آلیاژ پلیمری

استفاده از آلیاژ پلیمری در اصلاح خواص پلیمرهای مورد استفاده در تولید فیلم های بسته بندی

صنعت بسته بندی از جمله بخش های مهم و کلیدی است که درصد بالایی از پلیمرهای تولیدی را (حدود 30 درصد کل پلیمرهای تولیدی) به مصرف می رساند. بر خلاف بسیاری از بخش های دیگر صنعت پلیمر که در آن ها آمیزه سازی یا همان کامپاندینگ، روش بسیار رایجی برای اصلاح خواص مختلف پلیمرهای پایه تولید پتروشیمی ها به شمار می آید، صنعت بسته بندی در بیشتر کاربردها از گریدهای خالص تولیدی پتروشیمی ها استفاده می کند و تنها در برخی کاربردها مستربچ های افزودنی به پلیمر پایه اضافه می شوند. با همه توضیحات ارائه شده باید گفت به دلیل اینکه تنظیم خواص مهندسی گریدهای پلیمری به کمک روش کامپاندینگ مهیا است، صنعت بسته بندی نیز هر چند کم از مزایای کامپاندینگ پلیمرها استفاده می کند. این بخش توضیحاتی در خصوص استفاده از روش کامپاندینگ (آلیاژ پلیمری) در اصلاح خواص مختلف گریدهای پلیمری مورد استفاده در صنعت بسته بندی ارائه خواهد داد.

آلیاژ پلیمری

کاهش قیمت و بهبود خواص دو هدف اصلی کامپاند کردن گریدهای مختلف پلیمرها در صنعت بسته بندی است.

مهمترین خواص استفاده از کامپاندینگ در صنعت بسته بندی

از جمله مهمترین خواصی که با استفاده از کامپاند کردن گریدهای مختلف پلیمری در صنعت بسته بندی، امکان بهبود آن ها وجود دارد، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • افزایش خواص مکانیکی همچون استحکام، مقاومت پارگی، کشسانی و …
  • افزایش چسبندگی به سطوح مختلف و دستیابی به خواصی چون آسان باز شو (Easy Open)
  • بهبود خواص سطحی مانند ضریب لغزش
  • کنترل شفافیت

به صورت کلی درصد افزودن گریدهای اصلاح کننده خواص به پلیمر پایه در صنعت بسته بندی، مقدار کمی است و به همین دلیل معمولا در این صنعت از تجهیزات خاص کامپاندینگ، مانند اکسترودرهای دو پیچه (Twin Screw Extruder) استفاده نمی شود و مرحله اختلاط کامپاندینگ در همان ماشین آلات تولید نهاده های بسته بندی، مانند انواع اکسترودر های تولید فیلم، انجام می پذیرد. از جمله مهمترین کامپاندینگ های معمول در صنعت بسته بندی می توان موارد زیر را بر شمرد:

  • اضافه کردن m-LLDPE (Metallocene LLDPE) به LLDPE و LDPE به منظور بهبود خواص مکانیکی LDPE و LLDPE ها
  • اضافه کردن LDPE به m-LLDPE به منظور بهبود فرایند پذیری گریدهای مختلف LLDPE
  • اضافه کردن (EVA (Ethylene Vinyl Acetate به پلی الفین ها به منظور افزایش چقرمگی و ضربه پذیری
  • اضافه کردن (POE (Polyolefin Elastomer به پلی الفین ها به منظور بهبود خواص دوخت پذیری، ضربه پذیری و چقرمگی
  • اضافه کردن (COC (Cyclic Olefin Copolymer به پلی الفین ها به منظور بهبود سفتی و استحکام
  • اضافه کردن پلی آمیدهای آمورف به PA6 به منظور افزایش نرخ تولید
  • اضافه کردن پلی آمیدهای آمورف یا Ionomer ها به EVOH به منظور بهبود خواص ترموفورمینگ

آلیاژ پلیمری

آلیاژ کردن پلیمرهای مختلف با یکدیگر و استفاده از تکنیک کامپاندینگ در بسته بندی های چند لایه، مانند انواع فیلم، بطری و تیوب چندلایه، می تواند تنها برای یکی از لایه ها، بر اساس الزامات استانداردی و کاربری در نظر گرفته شود. همچنین باید در نظر داشت در هر یک از موارد ذکر شده در بالا، به منظور دستیابی به خواص هم افزای هر یک از اجزا و جلوگیری از بروز نقائص در ساختار بسته بندی، بایستی در حین انتخاب گریدهای مختلف برای کامپاندینگ و همچنین شرایط فرایند اختلاط و شکل دهی، حداکثر دقت فنی لازم صورت گیرد و از ابزارهای تحلیلی و مهندسی در انتخاب مواد اولیه و شرایط اختلاط استفاده شود.

 

افزایش ضربه پذیری پلی پروپیلن، چالش و راهکارها

افزایش ضربه پذیری پلی پروپیلن، چالش و راهکارها

پلی پروپیلن یا به اختصار PP ، پس از پلی اتیلن و پی وی سی ، پر مصرف ترین ترموپلاستیک است و در هر سال حدد 8 میلیون تن گریدهای مختلف آن در سراسر دنیا در صنایع بسته بندی، نساجی، خودروسازی و دیگر صنایع به مصرف می رسد. با همین توصیف می توان نتیجه گرفت احتمالا پلی پروپیلن در گروه پلاستیک های معمولی قرار دارد. این نکته کاملا صحیح است و پلی پروپیلن به کمک قیمت معقول، فرایند پذیری راحت و به صرفه کاربرد گسترده ای پیدا کرده است و نکته ای که منجر به کاربرد بیشتر آن در کاربردهای حساس و مهندسی نشده است، مقاومت به ضربه کم آن است. هر چند در این بخش راهکارهای افزایش ضربه پذیری پلی پروپیلن را بررسی خواهیم کرد، اما در همین ابتدا باید بگوییم دلیل این نقطه ضعف پلی پروپیلن، بافت بلورین آن و در واقع ریز ساختار مولکولی آن است.

در طول 30 سال گذشته تلاش های آکادمیک و صنعتی بسیاری برای افزایش ضربه پذیری پلی پروپیلن صورت گرفته است و چندین راهکار تجاری سازی شده است. این راهکارها را می توان در سه گروه اصلی زیر قرار داد:

  • اضافه کردن الاستومر یا رابرهای منعطف

  • اضافه کردن منومرهای دیگر در حین تولید

  • کنترل بافت بلورین به کمک عوامل هسته زا

افزایش ضربه پذیری پلی پروپیلن، چالش و راهکارها

به ترتیب توضیحات فنی، مزایا و معایب را از آخرین مورد شروع میکنیم. کنترل بافت بلورین پلی پروپیلن به کمک عوامل هسته زا (Nucleator)، صورت می گیرد. در این روش تمامی تلاش ها به منظور تغییر بافت بلورین از نوع شکننده به منعطف و ضربه پذیر صورت می گیرد. به همین منظور عوامل شیمیایی موسوم به گاما به پلی پروپیلن اضافه می شوند. باید اشاره کرد از آنجاییکه بلورهای پلی پروپیلن در حین خنک سازی آن تشکیل می شوند، بنابراین کنترل بافت بلورین آن به شدت دشوار، با توجه به شرایط تولید قطعه متفاوت است و همچنین این روش هزینه بالایی دارد. اما در روش دوم در حین پلیمریزاسیون پلی پروپیلن در راکتورهای شیمیایی، منومر دومی به آن اضافه می شود. در مقیاس صنعتی بین 2 تا 10 درصد اتیلن به گریدهای پلی پروپیلن اضافه و گونه های جدیدی از آن موسوم به کوپلیمرهای تصادفی (Random PP) و بلوکی (Block PP) تولید می شود. با این کار نیز ریزساختار مولکولی پلی پروپیلن و همچنین بافت کریستالین آن تغییر می کند و مقاومت به ضربه بالا می رود. هر چند این روش کاملا اقتصادی و امروزه فراگیر است، اما دستیابی به گریدهایی با مقاومت به ضربه های بالا با محدودیت هایی در تولید روبرو است. در این حالت بخش های خروجی راکتورهای تولید با انسداد و گرفتگی روبرو می شوند.

افزایش ضربه پذیری پلی پروپیلن، چالش و راهکارها

افزایش ضربه پذیری پلی پروپیلن، چالش و راهکارها

اما به سراغ روش اول، اضافه کردن رابرها به پلی پروپیلن می رویم. این فناوری محبوب ترین روشی است که برای افزایش مقاومت به ضربه پلی پروپیلن مورد استفاده قرار می گیرد. مهمترین مزیت این روش امکان استفاده از آن در اکسترودرهای کامپاندینگ در مقیاس تولید کم و همچنین دستیابی به گسترده وسیعی از مقاومت های به ضربه است. در این روش الاستومرهای منعطف به پلی پروپیلن اضافه می شوند و با توجه به نوع الاستومر، درصد استفاده از آن و روش اختلاط، مقاومت به ضربه پلی پروپیلن تنظیم می شود. اگر از مکانیسم های مولکولی که در این روش منجر به افزایش مقاومت به ضربه می شود، صرفنظر کنیم، یکی از مهمترین پارامترهای موثر در این روش، نوع الاستومر مورد استفاده است. الاستومرها با پلی پروپیلن ناسازگار هستند و با اضافه شدن آن ها دو بخش مختلف به صورت ماتریس پلی پروپیلن و قطرات الاستومر تشکیل می شود. اندازه این قطرات و فاصله بین آن ها، و نکته مهمتر سازگاری و چسبندگی بین ماتریس و قطره تعیین کننده بازدهی افزایش مقاومت به ضربه است. این وضعیت به الاستومر انتخابی و روش تولید بستگی دارد. از جمله مهمترین الاستومرهایی که برای بهبود مقاومت به ضربه پلی پروپیلن استفاده می شود می توان به EPDM به عنوان قدیمی ترین عضو، کوپلیمرهای الاستومری اتیلنی و پروپیلنیPOE (Polyolefin Elastomer)، SBS و SEBS اشاره کرد.

نرم کننده های PVC، خانواده جذاب افزودنی ها

نرم کننده های PVC ، خانواده جذاب افزودنی ها

تا همین 20 سال پیش که خبری از TPE و TPV های متنوع امروزی نبود، PVC تنها کاندیدای پلیمری بود که امکان تولید آن با سختی های مختلف وجود داشت، مانند لاستیک ها به فرایند پخت نیاز نداشت و پاسخگوی بسیاری از کاربری ها مانند شلنگ های ساده، کفش و دمپایی، چرم مصنوعی، روکش کابل و بود. دلیل محبوبیت PVC در این کاربردها، امتزاج پذیری خوب آن با روغن های نرم کننده موجود بود. در ایران نیز به دلیل تولید PVC توسط پتروشیمی ایران ژاپن سابق یا همان بندر امام فعلی، و همچنین وجود روغن نرم کننده DOP، PVC های نرم جایگاه ویژه ای داشتند و یکی از قدیمی ترین پلیمرهای شناخته شده در ایران هستند. این بخش نرم کننده (Plasticizer) یا همان پلاستی سایزرهای مورد مصرف در تولید PVC های نرم را معرفی و بررسی خواهد کرد.

نرم کننده های PVC، خانواده جذاب افزودنی ها

هر ساله بیش از 8 میلیون تن انواع پلاستی سایزر در سراسر جهان تولید می شود، که از این مقدار 95 درصد آن برای تولید PVC نرم استفاده می شود. DOP (Dioctyl phthalate) هنوز هم بیشترین سهم مصرف را، بالغ بر 87 درصد، بین نرم کننده ها دارد. مهمترین ویژگی های یک نرم کننده خوب مطابق زیر است:

  • قیمت مناسب

  • سازگاری کامل با PVC

  • بی رنگ بودن

  • بو نداشتن

  • عدم فراریت

  • ویسکوزیته مناسب برای فرایند

  • سمی نبودن و تطابق برای کاربری در تماس با انسان و غذا

از نقطه نظر شیمیایی، نرم کننده ها در طبقه ای میان حلال و روان کننده های PVC قرار می گیرند. اثرات اضافه شدن پلاستی سایزرها به PVC در حین فرایند شکل دهی عبارتند از:

  • بهبود جریان پذیری و کاهش اصطکاک میان دستگاه شکل دهی

  • کاهش دمای شکل دهی

  • کاهش ویسکوزیته

  • بهبود پخش فیلر و دیگر افزودنی های موجود در فرمولاسیون

و تاثیراتی که نرم کننده ها در کالای نهایی ایجاد می کنند شامل موارد زیر است:

  • بهبود نرم شدگی و انعطافپذیری ( کاهش مدول و استحکام مکانیکی و از طرفی افزایش ازدیاد طول در پارگی)

  • بهبود ضربه پذیری و چقرمگی

  • بهبود خواص آنتی استاتیک

  • بهبود خواص سطحی و براقیت

نرم کننده های PVC، خانواده جذاب افزودنی ها

بر اساس سختی و دیگر خواص مورد نیاز میزان، مقدار استفاده از پلاستی سایزرها تعیین می شود. این مقدار از حدود 20 phr تا بیش از 100 phr متغیر است. باید در نظر داشت چنانچه پلاستی سایزرها به مقدار کم به PVC اضافه شوند، برای مثال کمتر از 10 phr، ممکن است تاثیر معکوس داشته باشند. در حقیقت در این حالت به دلیل پر شدن فضای خالی موجود بین زنجیره های PVC و عدم نفوذ کامل نرم کننده به درون زنجیره ( به دلیل مقدار مصرف کم)، انعطاف پذیری PVC نسبت به حالت عادی کمتر نیز می شود و قطعه نهایی شکننده می شود. اما با افزایش غلظت و استفاده بیشتر از 10 phr، تاثیرات معرفی شده در بالا در قطعه نهایی ایجاد می شود.

مهمترین گروه شیمیایی نرم کننده ها، خانواده فتالات هستند و سرگروه این خانواده DOP است. اما در بخش بعدی به صورت مفصل تری خانواده های پر مصرف پلاستی سایزرها را معرفی خواهیم کرد و آن ها را در مقام مقایسه با یکدیگر بررسی می کنیم.

تافمر، پلی الفین الاستومر ژاپنی

تافمر ، پلی الفین الاستومر ژاپنی

افزایش ظرفیت واحد تولید پلی الفین الاستومرهای کمپانی معظم و بزرگ میتسویی کمیکال ( Mitsui Chemical Inc )، بهانه ای شد تا در این بخش به صورت مفصل این محصول پر مصرف و با استعداد را معرفی کنیم. Tafmer نام برند پلی الفین الاستومرهای یا همان POE (Polyolefin Elastomer) های شرکت Mitsui است. این خانواده کوپلیمرهای پایه اتیلن، پروپیلن و 1-بوتن با دیگر منومرها از جمله 1- بوتن هستند. به لطف استفاده میتسوئی از کاتالیست های متالوسنی که فناوری تولید آن ها در دست خودش است، ریزساختار این پلیمرها به خوبی کنترل می شود و با کم شدن درصد بلورینگی، ویژگی های خارق العاده ای را ایجاد می کنند که در ادامه به آن ها می پردازیم. Tafmer در نسخه های جدیدش گریدهایی را دارد که حاوی گروه های شیمیایی قطبی هستند و به کمک این ویژگی، کاربردهای جدیدی پیدا کرده اند. یکی از سایت های تولیدی Tafmer کمپانی میتسوئی کمیکال، در کشور سنگاپور قرار دارد که این روزها ظرفیت تولید آن افزایش پیدا کرده است.

تافمر، پلی الفین الاستومر ژاپنی تافمر، پلی الفین الاستومر ژاپنی

Tafmer اولین با در سال 1971 میلادی پای پلی الفین ها را به دنیای الاستومرها باز کرد و متولد شد. درست 26 سال بعد میتسوئی برای اولین بار در دنیا به فناوری تولید کاتالیست های متالوسنی تولید POE ها دست یافت و در سال 2003 سایت دیگر تولید Tafmer در سنگاپور با ظرفیت 200 هزار تن راه اندازی شد.

اما به سراغ کاربردهای Tafmer که برویم باید گفت این پلیمر به دو صورت ماده اولیه و اصلاح کننده دیگر پلیمرها به کار می رود. مهمترین کاربردهای Tafmer در صنایع خودروسازی، بسته بندی، لوازم خانگی، سیم و کابل، قطعات صنعتی و کفش است. Tafmer سری DF و A برای اصلاح PE و EVA به کار می رود و کاملا با آن سازگار هستند. بهبود خواص ضربه پذیری، افزایش استحکام دوخت ضمن کاهش دمای دوخت در بسته بندی ها از جمله مزایای افزودن Tafmer به انواع PE است. هر چند این گریدها با PP نیز سازگار هستند و با اضافه شدن آن ها مقاومت ضربه PP افزایش می یابد. اما میتسوئی به صورت خاص تر Tafmer سری XM را برای اصلاح PP توسعه داده است. این گرید بر پایه پروپیلن است و کاملا با PP سازگار است. از آنجاییکه مهمترین نقطعه ضعف PP مقاومت به ضربه پایین آن است، Tafmer XM گزینه بسیار خوبی برای افزایش ضربه پذیری PP در قطعات خودرو و صنعتی حتی در دماهای منفی است. در سبد Tafmer ها، سری PN نیز وجود دارد که باز هم بر پایه پلی پروپیلن است. اما این بار میتسوئی به شفافیت نیز توجه کرده است و در واقع با اضافه شدن Tafmer PN ضمن افزایش مقاومت به ضربه PP، شفافیت قطعات تولیدی نیز تغییری نخواهد کرد. در واقع باید گفت Tafmer PN شاهکار مهندسی است. از آنجاییکه صنعت بسته بندی برای میتسوئی کمیکال اهمیت بالایی دارد، Tafmer سری BL را خاص این صنعت گسترش داده است. این Tafmer بر پایه 1- بوتن است و با اضافه شدن آن به فیلم های درب پوش های بسته بندی پایه PE و PP، آن ها را به انواع آسان باز شو (Easy Open Lid) تبدیل می کند.

تصویر 2

از ترموپلاستیک های معمولی که بگذریم، Tafmer در دنیایی پلاستیک های مهندسی نیز حرف های بسیاری برای گفتن دارد. PA، پلی استرها و PPS (Polyphenylsulfone) کاربرد گسترده ای در تولید قطعات خودرو و صنعتی دارند. با این حال پاسخگوی ضربه پذیری لازم برای برخی قطعات نیستند و نیاز به اصلاح مقاومت به ضربه آن ها وجود دارد. در لینک زیر به صورت مفصل در مورد راه های افزایش مقاومت به ضربه PA صحبت کرده ایم. (PPD – PA Toughening اردیبهشت) Tafmer سری M در واقع الاستومرهای سازگار با پلیمرهای مهندسی هستند که برای بهبود ضربه پذیری آن ها استفاده می شوند.

دنیای پلاستیک های مقاوم در برابر آتش

دنیای پلاستیک های مقاوم در برابر آتش

همین ابتدای کار باید اعتراف کرد که پلاستیک ها با توجه به ذات هیدروکربنی خود در برابر شعله یا همان آتش، مقاومت ناچیزی دارند. این نکته کاربرد این مواد اولیه با ارزش را در برخی کاربری ها با محدودیت روبرو می سازد. تعداد محدودی از پلیمرها به خودی خود مقاومت مناسبی در برابر شعله دارند، اما در بقیه موارد بایستی به کمک افزودنی های مقاوم کننده در برابر آتش یا همان Flame Retardant ها، قطعات پلاستیکی مقاوم در برابر آتش ایجاد کرد. علاوه بر خطر آتش گیری قطعات پلیمری، سمی بودن فرآورده های حاصل از سوختن آن ها یک نگرانی جدی در برخی از کاربردهای در معرض آتش، مانند قطعات برقی و الکترونیکی، خودرو، ساختمان و است. این بخش در ارتباط با روش های افزایش مقاومت در برابر آتش پلاستیک ها صحبت خواهد کرد.

دنیای پلاستیک های مقاوم در برابر آتش

افزودنی های مقاوم کننده در برابر آتش به دو صورت شیمیایی و فیزیکی به پلیمر پایه اضافه می شوند. در روش شیمیایی عامل ایجاد کننده مقاومت در برابر آتش، توسط واکنش های شیمیایی و در حین تولید پلیمر، به آن اضافه می شود و در روش فیزیکی این عامل از طریق اختلاط مذاب و در مراحل پس از تولید اولیه پلیمر، در فرمولاسیون پلیمر قرار می گیرد. به دلیل سهولت و امکان تولید در مقیاس کوچک، روش فیزیکی محبوب تر و پر کاربردتر است.

سه هدف اصلی از اضافه کردن افزودنی های مقاوم کننده پلاستیک ها در برابر آتش عبارتند از:

  • کاهش سرعت سوختن و تخریب پلیمر و خاموش شدن شعله

  • کاهش دود زایی در حین اشتعال

  • جلوگیری از ریزش بخش های سوخته و داغ

باید دقت داشت افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر شعله در کنار سایر نکاتی که باید در طراحی قطعات مورد توجه قرار بگیرند، کارا هستند. برای مثال باید طراحی هندسی قطعه به نحوی باشد که منجر به انتشار سریع شعله نشود و همچنین امکان استفاده از روش های اطفاء حریق برای قطعه مورد نظر وجود داشته باشد.

دنیای پلاستیک های مقاوم در برابر آتش

افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر شعله به کمک مکانیسم های فیزیکی و شیمیایی منجر به متوقف شدن یا کاهش نرخ سوختن پلاستیک ها می شوند. گرما می تواند منجر به وقوع واکنش های تخریبی، یا پیرولیز، در پلیمر شود. این واکنش می تواند گازهای اشتعالزا تولید کند و با افزایش غلظت آن ها و وجود اکسیژن در محیط، سوختن قطعه پلاستیکی ادامه می یابد. به منظور ایجاد مقاومت در برابر اشتعال باید از تجمع همزمان گازهای اشتعالزا، اکسیژن و حرارت جلوگیری شود و از آنجایی که حرارت و اکسیژن محیط تحت کنترل ما نیستند، بنابراین افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر آتش باید از ایجاد گازهای اشتعالزا جلوگیری کنند. کاهش تولید گازهای اشتعالزا در پلیمر و همچنین ایجاد یک لایه ذغال از طریق تخریب شیمیایی، از جمله مکانیسم های شیمیایی است که این افزودنی ها در برابر اشتعال مقاومت ایجاد می کنند. کاهش تولید گازهای اشتعالزا به کمک جذب کردن ترکیباتی صورت می گیرد که در واکنش های اشتعال شرکت می کنند و همچنین ایجاد یک لایه ذغال می تواند مانع از انتقال بیشتر حرارت و گازهای اشتعالزا شود و در نتیجه از پیشروی شعله جلوگیری کند. اما از جمله مکانیسم های فیزیکی که افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر شعله از آن ها استفاده می کنند، می توان به خنک کردن محیط اشتعال و کاهش درصد پلیمر اشاره کرد. تخریب این افزودنی ها می تواند گرماگیر باشد و در نتیجه این کار واکنش اشتعال کند می شود. از طرف دیگر با قرار گرفتن این افزودنی ها در پلیمر پایه، بخشی از پلیمر پایه که مستعد آتش گرفتن است با یک افزودنی مقاوم در برابر آتش جایگزین می شود و همین نکته می تواند حجم اشتعال را کاهش دهد.

مکانیسم های معرفی شده در بالا منجر به تجاری شدن گروه های مختلفی از افزودنی های مقاوم کننده در برابر آتش شده است که در بخش بعدی با آن ها آشنا خواهیم شد.

تجمع الکتریسیته ساکن در قطعات پلاستیکی

چه راهکارهایی برای جلوگیری از تجمع الکتریسیته ساکن در قطعات پلاستیکی وجود دارد؟

همه ما با پدیده الکتریسیته ساکن و تجمع آن در قطعات مختلف آشنا هستیم و تجربه تخلیه این بار الکتریکی و همچنین مشاهده تجمع گرد و غبار روی سطوحی که دچار این پدیده شده اند را، داریم. ریشه وقوع این مشکل به مقاومت الکتریکی این قطعات بر می گردد. در واقع بر اساس میزان مقاومت الکتریکی، که به ماده اولیه مورد استفاده در تولید قطعات وابسته است، هر یک از قطعات موجود در پیرامون ما در یکی از گروه های زیر قرار می گیرند:

  • رسانای الکتریسیته ( جریان الکتریکی را از خود عبور می دهند.)
  • اتلاف کننده الکتریسیته ( جریان الکتریکی را درون خود مصرف می کنند.)
  • آنتی استاتیک ها ( مانع از تجمع بار الکتریکی در سطح خود می شوند.)
  • عایق های الکتریسیته ( هیچ جریان الکتریکی را از سطح یا توده خود عبور نمی دهند.)

تجمع الکتریسیته ساکن در قطعات پلاستیکی

قطعات پلاستیکی می توانند در هر یک از چهار گروه معرفی شده قرار بگیرند. فقط باید دقت داشت که پلیمرها به خودی خود در گروه عایق های الکتریسیته قرار می گیرند، اما با اضافه کردن افزودنی های مناسب می توان به خواص الکتریکی دیگر گروه ها نیز دست یافت. این نوشتار در خصوص پلاستیک های آنتی استاتیک و افزودنی های مورد استفاده در تولید آن ها صحبت خواهد کرد.

با کشیده شدن قطعات روی یکدیگر تجمع بار الکتریکی ایجاد می شود و با وقوع این پدیده مشکلات زیر در قطعات پلاستیکی رخ می دهد:

  • افزایش تجمع گرد و غبار و آلودگی در سطح قطعه
  • وقوع خطراتی چون جرقه و آتش سوزی در مراحل حمل و نقل
  • وارد شدن آسیب به دیگر قطعات الکترونیکی

با اضافه شدن افزودنی های آنتی استاتیک به پلاستیک ها، مقاومت الکتریکی آن ها کاهش می یابد و بار الکتریکی آن ها تخلیه می شود. آنتی استاتیک ها افزودنی هایی با ساختار ترکیبی قطبی و غیر قطبی، مانند اسیدهای چرب، آمین های اتوکسیله شده، آلکیل فسفات و سولفون ها، هستند. دو روش برای اضافه کردن افزودنی های آنتی استاتیک به پلیمرها وجود دارد:

  • اختلاط افزودنی با پلاستیک در زمان تولید قطعه از طریق اختلاط مذاب
  • تولید پوشش آنتی استاتیک و پوشش دادن آن روی سطح پلاستیک

تجمع الکتریسیته ساکن در قطعات پلاستیکی

در روش اول پس از مدت زمان معینی افزودنی های آنتی استاتیک به سطح قطعه مورد نظر مهاجرت می کنند ( آنتی استاتیک های موقت) و مانع از تجمع الکتریسیته ساکن می شوند. در نوع دیگری از این گروه، به کمک ایجاد ساختارهای شبکه ای در پلیمر و بدون نیاز به مهاجرت افزودنی، خاصیت آنتی استاتیک دائمی در قطعه ایجاد می شود ( آنتی استاتیک های دائمی). بر اساس مدت زمان کاربری قطعه، سرعت مهاجرت افزودنی تعیین می شود و افزودنی های آنتی استاتیک موقت یا دائمی مورد استفاده قرار می گیرند. اما در روش دوم که هزینه تولید بالاتری نیز دارد، به محض اعمال پوشش حاوی افزودنی، خاصیت آنتی استاتیک در قطعه مورد نظر ایجاد می شود. در واقع در این روش افزودنی های آنتی استاتیک در بستر حلالی قرار می گیرند و به کمک روش های معمول پوشش دهی ( مانند پوشش دهی با غلتک، اسپری، غوطه وری و …)، روی سطح پلاستیک اعمال می شوند. این گروه برای کاربری هایی که نیاز به شفافیت دارند، یا افزودنی آنتی استاتیک مناسب برای اختلاط با پلیمر پایه وجود ندارد، مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت دیگر این گروه قابلیت شارژ مجدد آن ها و پوشش دهی مجدد قطعه مورد نظر است.

چسب کابین یک خودرو

چه چسب هایی در کابین یک خودرو استفاده می شود؟

تقریبا تمام بخش های کابین خودروهای امروزی به کمک پلیمرها پوشانده می شود. نقش پلیمرها وقتی پر رنگ تر می شود که بدانیم این مواد مهندسی برای چسباندن قطعات مختلف به کار رفته درون کابین خودروها نیز به کار می روند. چسب های پلیمری دنیایی غریب و در عین حال پیچیده دارند. چرا که کمتر کسی به وجود آن ها دقت می کند و بین قطعات محو می شوند. این مقاله سعی دارد چسب هایی که در کابین یک خودرو، یا همان بخش Interior، به کار می رود را معرفی کند و مهمترین الزاماتی را که باید در حین انتخاب آن ها در نظر داشته باشیم، بیان می کند.

از آنجایی که در صنعت خودروسازی استانداردهای مختلفی وجود دارد، اولین نکته ای که در حین انتخاب چسب لازم برای کابین خودرو بایستی مد نظر قرار گیرد، تطابق داشتن مشخصات چسب با الزامات استانداردی خودروسازان است. در مرحله بعدی باید مشخص شود دمای سرویس دهی چسب چقدر است و نوع نیروهای وارده بر چسب در حین کاربری چیست و به چه میزان است؟ نوع سطح پایه و اصلاحات احتمالی نیز باید مد نظر قرار گیرد. همچنین با توجه به محدودیت های قطعه و سرعت خط تولید باید به زمان در دسترس برای اعمال و خشک شدن چسب دقت شود. در نهایت با توجه به نوع قطعه و چسب باید روش اعمال مناسب آن را انتخاب کرد.

چسب کابین یک خودرو

اما مهمترین قسمت های داخل کابین یک خودرو که از چسب در تولید یا مونتاژ آن ها استفاده می شود، شامل بخش های زیر است:

  • قطعات سیستم تهویه
  • قطعات دکوراتیو داشبورد
  • فوم های ضربه گیر داشبورد و قطعات مربوط به آن
  • موکت های عایق
  • روکش تریم درب و دستگیره ها
  • عایق های رطوبت ( مانند فیلم های پلیمری مورد استفاده در درب های خودرو)

از نقطه نظر فناوری مورد استفاده در تولید، چسب های خودرویی در یکی از خانواده های زیر قرار می گیرند:

  • چسب های گرما ذوب (Hot melt)
  • چسب های مایع
  • درزگیرها

چسب کابین یک خودرو

چسب های گرما ذوب به صورت کاملا جامد هستند و با گرم شدن جریان پیدا می کنند و قابلیت چسباندن قطعات مختلف را دارند. در مقابل چسب های مایع به صورت پایه حلالی و آبی تولید می شوند و با تبخیر حلال، فرایند چسبندگی آن ها کامل می شود. این چسب ها قابلیت اسپری کردن را نیز دارند. یکی از گروه های پر مصرف چسب ها، درزگیرها و سیلنت های خودرویی هستند که به وفور در کابین خودروها به منظور عایق سازی فضا در برابر گردو غبار، آب و صوت، مورد استفاده قرار می گیرند. این گروه به کمک رابر یا همان لاستیک ها تولید می شوند. جدیدترین گروه چسب های مورد استفاده در کابین خودرو، چسب های پیش اعمال شده است. در این گروه در ابتدا چسب به صورت یک فیلم پلیمری، نوار و … تولید می شود و به کمک اعمال حرارت و فعال سازی در محل مورد نظر چسبانده می شود. مزیت اصلی این گروه عدم نیاز به تجهیزات پیچیده اعمال چسب است.

TPEE

TPEE ها ، ترموپلاستیک الاستومرهای مهندسی

با ابداع ترموپلاستیک الاستومرها، مرز میان پلاستیک ها و الاستومرهای پخت شده از بین رفت و دست مهندسان به مواد اولیه ای رسید که بدون نیاز به فرایند پخت دست و پا گیر الاستومرها، خواص آن ها را در قطعات تولیدی ایجاد می کردند. در بخش قبلی با کاربرهای ترموپلاستیک الاستومرها یا همان TPE ها، آشنا شدیم و در این قسمت قصد داریم یک گروه مهندسی آن ها را معرفی کنیم. ترموپلاستیک پلی اتر-استر الاستومرها، TPEE (Thermoplastic Polyether-ester Elastomer) ترکیبی از خواص پلاستیک های مهندسی را همراه با انعطاف رابرها به صورت همزمان ارائه می کنند.

تولید کالاهای متنوع به کمک TPE ها

TPEE که در برخی منابع به آن TPC (Thermoplastic Copolyester) نیز اطلاق می شود، از کوپلیمریزاسیون 1,4 – butanediol، Tetramethylene glycol با dimethylterephthalate (DMT) یا Terephthalic acid (PTA) بدست می آید و دانش فنی بسیار بالایی در تولید آن نهفته است. با تنظیم درصد بخش های نرم و سخت آن می توان سختی محصول نهایی را در بازه 30-82 shore D قرار داد و خواص مکانیکی مختلفی را مطابق با کاربری های گوناگون ایجاد کرد. TPEE در مقایسه با پلاستیک های مهندسی، دمای کاربری یکسانی دارند و در عین حال الاستیسیته و خواص دینامیکی برتری دارند.

حفظ خواص مکانیکی در دماهای بالا و پایین توسط TPEE ها، امکان کاربرد آن ها را در محدوده وسیعی از دماها مهیا کرده است. TPEE ها به راحتی دمای 120 °C را تحمل می کنند و تا دمای -70 °C شکننده نمی شوند و انعطاف خود را حفظ می کنند. مقاومت بینظیر در برابر روغن ویژگی دیگر حائز اهمیت TPEE ها است. TPEE ها به راحتی از پس محیط های شیمیایی همچون اسیدها، بازها و آمین ها بر می آیند، اما ممکن است با فنول ها و هیدروکربن های هیدروژنه شده وارد واکنش شوند. همچنین با افزایش سختی مقاومت TPEE در برابر مواد شیمیایی افزایش می یابد. قطعات تولید شده با TPEE ها مقاومت مثال زدنی در برابر تورم در حلال های آلی، انواع سوخت و گاز دارند. برای مثال یک TPEE با سختی 60 shore D تنها حدود یک سوم NBR عادی در برابر سوخت نفوذ پذیری دارد. اگرچه باید مراقب تماس TPEE با آب باشیم و مجاورت آن با داغ می تواند منجر تخریب ساختار آن شود.

TPEE ها را می توان به راحتی در فرایندهای شکل دهی اکستروژن، بادی و تزریق مورد استفاده قرار داد. هر چند برای هر کاربری بایستی گرید مناسب انتخاب شود.

TPEE

می توان گفت TPEE ها با داشتن مقاومت بی نظیر در برابر خستگی مناسب ترین گزینه برای کاربردهایی هستند که در آن ها قطعه در معرض بارگذاری دینامیکی قرار می گیرد. اما اگر بخواهیم دقیق تر کاربردهای آن ها را بیان کنیم، به تقسیم بندی زیر می رسیم:

  • قطعات خودرو: انواع گردگیر، درب پوش های بدنه، اتصالات مورد استفاده در قطعات با عملکرد بالا مانند کیسه هوا
  • کفش: زیره و پاشنه کفش
  • قطعات و لوازم برقی و الکترونیکی: روکش کابل، کاور آنتن
  • بسته بندی و پوشاک : فیلم های تنفس پذیر بسته بندی و البسه
  • صنایع پزشکی: پوست مصنوعی، سیستم های دارو رسانی
  • دیگر کاربردها: واشرهای با دما و فشار عملیاتی بالا، انواع چرخ دنده، اصلاح خواص ضربه پذیری پلاستیک هایی چون POM و PBT
سوپر ترموپلاستیک های مهندسی

پلاستیک هایی با دمای کاربری بالاتر از 200 °C ، سوپر ترمو پلاستیک های مهندسی

هنوز هم در باور بسیاری از افراد پلاستیک ها گروهی از مواد هستند که بایستی نگران نرم شدن آن ها در دماهای بالا بود، برای مثال بالاتر از 100 °C، ممکن است اجزای سازنده آن ها به سطح مهاجرت کنند و فقط الزامات کاربری های معمولی چون بسته بندی های یکبار مصرف را برآورده می کنند. اما اگر نگاهمان را قدری گسترده تر کنیم و به چشم یک مهندس به پلاستیک ها نگاه کنیم، به خانواده پلاستیک های مهندسی میرسیم که می توانند ساعت ها در دماهای بالاتر از 100 °C سرویس دهی کنند و طیف وسیعی از قطعات خودرو به کمک آن ها تولید می شود. اما این بخش می خواهد به پلاستیک های مهندسی نیز اکتفا نکند و انتظارات خود را فراتر از خواص پلاستیک های مهندسی قرار دهد. باید دید آیا پلاستیک هایی هستند که پا به پای فلزات در دماهای بالا سرویس دهی کنند؟

همین ابتدای بحث لازم است اشاره کنیم تقسیم بندی اصولی و امروزی پلاستیک ها بر مبنای محدوده دمای کاربری آن ها طبق زیر است:

  • پلاستیک های معمولی (Commodity)، مانند PE, PP, PVC,…
  • پلاستیک های مهندسی (Engineering)، مانند PC, POM, PBT, PA,…
  • پلاستیک های با دمای عملکردی بالا (High temperature)، مانند PPS, PSU, PEI, LCP,…
  • پلاستیک های با دمای کاربری بسیار بالا (Extreme temperature)، مانند PAI, PI, PEEK,…

سوپر ترموپلاستیک های مهندسی

این مقاله تصمیم دارد در دو بخش دو گروه آخر را برای شما معرفی کند و نگران غریبه بودن نام های آن ها نباشید.

دو گروه معرفی شده توانایی پایداری تا دمای 150 °C برای طولانی مدت و تا دمای 300 °C را برای زمان های سرویس دهی کوتاه مدت دارند. علاوه بر پایداری دمایی، مقاومت شیمیایی بینظیر، مقاومت در برابر تشعشع، پایداری در برابر شعله، سایش بسیار ناچیز و استحکام و مدول مکانیکی معادل فلزات، از دیگر ویژگی این دو گروه است. اما باید در نظر داشت قیمت این سوپر پلاستیک های مهندسی در برخی موارد تا ده برابر بیشتر از پلاستیک های معمولی است.

سوپر پلاستیک های مهندسی توانایی بهبود یافتن به کمک الیاف و افزودنی های تقویت کننده را نیز دارند. الیاف گرافیت، کربن و شیشه مهمترین تقویت کننده های مورد استفاده در این پلاستیک ها به منظور افزایش مدول و استحکام مکانیکی هستند. اما مزیت اصلی این پلاستیک ها وجود بخش های شیمیایی بسیار مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی در ساختار آن ها است. حلقه های آروماتیکی از جمله مهمترین اجزای تشکیل دهنده این پلاستیک ها هستند. در ادامه پر کاربرد ترین سوپر پلاستیک های مهندسی را نام خواهیم برد.

سوپر ترموپلاستیک های مهندسی

  • پلی بنزیمیدازول – PBI (Polybenzimidazole)
  • پلی ایمید – PI (Polyimide)
  • پلی اتر اتر کتون – PEEK (Polyether Ether Ketone)
  • پلی آمید ایمید – PAI (Polyamide Imide)
  • پلی فنیل سولفون – PPSU (Polyphenylsulfone)
  • کریستال های مایع – LCP (Liquid Crystal Polymer)
  • پلی اتر ایمید – PEI (Polyetherimide)
  • پلی آریلات – PAR (Polyarylate)
  • پلی اتر سولفون – PESU (Polyethersulfone)
  • پلی فتال آمید – PPA (Polyphthalamide)
  • پلی سولفون – PSU (Polysulfone)
  • پلی فنیل سولفون – PPS (Polyphenylene solfone)
  • پلی آمید 12 – PA 12 (Polyamide 12)

سوپر ترموپلاستیک های مهندسی

در بخش بعدی ویژگی های این خانواده از پلاستیک ها را بیشتر معرفی می کنیم و همچنین سعی می کنیم در بخش های اختصاصی هر یک از آن ها را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

افزودنی هایی برای لغزش فیلم های پلی الفینی، مستربچ های اسلیپ

افزودنی هایی برای لغزش فیلم های پلی الفینی ، مستربچ های اسلیپ

فیلم های پلی الفینی از جمله پر مصرف ترین کالاهای پلیمری هستند. بسته بندی بیش از نیمی از کالاها به کمک این فیلم ها انجام می شود. از آنجایی که ضخامت فیلم های پلیمری کم است ( ضخامت فیلم های پلیمری با توجه به کاربرد از چند میکرون تا چند صد میکرون متفاوت است)، به منظور اقتصادی بودن تولید این محصولات، بایستی سرعت تولید آن ها به شدت بالا باشد. در راستای همین نکته، تولید کنندگان ماشین آلات تولید فیلم های پلیمری از جمله نوآورترین گروه ماشین سازان هستند. اما بالا بودن نرخ تولید تجهیزات تولیدی، تنها یک فاکتور تعیین کننده سرعت تولید است. در واقع به دلیل وجود اصطکاک میان فیلم پلیمری و سطوح دستگاه تولید، بخشی از انرژی تولید صرف غلبه بر این اصطکاک می شود و نرخ تولید کاهش می یابد. از طرف در برخی از کاربری ها نیز به فیلم های پلیمری نیاز است که ضریب اصطکاک پایینی داشته باشند و به راحتی روی یکدیگر بلغزند. به جهت غلبه بر این مشکل افزودنی هایی توسعه داده شده اند که با قرارگیری در فرمولاسیون فیلم تولیدی می توانند ضریب اصطکاک فیلم را با دیگر لایه های فیلم و همچنین با سطوح دستگاه تولید کاهش دهند و به افزایش نرخ تولید کمک کنند. نام این گروه مستربچ های اسلیپ (Slip) یا لغزش است و به منظور خوراک دهی راحت تر و دقیق تر به صورت مستربچ به فرمولاسیون فیلم تولیدی اضافه می شوند. در این بخش با این افزودنی ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

افزودنی هایی برای لغزش فیلم های پلی الفینی، مستربچ های اسلیپ

تجهیزات تولید فیلم های پلی الفینی، شامل فیلم های پلی اتیلنی (PE) و پلی پروپیلنی (PP) شامل چندین غلتک برای هدایت فیلم است. از طرف دیگر بسیاری از فیلم ها پس از تولید در فرایندی موسوم به کانورت، به سایر محصولات بسته بندی مانند لفاف های چند لایه تبدیل می شوند و مجددا از طریق غلتک ها و … به محصول نهایی تبدیل می شوند. در تمامی این مراحل لازم است ضریب اصطکاک فیلم با تجهیزات تولید در حداقل ترین مقدار باشد. مستربچ های اسلیپ به دو گروه اصلی مهاجرت کننده و غیر مهاجرت کننده تقسیم می شوند. افزودنی های اسلیپ مهاجرت کننده که رایج تر نیز هستند، با قرار گیری در فرمولاسیون فیلم تولیدی به دلیل ناسازگاری شیمیایی با پلیمر پایه، به سطح محصول مهاجرت می کنند و ضریب اصطکاک سطح را پایین می آورند. نکته بسیار مهم در مورد این گروه از افزودنی ها این است که باید در غلظت های بالا مورد استفاده قرار بگیرند که بتوانند یک لایه کامل را در سطح تشکیل دهند و به دنبال آن ضریب اصطکاک را کاهش دهند. دما، نوع و درصد استفاده از افزودنی و نوع پلیمر پایه تعیین کننده سرعت مهاجرت و عملکرد افزودنی اسلیپ هستند.

افزودنی هایی برای لغزش فیلم های پلی الفینی، مستربچ های اسلیپ

اما گروه غیر مهاجرت کننده که کاربرد بسیار محدودی نیز دارند، پس از تولید فیلم به صورت یک پوشش روی فیلم پایه قرار می گیرند. مهمترین مزیت این گروه عملکرد سریع و کاهش آنی ضریب اصطکاک فیلم و بهبود خواص لغزشی محصول است. هر چند باید توجه داشت قیمت تمام شده این افزودنی ها بالا است و عملیات اعمال آن ها نیز به تجهیزات خاص نیاز دارد. در بخش بعدی با مشخصات بیشتری از افزودنی های اسلیپ آشنا خواهیم شد و ساختارهای شیمیایی آن ها را بررسی خواهیم کرد.