کارایی استابلایزرهای حرارتی

افزایش کارایی پایدارکننده های حرارتی PVC با استفاده از کمک پایدارکننده ها

اگر PVC برآورده کننده الزامات کاربری قطعه مورد نظر ما باشد، بایستی حتما به فکر انتخاب استابلایزر حرارتی مناسب، یا همان استابلایزر حرارتی باشیم. در بخش های قبل به صورت مفصل با انواع استابلایزر های حرارتی مورد استفاده در تولید قطعات مختلف مبتنی بر PVC آشنا شدیم. مسئله پایدارسازی PVC در برابر حرارت آنقدر مهم است که در کنار خانواده بزرگ پایدارکننده های حرارتی، گروه کمک پایدارکننده حرارتی (Co-stabilizer) نیز توسعه داده شده اند. همانطور که از اسم این افزودنی ها بر می آید با استفاده از آن ها همراه با پایدارکننده حرارتی اصلی، منجر به افزایش اثربخشی استابلایزر می شوند. این بخش نکات کاربردی را در ارتباط با این افزودنی ها مطرح خواهد کرد.
به صورت کلی کمک پایدارکننده های حرارتی مورد استفاده در صنعت PVC شامل گروه های زیر هستند:
– ترکیبات معدنی
– آنتی اکسیدانت ها
– اپوکسی ها
– پلی ال ها
مهمترین ترکیب کمک پایدارکننده حرارتی معدنی که تجاری سازی شده است، هیدرتالسیت است. هیدروتالسیت ها صفحات کربنی حاوی یون های فلزی هستند که با جذب کلر آزاد شده حین تخریب PVC به پایدارسازی حرارتی آن کمک می کنند. باید دقت داشت گونه های مختلفی از هیدروتالسیت ها وجود دارد که با توجه به کاربری مورد نظر بایستی انتخاب شوند. پس از هیدروتالسیت ها، زئولیت ها نیز به عنوان کمک پایدارکننده معدنی در برخی از کاربری های PVC استفاده می شوند.
کارایی استابلایزرهای حرارتی
گروه مهمی از کمک پایدارکننده های حرارتی، خانواده آنتی اکسیدانت ها هستند. در واقع PVC نیز مانند پلی الفین ها با قرار گرفتن در معرض حرارت و تنش دچار تخریب می شود. آنتی اکسیدانت ها در کنار پایدارکننده های حرارتی تاثیر هم افزا دارند و منجر به بهبود مقاومت حرارتی محصول نهایی می شوند. از جمله مهمترین آنتی اکسیدانت هایی که می توانند در فرمولاسیون های حاوی PVC استفاده شوند، می توان به خانواده آنتی اکسیدانت های فسفیتی و فنولیکی اشاره کرد. در انتخاب آنتی اکسیدانت مناسب بایستی مراقب برهمکنش آن ها با سایر افزودنی های موجود در فرمولاسیون بود.
اما قدیمی ترین و پر مصرف ترین گروه استابلایزر های حرارتی ترکیبات اپوکسی هستند. ترکیبات اپوکسی با جذب هیدروکلریک اسید و پایدار کردن بخشی از زنجیره که اتم کلر خود را از دست داده است، به کمک پایدارکننده های حرارتی می آیند. مهمترین و شناخته شده ترین عضو این خانواده روغن سویای اپوکسیده شده یا همان ESBO (Epoxidized Soybean Oil) است.
در نهایت آخرین گروه کمک پایدارکننده های حرارتی PVC مربوط به پلی ال ها است. سوربیتول و TPM (Trimethylolpropane) دو پلی ال مورد استفاده به عنوان کمک پایدارکننده PVC هستند. باید دقت داشت با قرارگیری پلی ال ها در فرمولاسیون، جذب آب محصول بیشتر می شود.
استفاده از کمک پایدارکننده های PVC یک الزام نیست. در واقع کمک پایدارکننده ها منجر به کاهش میزان استفاده از استابلایزر اصلی و بهبود پایداری حرارتی محصول می شوند. با این حال بایستی در انتخاب گونه مناسب دقت کافی به عمل بیاید و انتخاب گرید کمک پایدارکننده مناسب با توجه به سایر افزودنی های موجود در فرمولاسیون و الزامات کاربری محصول صورت گیرد. در بخش های بعدی با ویژگی های هر یک از گروه های کمک پایدارکننده ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

جایگزین کلروپرن

آیا برای جایگزینی الاستومر خاص ، کمیاب و ویژه دنیای رابرها، کلروپرن ، گزینه ای می شناسیم؟

در بخش های قبلی سعی کردیم الاستومرهای خاص ( یا همان رابر، کائوچو) و ویژه را معرفی کنیم. به همین منظور کلروپرن و NBR را به عنوان دو الاستومر مهندسی و پرکاربرد خطاب کردیم و در مقالات زیر به معرفی آن ها پرداختیم. پیشنهاد می کنیم ابتدا دو مقاله زیر را مطالعه کنید و با یک موضوع جالب و خاص، و البته مهندسی و اقتصادی این روزها در این بخش همراه شوید. در این مقاله به معرفی جایگزینی برای کلروپرن می پردازیم.

جایگزین CR

همانطور که در مقاله بالا اشاره شد، کائوچوی کلروپرن ( CR ) با توجه به ساختار شیمیایی و ویژگی های ذاتی اش، انتخاب بسیار مناسبی جهت کاربردهایی است که در آن ها نیاز همزمان به خواص فیزیکی، مکانیکی، مقاومت در برابر عوامل جوی، حرارت و برخی سیالات احساس می شود. لذا این رابر خاص در بسیاری از قطعات خودرویی، از قیبل گردگیرها در سیستم تعلیق و فرمان، نگهدارنده لوله اگزوز، تسمه تایم و… انتخاب اول مهندسین طراح است. پایداری این کائوچو در شرایط حرارتی بالا (به ویژه در گریدهایی که برای این منظور توسعه داده شده اند) مقاومت بی نظیر در برابر ازن، خواص مکانیکی بالا، استحکام کششی و پارگی قابل توجه، و همچنین مقاومت در برابر دمای پایین، عملکرد مناسب CR را برای کاربرد های ذکر شده تضمین می کند.

اگر به تامین کنندگان جهانی این محصول نگاهی بیندازیم، باید گفت با خرید بخش کلروپرن شرکت Dupont توسط رقیب ژاپنی اش – Denka – عملاً این شرکت به بازیگر اصلی و بی رقیب تامین این کالا در جهان تبدیل شده است و سایر تامین کنندگان نظیر Lanxess، Toso، Showa Denko و Blue stars در عرصه رقابت از نظر تنوع گرید و قیمت یارای رقابت با آن را ندارند. از سوی دیگر با شرایط رکود اقتصاد جهانی، تشدید آن با بروز همه گیری ویروس کرونا و متوقف شدن تولید در پلنت های تولیدی برخی از تامین کنندگان کلروپرن، تامین این کائوچوی استراتژیک نیز دشوار شده است. به ویژه که در این شرایط خاص تامین کنندگان در گام نخست خود را متعهد به جلب نظر مشتریان کلیدی و کلاس جهانی خود می دانند و مازاد تامین را به سایر بازارها عرضه می نمایند. علاوه بر مسائل فوق، شرایط تحریمی ایران نیز گره جدیدی بر گره های سر راه تامین منظم این ماده افزوده است و متاسفانه دست صنعتگران ایرانی از این خرمای بر نخیل به دور می ماند و شرایط آن گونه می شود که در این وانفسا برخی سوداگریان گریدهای بی کیفیت موسوم به Off را با قیمت هایی که مبنای محاسبه آن در عقل نمی گنجد، به بازار تشنه عرضه می کنند و از  عواقب بی کیفیت بودن محصول خود نیز شانه خالی می نمایند.

جایگزین کلروپرن

شرکت پلیمر پیشرفته دانا با توجه به سخت شدن تدریجی شرایط تحریم در سنوات گذشته و پیش بینی این روزها، با همکاری شریک هندی خود – Imperial Waterproofing Industries- که سومین آمیزه کار بزرگ جهان در عرصه طراحی و تولید آمیزه NBR/PVC می باشد، طی یک همکاری مشترک فنی گریدی از کائوچوی NBR/PVC را طراحی و توسعه داده اند که می تواند با طراحی مناسب فرمولاسیون خواص مد نظر از آمیزه CR را برآورده سازد. به منظور طراحی این گرید تمامی تلاش ها در راستای انتخاب گرید صحیح ( با انجام نوعی خیاطی و دستکاری مهندسی در ساختار) و اصولی NBR، PVC و در نهایت روش اختلاط اصولی صورت گرفته است. در واقع با انتخاب درست محتوی آکریلو نیتریل، ویسکوزیته، گرم یا سرد بودن روش پلیمریزاسیون و محتوی روغن در کائوچوی NBR، همچنین گرید PVC و سایر افزودنی های لازم، و در نهایت روش منحصربفرد آمیزه سازی ترکیب، آلیاژی خاص حاصل گردیده است. پس از پایان طراحی و موفق شدن آمیزه در ارزیابی های آزمایشگاهی، به منظور راستی آزمایی و بررسی عملکردی این گرید، با همکاری برخی قطعه سازان طراز اول داخلی، قطعاتی تولید شد و برای انجام آزمون های تعریف شده به شرکت های ایران خودرو و مگاموتور ارسال گردید که خوشبختانه مورد تایید فنی نیز قرار گرفتند.

در نتیجه هم اکنون گرید Rubaloy-7360P به صورت یک گرید ویژه برای بازار ایران جهت جایگزینی کلروپرن با قیمتی رقابتی قابل تامین می باشد. تولید کنندگان قطعات خودرو و مصرف کنندگان واقعی می توانند برای تهیه این کالا با شرکت پلیمر پیشرفته دانا (45493314) تماس حاصل فرمایند.

 

دنیای پلیمر ها

دنیای پلیمرها چقدر بزرگ است؟

گرچه عمر پلیمرها به زحمت به 200 می رسد، اما در همین مدت کم توانسته اند با نرخ رشد بالا، سهم بزرگی از مواد اولیه مصرفی در تولید کالاهای مختلف را از آن خود کنند. هم اکنون پلیمرها در مقایسه با فلزات، به عنوان پر مصرف ترین مواد اولیه در سراسر دنیا، سهم 20 درصدی را بر مبنای وزن و سهمی در حدود 30 درصد را بر مبنای حجمی دارند. در سال 2019 میلادی در سراسر دنیا در حدود 1600 میلیون تن انواع فلز تولید و به مصرف رسید و در همین مدت در حدود 370 میلیون تن نیز پلیمر تولید شد. در این بخش آمار و ارقام کلی مصرف پلیمرها و محل های مصرف آن ها را بررسی خواهیم کرد. برای آشنایی با ابعاد دنیای رنگارنگ پلیمرها دانستن این اعداد لازم است.

پلیمرها از منابع نفتی و گازی، مواد شیمیایی، منابع طبیعی و تجدید پذیر مانند گندم و نشاسته تولید می شوند. پلیمرها از زنجیره های مولکولی بزرگ ( بیش از چند صد هزار واحد) تشکیل می شوند و بر اساس ساختار زنجیره ها در دو گروه زیر قرار می گیرند:

  • ترموپلاستیک ها
  • ترموست ها

زنجیره های ترموپلاستیک ها مستقل و جدا از یکدیگر هستند و در ترموست ها این زنجیره ها به یکدیگر متصل هستند و ساختار یکپارچه ایجاد می کنند. با این تفسیر می توان گفت ترموپلاستیک ها قابل شکل دهی مجدد هستند، اما ترموست ها با تبدیل شدن به کالای نهایی ساختار غیر قابل بازگشتی را ایجاد می کنند.

دنیای پلیمر ها

آسیا با 51 درصد، آمریکای شمالی و مرکزی با 18 درصد، اروپا 17 درصد، حوزه خاورمیانه با 7 درصد، آمریکای لاتین و آفریقا با 4 درصد و نهایتا حوزه CIS با 3 درصد در تولید پلیمرها نقش بازی می کنند. ترموست ها در حدود 10 درصد تولید پلیمرها را شامل می شوند و به آن ها الاستومر، رابر یا لاستیک نیز اطلاق می گردد. همچنین نیمی از حجم تولید رابرها را لاستیک طبیعی (Natural Rubber) تشکیل می دهد که از شیره و صمغ درختان در برخی نقاط دنیا مانند مالزی، اندونزی و … بدست می آید. در سال 2018 میلادی حدود 30 میلیون تن انواع رابر در سراسر دنیا به کالاهای مختلف تبدیل شد. از جمله مهمترین رابرهای مورد استفاده در تولید قطعاتی همچون تایر خودرو، شلنگ و کفپوش، ضربه گیرها و … که عموما در صنایع خودروسازی، پزشکی و … به کار می روند، می توان به SBR (Styrene Butadiene Rubber)، سیلیکون، NBR (Nitrile Butadiene Rubber)، PBR (Polybutadiene Rubber)، EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer)، FKM (Fluro Elastomer)، ACM و … اشاره کرد.

دنیای پلیمر ها

اما از رابرها که بگذریم به دنیای بزرگ ترموپلاستیک ها، یا به اختصار پلاستیک ها، می رسیم. هر ساله بیش از 300 میلیون تن انواع پلاستیک در دنیا به مصرف می رسد. بخش اصلی پلاستیک ها را صنعت بسته بندی به مصرف می رساند. این صنعت هر ساله مسئولیت مصرف بیش از 35 درصد پلاستیک ها را بر عهده دارد. پس از بسته بندی، صنعت ساختمان با 20 درصد، خودرو 10 درصد، برق و الکترونیک 6 درصد، لوازم خانگی و شخصی 4 درصد و کشاورزی 3 درصد از پلیمرها را استفاده می کنند. پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن با دانسیته کم (LLDPE, LDPE)، پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE)، PVC، پلی یورتان، PET (Polyethylene Terephthalate) و PS (Polystyrene) به ترتیب بیشترین سهم تولید را در بین پلاستیک ها دارند.

یکپارچگی ساختار بسته بندی و حفظ کیفیت محصولات در گرو انتخاب صحیح لایه دوخت

یکپارچگی ساختار بسته بندی و حفظ کیفیت محصولات در گرو انتخاب صحیح لایه دوخت

این روزها تصور دنیای بدون بسته بندی ها تقریبا غیر ممکن است. در این میان به جرات می توان گفت پلیمرها بوده اند که توانسته اند طراحی بسته بندی ها را دگرگون کنند و همچنین خواص فنی بسته بندی ها را تنظیم کنند. هم اکنون سهم بسته بندی های پلیمری در میان کاغذ و کارتن، شیشه و فلزات در حدود 40 درصد است. همچنین در کنار ورق، بطری و گالن های پلاستیکی، این فیلم های پلاستیکی هستند که سهم استفاده بالایی دارند. معمولا فیلم های پلاستیکی به صورت کیسه های پلاستیکی در ابعاد و شکل های مختلف تولید می شوند و برای بسته بندی کالاهای مختلف، از جمله مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرند. اگر نوع فیلم پلیمری و ساختار آن به درستی و متناسب با الزامات کاربری انتخاب شده باشد، کل عملکرد بسته بندی مورد نظر در گرو دوخت مناسب قسمت های مختلف بسته بندی و در نهایت مهر و موم شدن درب بسته بندی به کمک دوخت حرارتی است. نقش لایه دوخت در بسته بندی ها بسیار حیاتی است و در این بخش نگاه فنی تری به پلیمرهای مورد استفاده در این لایه خواهیم کرد.

بسته بندی های پلیمری به کمک فیلم های تک و چند لایه تولید می شوند. در صورتیکه فیلم مورد نظر تک لایه است، بایستی به کمک فرمولاسیون پلیمرهای مورد استفاده استحکام دوخت تنظیم شود، و در حالتی که فیلم استفاده شده در تولید بسته بندی از نوع چند لایه است، فرمولاسیون و پلیمرهای به کار رفته در لایه داخلی تعیین کننده استحکام دوخت هستند. استحکام دوخت در دو حالت سرد(Sealing strength)  و گرم (Hot tack) تعریف می شود. استحکام دوخت در حالت سرد بیشترین نیروی کششی لازم برای جدا کردن دو لایه دوخت شده به یکدیگر در دمای اتاق و پس از سرد شدن محل دوخت است. اما استحکام کششی در حالت گرم یا چسبندگی داغ، میزان نیروی لازم برای جدا کردن دو لایه دوخت شده به یکدیگر، بلافاصله پس از عملیات دوخت و قبل از سرد شدن محل دوخت است.

یکپارچگی ساختار بسته بندی و حفظ کیفیت محصولات در گرو انتخاب صحیح لایه دوخت

میزان استحکام دوخت مورد نیاز در حالت سرد بر اساس وزن محصول درون بسته بندی مشخص می شود و در مورد استحکام دوخت در حالت گرم، علاوه بر وزن محصول درون بسته بندی، بایستی به سرعت خط تولید و نیروهای کششی وارد بر بسته بندی در حین تولید دقت کرد. دوخت یکپارچه تضمین کننده کیفیت محصول درون بسته بندی و همچنین کارایی کل مجموعه بسته بندی است.

باید دقت داشت آزمون های معمول که میزان استحکام دوخت فیلم های پلیمری را بر اساس دما مشخص می کنند، نمی توانند تنها معیار انتخاب دمای بهینه برای دستیابی به حداکثر استحکام دوخت در حالت گرم باشد. چرا که در فیلم های چند لایه به دلیل اثر گذاری لایه ها در انتقال حرارت، استحکام دوخت می تواند متفاوت با حالت تک لایه باشد و بهتر است آزمون ها را در حالت چند لایه انجام داد. همچنین استفاده از پلیمرهایی با هدایت حرارتی بالاتر می تواند منجر به خروج سریعتر گرما از لایه دوخت به بیرون و در پی سرد شدن سریع لایه دوخت، استحکام دوخت نیز افزایش پیدا می کند.

یکپارچگی ساختار بسته بندی و حفظ کیفیت محصولات در گرو انتخاب صحیح لایه دوخت

به صورت معمول با قرار گرفتن پلی اتیلن های متالوسنی (mPE) در لایه دوخت، استحکام دوخت در حالت سرد و گرم بهبود می یابد. این نکته به دلیل ساختار یکنواخت و دمای ذوب پایین تر این گونه از پلی اتیلن ها در مقایسه با انواع عادی است. از جمله دیگر روش های بهبود استحکام دوخت در حالت گرم و سرد، اضافه کردن کوپلیمرهای اتیلنی، مانند POE (Polyolefin Elastomer)، به فرمولاسیون لایه دوخت است.

در پایان باید دقت کرد دوخت پذیری پلیمرها یک خاصیت دینامیک و متغیر با شرایط عملیاتی دوخت و بسته بندی است و تابعی از ساختار و تعداد لایه های موجود در فیلم، شرایط دوخت مانند دما، زمان و فشار، خواص ترمودینامیکی لایه های فیلم و … است. بنابراین در هر مورد بایستی به دقت فرمولاسیون و پلیمرهای به کار رفته در لایه دوخت را به صورت مهندسی انتخاب کرد.

دستیابی به فوم های پلیمری با ساختار سلول بسته به کمک میکرواسفرها

دستیابی به فوم های پلیمری با ساختار سلول بسته به کمک میکرواسفر ها

بخش قبلی در مورد فوم های پلیمری و عوامل فوم زا ( لینک زیر) به صورت مختصر صحبت کرد. باید اعتراف کرد که فوم های پلیمری محصولات بسیار پیچیده ای هستند و نکات بسیاری در مورد انتخاب مواد اولیه و شرایط فرایند تولید آن ها وجود دارد که تنها مهندسین حرفه ای و با تجربه از پس آن ها بر می آیند. اما این مقاله تصمیم دارد مقدمه را کوتاه کند و ما را با نسل نوینی از عوامل فوم زا آشنا کند که ساختارهای فومی بی مانندی را در شرایط تولید ساده و قابل کنترل ایجاد می کنند. این عوامل فوم زای نوین میکرواسفر نام دارند.

ایجاد ساختارهای بی نظیر در پلیمرها به کمک عامل فوم زا

میکرواسفر یا میکرو کپسول، ساختار هسته – پوسته ای است که به کمک آن یک مایع فرار هیدروکربنی توسط یک پوسته ترموپلاستیکی پوشش داده شده است. مایع هیدروکربنی دمای جوش پایینی دارد و در حین فرایند شکل دهی با ذوب شدن پوسته ترموپلاستیکی، تبخیر می شود و با فشار ایجاد شده حجم چندین برابری نسبت به حالت اولیه ایجاد شده و ساختار فومی ایجاد می شود. یکی از دغدغه های مهندسین فرایند در تولید فوم های پلیمری، استحکام مذاب پلیمر است. در واقع در مرحله ایجاد سل های فوم، چنانچه استحکام مذاب پلیمر پایین باشد، ساختار فوم به خوبی شکل نمی گیرد. دغدغه دیگر در تولید فوم ها، دستیابی به ساختارهای فومی سلول بسته است. هر چند فوم های سلول باز نیز کاربرد زیادی دارند، اما در کاربردهای مهندسی این فوم های سلول بسته هستند که خواص ارتجاعی و ضربه پذیری بی نظیری را ایجاد می کنند و آن را برای مدت زمان طولانی حفظ می کنند. فناوری میکرواسفر بر خلاف دیگر روش های ایجاد فوم، بسیار کنترل شده است و حتی در پلیمرهای با استحکام مذاب کم نیز می تواند فوم های یکنواخت با ساختار سلول بسته را ایجاد کند.

دستیابی به فوم های پلیمری با ساختار سلول بسته به کمک میکرواسفرها

یکی دیگر از مزیت های میکرواسفرها، امکان تبدیل آن ها به مستربچ های پلیمری است. این ویژگی باعث می شود افزودن این عوامل به پلیمر بدون آلودگی محیطی، با پخش یکنواخت تر و با حداکثر دقت در خوراک دهی انجام شود. معمولا میکرواسفرها به کمک پلیمرهایی مانند EVA و PE مستربچ می شوند. انواع پلیمرها از جمله PE, PP, PVC, PET, TPU, TPE, TPV, PA, PC, PBT، همچنین رزین هایی مانند اپوکسی و فنولیک و نهایتا رابرهایی چون EPDM, NR, SBR می توانند به کمک میکرواسفرها به فوم هایی با ساختار سلول بسته، با سطحی کاملا نرم و یکنواخت تبدیل شوند.

دستیابی به فوم های پلیمری با ساختار سلول بسته به کمک میکرواسفرها

علاوه بر مزایای ذکر شده، میکرواسفرها در مقایسه با عوامل فوم زای عادی، درصد استفاده کمتری نیز دارند. در حین انتخاب مستربچ میکرواسفر بایستی به درصد میکرواسفر موجود در مستربچ، نوع پایه مستربچ، دمای آغاز انبساط میکرواسفر و همچنین حداکثر دمای شکل دهی آن و در نهایت به چگالی میکرواسفر پس از انبساط دقت کرد. امروزه میکرواسفرها در تولید کامپوزیت های چوب – پلاستیک، کاغذ دیواری های سه بعدی، ضربه گیرها، چسب و درزگیرها، روکش های کابل، چرم مصنوعی و زیره کفش کاربرد پیدا کرده اند.

راهکارهایی برای افزایش مقاومت در برابر ضربه پلی آمید

راهکارهایی برای افزایش مقاومت در برابر ضربه پلی آمید

بخش قبلی این نوشتار که لینک آن در زیر دیده می شود، مزایای پلی آمیدها را برشمرد. اما گاهی باید از زاویه ای دیگر، به نقاط منفی پلیمرهای مهندسی نیز نگاهی انداخت. این مقاله مهمترین ایراد وارد بر خانواده پلی آمیدها، یعنی مقاومت به ضربه کم آن ها در مقایسه با دیگر خواص را بررسی خواهد کرد.

پلی آمید – لازمه خودرو های مهندسی و با دوام

از آنجاییکه پلی آمید در گروه پلاستیک های مهندسی قرار می گیرد و تمامی گریدهای آن در تولید قطعات حساس بخش های مختلف صنعتی به مصرف می رسند، مقاومت به ضربه یکی از مهمترین خواص مورد انتظار از پلی آمیدها است. پلی آمید با توجه به ریزساختار کریستالین و همچنین نوع بافت کریستالی خود، در برابر ضربه عملکرد ضعیفی از خود نشان می دهد. وضعیت وقتی نگران کننده تر می شود که بدانیم پلی آمید در گروه پلاستیک های حساس به شکاف (Notched) نیز قرار دارند و چنانچه در زمان تولید یا کاربری شکافی در قطعه ایجاد شود، مقاومت به ضربه آن حتی تا ده برابر نسبت به نمونه بدون شکاف کمتر می شود. اما خوشبختانه در سال های اخیر بر اساس الزامات کاربری، گریدهای پلی آمید مختلفی با مقاومت های ضربه متنوع توسعه داده شده اند و توانسته اند به خوبی از پس معیارهای مهندسی برآیند.

پر بازده ترین روشی که تاکنون برای افزایش مقاومت به ضربه پلی آمید تجاری سازی شده است، آلیاژ کردن آن با الاستومرها است. در واقع الاستومرها با داشتن زنجیره های منعطف در صورتیکه به پلی آمیدها اضافه شوند، مکانیزم هایی را ایجاد می کنند که به کمک آن ها انرژی وارد شده به قطعه در اثر ضربه، می تواند جذب شود و از ایجاد و رشد ترک که مقدمه شکست قطعه است، جلوگیری کنند. آلیاژهای پلی آمید/ الاستومر در گروه آلیاژهای ناسازگار قرار می گیرند و بخش الاستومری به صورت قطراتی در ماتریس پلی آمید قرار می گیرد. پس باید دقت داشت الاستومرهایی که توانایی افزایش مقاومت به ضربه پلی آمید را دارند، از نظر شیمیایی با آن سازگار نیستند و اولین چالش ایجاد سازگاری شیمیایی بین الاستومر و پلی آمید است. دومین چالش انتخاب الاستومر مناسب، و آخرین مورد، تولید آلیاژ به کمک دستگاه های اختلاط پر بازده، به منظور دست یابی به پخش و توزیع یکنواخت که لازمه ایجاد مقاومت به ضربه بالا در پلی آمید است، می باشد.

راهکارهایی برای افزایش مقاومت در برابر ضربه پلی آمید

از جمله مهمترین الاستومرهایی که تا کنون به عنوان بهبود دهنده ضربه در ماتریس پلی آمید قرار گرفته اند، می توان به EPDM، SEBS و نسل جدید الاستومرها، موسوم به POE (Polyolefin Elastomer)، اشاره کرد. اما همانطور که در بالا اشاره شد، هر سه کاندید الاستومری معرفی شده از نظر شیمیایی در گروه پلیمرهای غیر قطبی قرار می گیرند. حال آنکه پلی آمید پلیمری قطبی است و اضافه کردن یک الاستومر غیر قطبی نه تنها منجر به بهبود وضعیت مقاومت به ضربه نمی شود، بلکه خواص مکانیکی پلی آمید را تضعیف نیز می کند. در چنین وضعیتی از سازگارکننده های پلیمری که حاوی گروه های قطبی و غیر قطبی سازگار با هر دو پلیمر هستند، استفاده می شود. سازگارکننده های مناسب برای آلیاژ پلی آمید/ الاستومر، EPDM و SEBS های قطبی شده با مالئیکه (EPDM-g-MA, SEBS-g-MA) هستند.

راهکارهایی برای افزایش مقاومت در برابر ضربه پلی آمید

اگر تا به اینجای کار را بخواهیم جمع بندی کنیم، باید بگوییم ترکیب سه تایی زیر می تواند یک راهکار مهندسی به منظور بر طرف کردن مقاومت به ضربه کم پلی آمیدها باشد:

PA/ EPDM, SEBS, POE/ EPDM-g-MA, SEBS-g-MA, POE-g-MA

در بخش بعدی در ارتباط با این راهکار مهندسی بیشتر صحبت خواهیم کرد.

پوشش سوسیس و کالباس

فیلم های چند لایه پلیمری، راه حلی جامع برای بسته بندی سوسیس و کالباس

بدون شک پلیمرها در قرن بیستم و بیست و یکم توانستند بزرگترین و اثربخش ترین تغییرات را در بسته بندی کالاهای مختلف ایجاد کنند. در حقیقت پلیمرها درجه آزادی بالایی را پیش روی طراحان فنی و همچنین طراحی فیزیکی و زیبایی بصری بسته بندی ها قرار داده اند. بسته بندی مواد غذایی نیز تحت تاثیر حضور پلیمرها شکل و شمایل جدیدی به خود گرفته است و علاوه بر افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی، جلوه های بصری فوق العاده ای را نیز تجربه می کند. یکی از مهمترین گروه های مواد غذایی، که پلیمرها به خوبی توانسته اند از پس الزامات بسته بندی آن ها برآیند، خانواده سوسیس و کالباس است که با کلیات بسته بندی آن ها در بخش قبلی آشنا شدیم و شما می توانید با مراجعه به لینک زیر این مقدمه را مطالعه و با ادامه بحث در خصوص معرفی فیلم های پلیمری چند لایه مورد استفاده در پوشش های سوسیس و کالباس همراه باشید.

پوشش های مصنوعی سوسیس و کالباس

فیلم ها یا پوشش های پلیمری که به منظور بسته بندی سوسیس و کالباس یا همان پوشش های مصنوعی سوسیس و کالباس، به کار می روند به صورت تک و چند لایه مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین فیلم هایی که در پوشش های تک لایه سوسیس و کالباس استفاده می شود، فیلم های پلی اتیلنی و انواع فیلم های پلی آمیدی، شامل PA6, PA6.66, PA11, PA12 هستند. با مراجعه به دو بخش زیر می توانید به اطلاعات کامل تری را در ارتباط با پلی آمیدهای مورد مصرف در صنعت بسته بندی دست پیدا کنید:

کاربرد پلی آمیدها در صنایع بسته بندی و تحول این صنعت

گرید های کاربردی پلی آمید در صنعت بسته بندی

پوشش سوسیس و کالباس

پوشش های تک لایه جایگاه ویژه ای در بین پوشش های سوسیس و کالباس ندارند. معمولا پلی اتیلن های تک لایه برای نگهداری این محصولات در شرایط فریز شده به کار می روند و ضخامت بالایی نیز ( حدود 100 تا 200 میکرون) دارند. پلی آمیدهای تک لایه نیز از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند و همچنین فرایند تولید سختی دارند. گروه پر مصرف پوشش های سوسیس و کالباس خانواده پوشش های چند لایه هستند.

پوشش های چند لایه با ضخامت حدودی 30 تا 60 میکرون تولید می شوند و عموما پنج لایه هستند. هر چند انواع هفت، نه، یازده و پونزده لایه نیز امروزه تجاری شده اند. مهمترین پلیمرهایی که در لایه های مختلف این پوشش ها به کار می روند، عبارتند از:

  • پلی اتیلن
  • پلی پروپیلن
  • پلی آمیدها، شامل
    • PA6
    • 66
    • Amorphous PA
  • اتیلن وینیل الکل (EVOH)، برای آشنایی بیشتر با EVOH به لینک زیر مراجعه کنید:

اتیلن وینیل الکل ( EVOH )، نفوذ ناپذیر در برابر اکسیژن

  • پلی وینیل دین کلراید (PVDC)
  • آیونومرها (Ionomer)

هدف اصلی از تولید این پوشش ها به صورت چند لایه، دست یابی به خواص هم افزای این لایه ها است. در بخش قبلی به خوبی با الزامات پوشش های سوسیس و کالباس آشنا شدیم و باید گفت ساختارهای چند لایه برآورده کننده این الزامات هستند. برای مثال یک ساختار معمولی پنج لایه می تواند مطابق تصویر زیر باشد:

فیلم چند لایه

منظور از Tie Resin نیز چسب های بین لایه ای مورد مصرف در صنعت بسته بندی است که در بخش های قبلی معرفی شدند.

چسب بین لایه ای در صنعت بسته بندی ( Tielayer Adhesive )

چسب های بین لایه ای ، Tie Layer Adhesive ، جزء لاینفک بسته بندی های چند لایه

در بخش بعدی با روش تولید پوشش های چند لایه سوسیس و کالباس بیشتر آشنا خواهیم شد و سایر اجزای موجود در این پوشش ها را معرفی خواهیم کرد.

چسب قابل اسپری

چسباندن آسان قطعات مختلف به کمک فناوری چسب های قابل اسپری – بخش اول

ما در پلیمر پیشرفته دانا، همه کالاها را از نگاه مواد اولیه و به خصوص پلیمرهای به کار رفته در آن ها بررسی می کنیم، فرمولاسیون اسپری چسب ها را در نوشتار پیشین بررسی کردیم و در این بخش ادامه فرمولاسیون را معرفی خواهیم کرد و خواص فنی این چسب ها را مورد واکاوی قرار خواهیم داد. شما میتوانید نوشتار پیشین را نیز مطالعه فرمایید.

چسب بین لایه ای در صنعت بسته بندی ( Tielayer Adhesive )

چسب قابل اسپری

حلال ها و رزین های تکیفایر به کار رفته و حدود درصد مصرف آن ها در بخش قبلی ارائه شد، سایر اجزای فرمولاسیون این چسب ها مطابق زیر است:

  • پلیمرهای پایه استایرن (Thermoplastic Styrene – TPS):

گروه مهمی از پلیمرهای پایه استایرن، کوپلیمرهای آن هستند. در کاربری اسپری چسب ها، حضور کوپلیمرهای استایرنی بهبود استحکام چسبندگی و مکانیکی، و افزایش مقاومت حرارتی را به دنبال دارد. امروزه طیف گسترده ای از کوپلیمرهای استایرنی یا همان TPS ها توسعه داده شده اند. مهمترین اعضای خانواده TPS ها عبارتند از:

  • SBR (Styrene Butadiene Rubber)
  • SBS (Styrene Butadiene Styrene)
  • SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene)
  • SIS (Styrene Isoprene Styrene)

هر چند امروزه گونه های جدیدتری از TPS ها، مانند SEPS (Styrene Ethylene Propylene) نیز تجاری سازی شده اند، اما 4 گروه معرفی شده در بالا پرکاربردترین اعضای گروه TPS هستند.

حدود 20 تا 25 درصد فرمول یک اسپری چسب را گریدهای مختلف TPS تشکیل می دهند. SBR و SBS دو گرید پر مصرف در اسپری چسب ها هستند. در مقام های بعدی SIS و SEBS در رده TPS های پر مصرف قرار می گیرند. در حین انتخاب گرید TPS مناسب برای کاربری اسپری چسب، بایستی به درصد استایرن، وزن مولکولی و ساختار زنجیره های گرید مورد نظر دقت شود. معمولا گریدهای مناسب حاوی 20 تا 40 درصد استایرن هستند و ساختارهای خطی دارند.

حضور TPS ها در فرمولاسیون اسپری چسب، علاوه بر نکات ذکر شده در بالا، مزایای زیر را نیز به همراه دارد:

  • انحلال پذیری فوق العاده در حلال های مورد استفاده در اسپری چسب ها و عدم نیاز به تجهیزات خاص و پیشرفته
  • سرعت بالای اختلاط با سایر اجزا و بهبود سرعت تولید چسب
  • اختلاط یکنواخت و عدم جدایی فاز و زمان ماندگاری بالا
  • افزایش بسیار ناچیز ویسکوزیته در اثر افزایش

شرکت های حرفه ای تولید کننده اسپری چسب ها از ترکیب چند گرید TPS به منظور بهره مند شدن از خواص هم افزای گریدهای مختلف استفاده می کنند.

  • افزودنی های خاص

آخرین بخش فرمولاسیون اسپری چسب ها، بخش افزودنی های خاص فرمولاسیون است. این بخش بر اساس الزامات کاربری نهایی مشخص می شود. برای مثال آنتی اکسیدانت ها به منظور افزایش مقاومت حرارتی چسب تولیدی به فرمولاسیون اضافه می شوند. این بخش سهم کوچکی از فرمولاسیون، در حدود 0 تا 5 درصد، را تشکیل می دهد.

پس از تولید یک اسپری چسب مهمترین خواصی که توسط واحد کنترل کیفیت شرکت تولید کننده یا مصرف کننده مورد بررسی قرار می گیرد، عبارتند از:

  • محتوای جامد چسب، این مقدار در حدود 80 درصد است.
  • ویسکوزیته چسب، یک اسپری چسب مناسب در دمای اتاق ویسکوزیته ای در حدود 400 cps دارد.
  • استحکام چسبندگی، این پارامتر که با نام T-peel نیز شناخته شده است، نشان دهنده قدرت چسبندگی چسب است و در حدود 4-6 lb.in است.
بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها – بخش دوم

با توجه به وجود طیف گسترده ای از افزودنی های روان کننده یا همان لوبریکنت، برای شکل دهی محصولات مختلف بر پایه PVC، تصمیم گرفتیم در سلسله مقالاتی با این افزودنی ها و خانواده های مختلف آن ها بیشتر آشنا شویم. به همین منظور بخش اول این مقاله که لینک آن در ادامه قرار داده شده است، عملکرد و انواع روان کننده های PVC را توضیح داد و در این قسمت با مکانیسم عملکرد این افزودنی ها آشنا خواهیم شد. به همین ترتیب در بخش های بعدی به صورت اختصاصی در مورد هریک از خانواده های روان کننده ها توضیح داده خواهد شد.

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

اگر بخواهیم مکانیسم عملکرد روان کننده ها را توضیح دهیم، ابتدا باید اشاره کنیم که PVC یک پلیمر قطبی است. برای مثال پلیمرهایی چون PE و PP غیر قطبی هستند. قطبی بودن یک پلیمر به معنای تمایل آن به اختلاط با اجزای قطبی و بالعکس است. بنابراین در حین انتخاب روان کننده مناسب بایستی به میزان قطبیت آن دقت شود. از طرف دیگر باید به خاطر داشته باشیم که برخی پلیمرها، مانند PVC، دچار سرخوردگی در دیواره اکسترودر می شوند. این نکته باعث می شود هیچگونه انتقال حرارت و تنشی بین ذرات PVC و ماردون اکسترودر رخ ندهد و عملیات ذوب و اختلاط PVC صورت نگیرد. علاوه بر اینکه انتقال تنش و حرارت بین اکسترودر شکل دهی و ذرات PVC ضعیف است، این انتقال ما بین خود ذرات PVC نیز ضعیف است. برای رفع این ایراد وارد بر PVC و به جهت بهبود فرایند ذوب و اختلاط آن از روان کننده ها استفاده می شود.

روان کننده ها بر اساس مکانیسم عملکرد، مطابق زیر به دو گروه مهم روان کننده های داخلی و خارجی تقسیم می شوند:

  • روان کننده های خارجی(External lubricant) : این گروه از لوبریکنت ها در مرز مذاب PVC و اکسترودر شکل دهی قرار می گیرند و خاصیت چسبندگی ذرات PVC به ماشین شکل دهی را بهبود می دهند. با استفاده از این افزودنی ها به فرایند ژل شدن و ذوب PVC کمک می شود. (مطابق تصویر شماتیک زیر)

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

 

 

 

  • روان کننده های داخلی(Internal lubricant) : این لوبریکنت ها بین ذرات پی وی سی و سایر افزودنی و اجزای موجود در فرمولاسیون قرار می گیرند. حضور این روان کننده ها علاوه بر کمک به فرایند ذوب، موجب پخش بهتر و یکنواخت تر افزودنی ها می شود. (مطابق تصویر شماتیک زیر)

بهبود خواص و شکل دهی راحت تر PVC به کمک روان کننده ها

 

باتوجه به مکانیسم عملکرد معرفی شده و توضیح ارائه شده در ابتدا، می توان گفت روان کننده های خارجی بایستی سازگاری کمی با PVC داشته باشند و به محض قرار گرفتن در اکسترودر شکل دهی به مرز میان PVC و اکسترودر شکل دهی مهاجرت کنند. بنابراین با توجه به ماهیت قطبی PVC، این گروه را بایستی از میان روان کننده های غیر قطبی انتخاب کرد. در مقابل روان کننده های داخلی بایستی با PVC سازگار باشند و حاوی گروه های قطبی باشند.

هر چند روان کننده ها را به دو گروه داخلی و خارجی، بر اساس عملکرد و ماهیت شیمیایی تقسیم بندی می کنند، اما باید در نظر داشت مرز بندی مشخص بین گروه های مختلف کار سختی است و پارامتر هایی مانند قطبیت و سازگاری، نسبی هستند و در شرایط مختلف ممکن است تغییر کنند. اما با وجود چنین محدودیتی همچنان روان کننده ها را در دو گروه داخلی و خارجی قرار می دهند. در بخش های بعدی این مقاله با هریک از گروه ها کاملا آشنا خواهیم شد.

ماسک‌ های پلیمری

اهمیت پلیمر ها در مبارزه جهانی با ویروس کرونا

هر چند در سال های اخیر حجم اتهامات وارد شده به پلیمرها در خصوص آلوده کردن محیط زیست بسیار بالا رفته بود و نگرانی بسیاری در خصوص پسماندهای پلیمری ایجاد شده بود، اما با پیدا شدن ویروس کرونا و تبدیل شدن شیوع آن به یک بحران جهانی، بار دیگر پلیمرها بودند که توانستند به حفظ بهداشت فردی در محیط های خانگی و بیمارستانی و … کمک کنند و شاید قدری سرعت گسترش ویروس کرونا را کاهش دادند. اما نکته مهمتر نقش بی بدیل پلیمرها در محیط های درمانی و کمک به حفظ جان کادر درمان و مبتلایان به این ویروس بود. در این مقاله به راهکارهای پلیمری که این روزها به کمک ما آمده اند نگاهی خواهیم کرد.

تا حدود دو ماه پیش بسیاری از کشورها در حال تدوین و حتی اجرای برنامه های سختگیرانه در خصوص حذف پلیمرها از کالاهای روزمره انسان ها بودند. اتحادیه اروپا به عنوان پرچم دار مبارزه با پسماندهای پلیمری تقریبا در حال حذف پلیمرها از بازار کالاهای یکبار مصرف بود. دستکش و گروهی از ماسک ها از جمله این کالاها بودند. اما به یکباره با ورود کرونا و گسترش سریع آن معادلات برهم خورد و بار دیگر پلیمرها بودند که توانستند راه حل های سریعی را پیش روی ما بگذارند. هر چند در این روزها یک نگرانی به جا نیز وجود دارد و آن هم جمع آوری و ارائه راه حل عملیاتی و بهداشتی در خصوص پسماندهای کالاهای پلیمری است که این روزها استفاده از آن ها به شدت زیاد شده است و ممکن است به ویروس کرونا نیز آلوده باشند.

اما مهمترین محصولات پلیمری که این روزها به حفظ بهداشت و کنترل شیوع ویروس کرونا کمک کرده اند و همچنین در محیط های درمانی مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از:

  • دستکش های پلیمری
  • ماسک و محافظ های صورت
  • لباس های بیمارستانی
  • لوله های دستگاه های تنفس
  • بسته بندی ( به خصوص بطری و تیوب های مورد استفاده در بسته بندی محلول های ضد عفونی و شستشو)

ماسک‌ های پلیمری

دستکش های پلیمری پر مصرف ترین کالای این روزها هستند. در عصر کرونا تقاضا برای دستکش تا ده برابر افزایش پیدا کرده است و این کالا در فروشگاه ها نایاب شده است. همچنین در برخی کشورها سازمان های دولتی به میان آمده اند و نحوه توزیع این کالاها را مدیریت می کنند. این دستکش ها از پلیمرهایی چون لاستیک طبیعی (Natural Rubber)، NBR (Nitrile Butadiene Rubber)، PVC و پلی اتیلن (PE) تولید می شوند. اما ماسک ها عرصه تاخت و تاز پلی پروپیلن (PP) هستند. منسوج های نبافته پلی پروپیلنی امروز کمیاب ترین گروه در میان دیگر کالاهای بهداشتی هستند و از آن ها برای تولید ماسک های مختلف استفاده می شود. هر چند پلی استرها نیز به صورت محدود سابقه استفاده در تولید ماسک دارند. محافظ یا شیلدهای صورت نیز از PET و در انواع مرغوب به کمک PC (پلی کربنات) تولید می شوند. لباس های بیمارستانی این روزها نقش پر رنگ تری در بین دیگر کالاها دارند. کادر درمان به منظور در امان ماندن از ویروس کرونا و رعایت شرایط ایزوله، باید ساعت ها لباس ها و کاورهای بیمارستانی، یا همان گان ها را، که از منسوج های نبافته پلی پروپیلنی و پلی استری تولید می شوند، بر تن داشته باشد. در مواردی نیز این لباس ها از پارچه های پوشش داده شده با پلیمرهایی چون PVC تولید می شوند. با توجه به اینکه کادر درمان برای ساعت های طولانی باید از این لباس ها استفاده کند، وجود قابلیت عبوردهی بخار آب توسط آن ها بسیار مهم است. در نهایت مدارهای تنفسی مورد استفاده در دستگاه های ونتیلاتور از PVC و در برخی موارد از TPE های پزشکی تولید می شوند. این لوله ها نقش حیاتی در جلوگیری از بروز عفونت های ریوی دارند و وجود کوچکترین آلودگی در آن ها می تواند جان هزاران بیمار را تهدید کند.

تیوب های مصارف پزشکی

در پایان باید اشاره کرد این روزها با گسترش خریدهای اینترنتی و نیاز بیشتر به حفظ کالاها در برابر آلودگی ها، تقاضا برای بسته بندی های پلیمری بیشتر شده است. از طرفی بطری و تیوب های پلیمری نیز کاربرد فراوانی در بسته بندی مواد ضد عفونی و شستشوی دست و صورت پیدا کرده اند. پلیمرها یاریگر انسان ها در هر شرایطی هستند، فقط باید از آن ها درست استفاده کنیم.