
32.8 1.1 °C0

همان طور که مشاهده می شود، در دمای 23، هر دو نمونه استحکام ضربه مشابهی از خود نشان می دهند. اما تاثیر فیوژن و یکنواختی بهتر مذاب در دمای 0 درجه به خوبی نمایان می گردد و نمونه حاوی کمک فرآیند خواص بهتری داشته و استحکام ضربه ای تا 30 برابر بالاتر از نمونه فاقد کمک فرآیند از خود نشان می دهد.

ایجاد حاله های مات و غیر شفاف در اطراف گیت که حاوی مقدار زیادی میکرو ترک در اطراف خود می باشند و جِت کردن مذاب که به صورت نقش های مارگونه برروی سطح قطعه تزریقی نمایان می گردد دو تا از عیوب بسیار متداول قطعات تزریقی PVC می باشند که افزودن یک کمک فرآیند اکریلیک با وزن مولکولی مناسب به فرمولاسیون موثرترین روش برای حل این مشکلات می باشد. معمولا تاثیر کمک فرآیندهای اکریلیک با وزن مولکولی پایین بررفع این مشکلات ناچیز است و برای رفع کامل این عیوب همواره توصیه می گردد که 1phr از گریدهایی با وزن مولکولی بالا یا  0.5-1phr از گریدهایی با وزن مولکولی بسیار بالا استفاده گردد.

در انتخاب کمک فرآیندهای اکریلیک به عنوان روان کننده فرآیند، علاوه بر وزن مولکولی فاکتور دیگری به نام امتزاج پذیری نیز دخالت دارد. گریدهای کمک فرآیندهای اکریلیک علاوه بر اینکه در وزن مولکولی با یکدیگر متفاوت می باشند دارای امتزاج پذیری های متفاتی با PVC نیز هستند. برای داشتن بالاترین سطح روان کنندگی، آزاد سازی از سطح فلز و قالب، همواره توصیه می گردد که از گریدهای با وزن مولکولی های بالا و امتزاج پذیری های پایین استفاده گردد. استفاده از کمک فرآیندهای اکریلیک روشی مناسب جهت کاهش استفاده از روان کننده های خارجی در فرمولاسیون محصولات PVC است که معمولا موجب اثرات سوختگی برروی سطوح داغ فلزی دستگاه ها و کثیف شدن آنها می گردند، است.

راهنمایی انتخاب کمک فرآیند اکریلیک برای تولید محصولات تزریقی

راهنمایی انتخاب کمک فرآیند اکریلیک برای تولید محصولات تزریقی

در تولید فوم های PVC سخت استفاده کمک فرآیندهای اکریلیک در فرمولاسین از یک طرف به سبب افزایش سرعت فیوژن و پایین آوردن دمای فرآیند به پخش بهتر عامل فوم زا در مذاب و جلوگیری از فرار گازهای آزاد شده کمک کرده و از طرف دیگر با افزایش استحکام و الاستیسیته مذاب را افزایش می دهد. نتیجه این تاثیرات، جلوگیری از متلاشی شدن سلول های فوم و تولید محصولی با دانسیته پایین، سلول های ریز با سطحی تمیز و یکنواخت می باشد. در فرمولاسیون فوم های PVC سخت معمولا تا 10phr از کمک فرآیند های اکریلیک استفاده می شود و در این کاربرد نیز نیز وزن مولکولی و میزان کمک فرآیند اکریلیک مورد استفاده به شدت بر کیفیت محصول نهایی تاثیر گذار است. در شکل زیر تاثیر وزن مولکولی کمک فرآیند (8phr) و میزان عامل فوم زا بر دانسیته 3 فرمولاسیون فوم های PVC سخت یکسان با شرایط فرآیندی مشابه آورده شده است.

همان طور که مشاهده می شود ایدال ترین کمک فرآیند اکلریلیک برای فوم PVC سخت، کمک فرآیندهایی با وزن مولکولی های بسیار بالا می باشند و عدم انتخاب وزن مولکولی صحیح سبب می گردد که با افزایش  عامل فوم به جای کاهش دانسیته فوم شاهد افزایش آن باشیم. از طرف دیگر به ازای هر کمک فرآیند میزان بهینه ای از عامل فوم زا وجود دارد که در آن دانسیته به پایین ترین میزان کاهش می یابد.

 راهنمای انتخاب کمک فرآیندهای اکریلیک برای فرمولاسیون

وزن مولکولی کمک فرایند