UV Evaluation

کمی سازی پایداری قطعات پلیمری در برابر تابش اشعه فرابنفش (UV)

سخت ترین مرحله طراحی و تولید یک قطعه پلیمری ایستگاه مشخص کردن آزمون کنترل کیفی محصول و تعیین معیارهای مهندسی برای آن است. چرا که اگر این مرحله به خوبی طی شود، بازرسان کنترل کیفی به همراه مهندسین آزمایشگاه می توانند با انجام آزمون ها و مقایسه آن ها با معیارهای کیفی لحاظ شده، پایداری قطعات پلیمری را ارزیابی کنند. اما مهندسین طراح چگونه می توانند از عملکرد قطعه خود در زمان کاربری اطمینان حاصل کنند؟ از آنجاییکه نمی توان یک قطعه را برای تمام مدت زمان کاربری خود تحت آزمون قرار داد، پس چطور می توان با انجام آزمون هایی با زمان کوتاه در مورد عملکرد طولانی مدت قطعه به اطمینان رسید؟ یکی از مهمترین این آزمون ها، پایداری قطعات تولید شده در برابر اشعه فرابنفش است. همانطور که در لینک زیر توضیح داده شد، پلیمرها مستعد تخریب و تضعیف خواص مکانیکی خود در صورت قرارگیری در معرض نور خورشید و به خصوص اشعه فرابنفش آن هستند. به همین منظور از افزودنی های پایدارکننده در برابر اشعه فرابنفش با هدف افزایش پایداری و طول عمر مفید قطعات پلیمری استفاده می شود. در این بخش آزمون هایی معرفی می شوند که به کمک آن ها می توان طول عمر قطعات پلیمری را که در زمان کاربری در معرض نور خورشید قرار می گیرند، تخمین زد.

آزمون های پایداری در برابر اشعه فرابنفش دردو گروه اصلی طبیعی و مصنوعی قرار می گیرند. در روش طبیعی قطعات تولید شده در معرض نور طبیعی خورشید قرار می گیرند و پس از اتمام زمان قرارگیری خواص مهمی چون میزان ازدیاد طول در نقطه شکست، تغییر رنگ، ایجاد ترکچه ها و … دیگر خواص کلیدی آن ها اندازه گیری می شود. این روش به دلیل زمان بر بودن و مدت زمان محدود آزمون، کاربرد زیادی ندارد. اما تمامی تمرکز مهندسین بر روش دوم و در حقیقت پیرسازی مصنوعی (Artificial Aging) است. در پیرسازی مصنوعی قطعه با ابعاد استاندارد درون کابین تست قرار می گیرد. در این کابین میزان تشعشع اشعه فرابنفش به مراتب بیشتر از مقدار آن در طیف نور خورشید است. همچنین در این شرایط پارامترهای موثر دیگر مانند دما و رطوبت نیز کنترل می شود و شرایط آزمون در حالت سختگیرانه تنظیم می شود. در واقع در این آزمون ها می توان با ارزیابی چند روزه یا چند ماهه قطعه در مورد عملکرد چند ساله آن در شرایط واقعی اظهار نظر کرد. منبع نوری این آزمون ها مهمترین پارامتر تاثیر گذار در روند پیر سازی قطعه است. به صورت معمول از لامپ های فلورسنت، جیوه و زنون به عنوان منبع تولید اشعه فرابنفش استفاده می شود. اینکه کدام منبع نوری را انتخاب کنیم به شدت بر نتایج نهایی اثر گذار است.

UV Evaluation

به صورت معمول نوارهای تولید شده مطابق فرمولاسیون قطعه نهایی در معرض تابش اشعه فرابنفش حاصل از لامپ ها قرار می گیرند. پس از اتمام زمان تابش خواص قطعات شامل میزان ازدیاد طول تا پاره شدن قطعه، استحکام مکانیکی، تغییر رنگ و … اندازه گیری می شود و برای مثال چنانچه قطعه حداکثر 50 درصد کاهش در میزان ازدیاد طول داشته باشد، به این معنا است که فرمول مورد نظر توانسته الزامات پایداری در برابر اشعه فرابنفش را برآورده کند. در هر کاربری با توجه به الزامات قطعه بایستی معیار مناسبی برای قضاوت در نظر گرفته شود. حال اگر رابطه ای میان مدت زمان قرار گیری در برابر اشعه فرابنفش در شرایط مصنوعی و طبیعی پیدا شود، می توان مدت زمان نهایی طول عمر قطعه در شرایط طبیعی را تخمین زد. به همین منظور آزمون های استانداردی انجام شده است و برای هر یک از منابع لامپ تولید اشعه فرابنفش چنین رابطه هایی بدست آمده است. برای مثال در مورد لامپ زنون به ازای هر 2000 ساعت پایداری در برابر تابش لامپ، قطعه مورد نظر 1 سال در شرایط طبیعی دوام دارد. هر چند این اعداد و نسبت ها برای مناطق آب و هوایی مختلف متفاوت است و در استانداردهای پایداری هر قطعه بیان می شود.

PVC Pipe

کدام ساختارهای شیمیایی به عنوان روان کننده PVC به کار می روند؟

پس از معرفی لوبریکنت ها یا همان روان کننده PVC و همچنین توضیح لزوم استفاده از آن ها در فرمولاسیون های PVC، در این بخش می خواهیم به دلیل گستردگی ساختارهای شیمیایی این افزودنی ها، آن ها را معرفی کنیم و ویژگی های هر گروه را نام ببریم.

PVC Pipe

الکل های چرب:  این گروه ساختار خطی حاوی 8 تا 22 اتم کربن دارند و به صورت سنتزی یا طبیعی در دسترس هستند. به دلیل فراریت بالا برای کاربری های دمای بالا مناسب نیستند و همچنین دمای وایکات محصول را کاهش می دهند.

کربوکسیلیک اسید: ساختار این گروه شباهت بسیاری به نرم کننده ها دارد و Distearyl phthalate معروفترین ساختار شیمیایی این خانواده است. این گروه برای محصولاتی که حاوی درصد بالایی از پرکننده هستند، کاربرد فراوانی دارد.

اسیدهای چرب: استئاریک اسید و اولئیک اسید معروفترین اعضای این گروه هستند. اسیدهای چرب در منابع طبیعی نیز وجود دارند و به همین دلیل در بسیاری از موارد ترکیبی از ساختارهای مختلف هستند. برخی از ساختارها مانند هیدروکسیل استئاریک اسید برای کاربردهایی که نیاز به شفافیت دارند کاملا مناسب هستند. اسیدهای چرب بازدهی بسیار خوبی بعنوان روان کننده خارجی دارند.

آمید – اسیدهای چرب: EBS (Ethylene Bis Stearamide) معروفترین آمید چربی است که به عنوان روان کننده در PVC به کار می رود. اما امروزه EBS به دلیل تاثیر منفی روی پایداری حرارتی PVC، کاربرد زیادی ندارد و بیشتر همراه با پایدارکننده های حرارتی پایه قلع به کار می رود.

صابون های فلزی: این گروه در نتیجه واکنش اکسیدهای فلزی با اسیدهای چرب بدست می آیند. کاربرد اصلی صابون های فلزی در پایدارسازی حرارتی PVC است، اما برخی از گونه های آن با زنجیره چرب بلند، می توانند به عنوان روان کننده خارجی عمل کنند. منیزیم، روی و کلسیم مهمترین فلزهایی هستند که در تولید صابون های فلزی به کار گرفته می شوند.

استرهای چرب – الکل ها: اگر الکل ها در واکنش Esterification شرکت کنند، ساختارهای استر – الکل، مانند مونو اتیلن گلایکول بدست می آید. با ادامه واکنش و استفاده از عوامل دیگر، ساختارهای پیچیده استری بدست می آیند که عمکرد روان کنندگی خارجی بسیار عالی را به خصوص در فرایند کلندرینگ دارند. در واقع وکس های استری امروزه کاربرد بسیار فراوانی به عنوان روان کننده خارجی/ داخلی دارند.

استرهای چرب – اسیدها: استرها آنقدر بازدهی خوبی در روان کنندگی دارند که ترکیبات آن ها با اسیدها نیز مورد توجه قرار گرفته است. هر چند قیمت این گروه بالا است، اما به دلیل عملکرد بی نظیر مورد نظر هستند. این گروه در سایر پلاستیک ها نیز کاربرد دارند.

روان کننده

وکس های پلی اتیلن: این گروه در حقیقت همان پلی اتیلن ها، تنها با وزن مولکولی کمتر هستند و به عنوان روان کننده خارجی به کار می روند. به دلیل قیمت مناسب حجم مصرف بالایی را این گروه تجربه می کنند. اما در حین انتخاب بایستی به نوع پلی اتیلن پایه وکس و وزن مولکولی آن دقت شود.

وکس های پلی اتیلن اکسیده شده: اگر وکس های پلی اتیلن عادی در دمای بالا و تحت شرایط خاص، در معرض گاز اکسیژن قرار بگیرند، گروه های قطبی در ساختار وکس پلی اتیلن تشکیل می شود. این نکته کاربرد وکس های پلی اتیلن را گسترده تر کرده و آن ها را برای طیف وسعی از کاربرد روان کننده داخلی/ خارجی آماده می کند.

پارافین: پارافین که از منابع طبیعی و سنتزی بدست می آید، رفتاری مشابه با وکس های پلی اتیلنی دارد. اما پارافین معمولا وزن مولکولی، دمای ذوب و ویسکوزیته کمتری دارد. پارافین نیز به عنوان روان کننده خارجی در فرمولاسیون PVC به کار می رود.

در کنار گروه های اصلی معرفی شده در بالا، وکس های پلی پروپیلنی، وکس وینیل استات و پلیمرهای فلوئورینه نیز به عنوان روان کننده PVC سابقه استفاده دارند، اما کمتر تجاری سازی شده اند. دنیای روان کننده ها امروزه کمتر خانواده شیمیایی جدیدی را به خود می بیند و رویکرد اصلی به سمت ترکیب ساختارهای مختلف و بهره مند شدن از خواص هم افزای گروه های مختلف است.

بهبود دهنده ویسکوزیته

اصطلاح بهبود دهنده ویسکوزیته در صنعت روغن موتور به چه معناست؟

اگر به لینک زیر مراجعه کنید، می توانید اطلاعات مقدماتی در خصوص روغن موتورها و لزوم اصلاح ویسکوزیته آن ها مطالعه کنید. اما در این بخش و در ادامه مبحث قبلی، پلیمرهایی را که به منظور بهبود دهنده ویسکوزیته یا گرانروی روغن ها و بهبود آن استفاده می شوند، معرفی خواهیم کرد.

در بخش قبلی لزوم اصلاح ویسکوزیته روغن ها توضیح داده شد. اما در اینجا می خواهیم دلیل کاندید شدن پلیمرها برای این اصلاح را توضیح دهیم. شاید اضافه کردن یک غلظت دهنده ( مانند یک پرکننده معدنی) به روغن بتواند ویسکوزیته روغن را افزایش دهد و از روان شدن روغن در دماهای بالا جلوگیری کند. در واقع خانواده ای از افزودنی های روغن، موسوم به غلظت دهنده ها هستند که باعث افزایش ویسکوزیته روغن و سایر سیالات می شوند. اما این گروه در دماهای پایین نیز ویسکوزیته را افزایش می دهند و در مورد روغن موتور باعث بروز مشکلاتی در عملکرد موتور در فصول سرد سال می شود. در اینجاست که پلیمرها با یکی از نقاط قوت خود وارد صنعت روانکاری می شوند. در حقیقت ساختار زنجیره ای پلیمرها، ویسکوزیته روغن پایه را در دماهای پایین کمتر از مقدار مربوط به آن در دماهای بالا افزایش می دهند. همچنین پلیمرها با وزن مولکولی بالای خود نسبت به روغن پایه، پایداری روغن بهبود یافته را در برابر دما و تنش های مکانیکی درون موتور خودرو افزایش می دهند و این نکته منجر به ثابت بودن ویسکوزیته روغن های اصلاح شده در زمان کاربری می شود.

بهبود دهنده ویسکوزیته

امروزه طیف گسترده ای از پلیمرها برای کاربری اصلاح ویسکوزیته روغن تولید می شوند. از جمله مهمترین پلیمرهای تجاری شده برای این کار می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کوپلیمرهای الفینی:

این گروه از پلیمریزاسیون منومر اتیلن به همراه دیگر منومرها حاصل می شوند. مهمترین عضو این خانواده EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) است. EPDM قیمت مناسبی دارد، اما باید در نظر داشت نسبت اتیلن و پروپیلن برای کاربری اصلاح روغن اهمیت بالایی دارد و در حین انتخاب گرید مناسب باید به آن دقت کرد. گروه دیگر کوپلیمرهای الفینی، موسوم به POE (Polyolefin Elastomer) هستند که در واقع کوپلیمر اتیلن با دیگر منومرهایی چون 1-بوتن و 1- اکتن هستند. در حین انتخاب این خانواده بایستی به بلورینگی آن ها دقت کرد و گریدی را انتخاب کرد که بلورینگی کمتری دارد. کوپلیمرهای الفینی در اصلاح ویسکوزیته روغن موتورهای درون سوز کاربرد دارند.

  • پلی متاکریلات ها:

پلی آلکیل متاکریلات (PAMA)، مهمترین آکریلیکی است که برای اصلاح ویسکوزیته روغن به کار می رود. این پلیمر با ساختار مولکولی خاص و مناسب برای انحلال در روغن، یکی از مهندسی ترین انتخاب های پلیمری است. در واقع PAMA با انحلال خوب در روغن به خوبی می تواند ویسکوزیته روغن را در دمای بالا افزایش دهد و از طرف دیگر حداقل افزایش را در دماهای پایین ایجاد کند. همین نکته منجر به کاربرد گسترده این پلیمر در روغن های چند کاره برای گستره وسیعی از دماها شده است. PAMA در روغن موتور، روغن گیربکس، روغن هیدرولیک و سایر روغن های صنعتی به عنوان اصلاح کننده ویسکوزیته به کار می رود.

در بخش بعدی دو عضو مهم دیگر خانواده پلیمرهای بهبود دهنده ویسکوزیته ویسکوزیته را معرفی خواهیم کرد و مهمترین معیارهای انتخاب آن ها را بررسی می کنیم.

K600F

گرید K600F ، معرفی کمک فرایند اکریلیکی PVC

گرید K600F محصول شرکت Indofill هند است که در خانواده کمک فرایندهای اکریلیکی PVC با وزن مولکولی بسیار بالا قرار می گیرد. وزن مولکولی بسیار بالای گرید K600F منجر به کاربرد گسترده آن در محصولات با ساختار فوم شده است. در حقیقت K600F در کنار مزایای یک کمک فرایند عادی، مانند فیوژن یکنواخت و سریع، افزایش استحکام مذاب و بهبود براقیت سطحی، دستیابی به اندازه یکنواخت سلول های فومی را تسهیل می کند و دانسیته محصول نهایی را کاهش می دهد.

K600F

بیشترین کاربرد گرید K600F در تولید ورق های فوم برد یا همان ورق فومیزه PVC، لوله های حاوی لایه فوم، زیره کفش و کامپوزیت های چوب پلاست حاوی فوم است. K600F به صورت پودر سفید رنگ در بسته بندی های 20 و 25 کیلوگرمی عرضه می شود و بر اساس کاربری مورد نظر، در غلظت های 8-16 phr مورد استفاده قرار می گیرد. وزن مولکولی بسیار بالا در کنار اندازه ذرات ریز یکنواخت، K600F را به انتخاب اول تولید کنندگان ورق های فومیزه تبدیل کرده است.

بسته بندی

روش های ارزیابی استحکام دوخت بسته بندی های پلیمری

در چند بخش مجزا در ارتباط با بسته بندی های چندلایه و مهمترین مزایای آن ها صحبت کردیم. لینک زیر مطالبی را در ارتباط با چسب های بین لایه ای و مواد اولیه مورد مصرف در تولید بسته بندی های چند لایه در بر دارد.

همچنین در بخش زیر در ارتباط با یکی از مهمترین خواص بسته بندی های چندلایه و در حقیقت استحکام دوخت این بسته بندی ها، و پارامترهای موثر در انتخاب لایه دوخت نکاتی گفته شد. اما در این قسمت روش های ارزیابی لایه دوخت را مرور می کنیم و مواد اولیه مورد استفاده در این لایه ها را معرفی می کنیم.

اگر فرض کنیم بسته بندی چندلایه مطابق با الزامات کالای مورد نظر تولید شده است و هر لایه به درستی انتخاب شده است، ایستگاه آخر دوخت مناسب بسته بندی و مهر و موم کردن کالا است. مهمترین روش هایی که تا کنون برای دوخت بسته بندی ها توسعه داده شده اند، عبارتند از:

  • دوخت حرارتی
  • دوخت فرکانس رادیویی
  • دوخت با فرکانس بالا
  • دوخت اولتراسونیک

دوخت بسته بندی

در بین تمامی انواع، دوخت حرارتی محبوب ترین روشی است که تجاری سازی شده است. از جمله مهمترین پارامترهایی که در دوخت حرارتی بایستی مورد توجه قرار بگیرد، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • استحکام دوخت در حالت گرم
  • استحکام دوخت در حالت سرد
  • دمای آغاز فرایند دوخت
  • سرعت دوخت

بر اساس استحکام دوخت مورد نیاز و همچنین شرایط دوخت، بایستی از مواد اولیه مناسب در لایه دوخت استفاده کرد. مهمترین پلیمرهایی که برای اصلاح خواص دوخت پذیری لایه دوخت مورد استفاده قرار می گیرند، در لیست زیر قرار گرفته اند:

  • کوپلیمرهای بر پایه اتیلن با دیگر کومنومرها مانند بوتن و اکتن (POE)
  • پلی اتیلن های متالوسنی (m-lldpe)
  • کوپلیمرهای قطبی بر پایه اتیلن مانند EVA (Ethylene Vinyl Acetate), EMA (Ethylene Methyl Acrylate), EAA (Ethylene Acrylic Acid), EMAA (Ethylene Methacrylic Acid)
  • کوپلیمرهای پلی پروپیلنی (Co-PP, Ter-PP)
  • پلی اتیلن های حاوی یون ها (Ionomer)

بسته بندی

استحکام دوخت در برخی از کاربردهای بسته بندی، مانند بسته بندی مواد غذایی نیمه آماده (Retort)، بسته بندی غذاهای مایکروفری و … اهمیت بالایی دارد و یک حفره چند میکرونی می تواند سلامت و ارزش غذایی محصولات درون بسته بندی را تهدید کند. به منظور دستیابی به استحکام دوخت مناسب، بایستی لایه دوخت به صورت کامل ذوب شود. به همین دلیل یکی از مهمترین پارامترهای موثر در حین انتخاب پلیمر مورد استفاده در لایه دوخت، خواص حرارتی و دمای ذوب آن است. در کاربری هایی که نیاز به استحکام دوخت در حالت گرم نیز دارند ( مانند Flow Pack های عمودی و افقی)، علاوه بر خواص حرارتی، ویژگی های رئولوژیکی پلیمر مورد استفاده در لایه دوخت نیز اهمیت پیدا می کند. در واقع پلیمر مورد استفاده بایستی است در دمای دوخت استحکام مذاب کافی داشته باشد. جدول زیر دمای دوخت و ذوب برخی پلیمرهای مورد استفاده در بسته بندی ها را نشان می دهد:

مای دوخت و ذوب برخی پلیمرها

اما در آخرین مبحث در حوزه دوخت پذیری بسته بندی های پلیمری به بسته بندی های آسان باز شو می رسیم. در حقیقت در برخی از بسته بندی ها، مانند سالاد و غذاهای نیمه آماده، نوشیدنی و دسرها و …، به بسته بندی هایی نیاز است که درب آن ها به راحتی باز شود. از یک طرف این بسته بندی ها بایستی کاملا مهر و موم باشند و کوچکترین آلودگی و عوامل فساد مواد غذایی از آن ها عبور نکند، و از طرف دیگر باید به کمک نیروی کمی توسط مصرف کننده باز شوند. نام این گروه از بسته بندی ها Easy Open یا آسان باز شو است. در بخش بعدی ویژگی های پلیمرهای مورد استفاده در این سیستم ها را مرور خواهیم کرد.

 

polymer aging

آیا قطعات پلیمری نیز پیر می شوند؟ منظور از Aging قطعات پلیمری چیست؟

قطعات تولید شده از جنس پلیمرهای مختلف در بسیاری از کاربری ها در معرض تابش اشعه فرابنفش موجود در طول موج نور خورشید قرار می گیرند. همانطور که در بخش های قبلی در ارتباط با راهکارهای افزایش مقاومت پلیمرهای مختلف در برابر اشعه فرابنفش صحبت شد، با توجه به پارامترهای مختلفی همچون نوع ترکیب پلیمری مورد استفاده، هندسه قطعه تولیدی، منطقه جغرافیایی و شدت تابش اشعه فرابنفش، هر قطعه مدت زمان معینی می تواند در برابر تابش اشعه فرابنفش مقاومت داشته باشد (aging) و پس از آن نقائص مکانیکی در ساختار آن ایجاد ( برای مثال ترک برداشتن، رنگ پریدگی، شکستن و …) می شود. چنانچه در ارتباط با مبحث پایداری در برابر اشعه UV نیاز به اطلاعات بیشتری دارید به لینک زیر مراجعه و مقالات مربوطه را مطالعه کنید.

اما این بخش بیشتر در ارتباط با روش هایی صحبت خواهد کرد که به کمک آن ها می توان پایداری پلیمرهای مختلف را در برابر اشعه فرابنفش ارزیابی کرد و در برخی موارد طول عمر مفید برای آن ها پیش بینی کرد. برای ورود به این بحث لازم است در ابتدا با مفهوم پیرشدگی قطعات پلیمری یا Aging آن ها آشنا شویم. منظور از Aging کاهش خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی قطعات پلیمری با سپری شدن طول عمر کاربری آن ها است. اما عواملی که منجر به Aging این قطعات می شود عبارتند از:

  • تابش نور خورشید ( به ویژه اشعه UV)
  • دمای کاربری
  • رطوبت
  • اکسیژن

پیر شدن پلیمر

در بین چهار عامل ذکر شده در بالا، تابش نور خورشید و به خصوص اشعه UV با داشتن طول موج بسیار کم و به دنبال آن انرژی بسیار زیاد و البته کافی برای تخریب ساختار شیمیایی زنجیره پلیمر، به عنوان مهمترین عامل Aging قطعات پلیمری شناخته می شود. در حقیقت سه عامل بعدی تسریع کننده تخریب ساختار پلیمر هستند. برای مثال اشعه UV با در اختیار داشتن انرژی کافی برای ایجاد نقص ساختاری در پلیمر، این نقص را ایجاد، و به دنبال آن دمای کاربری بالا و همچنین حضور ترکیباتی چون اکسیژن و رطوبت باعث تسریع در واکنش های تخریبی ساختار پلیمر می شود. برای مثال نوسان های دمایی با ایجاد انبساط و انقباض منجر به اعمال تنش های مکانیکی به قطعه می شود. یا رطوبت با نفوذ خود به قطعه پلیمری و سپس تبخیر رطوبت منجر به ایجاد تنش های باقیمانده در قطعه پلیمری می شود و اعمال این تنش ها همزمان با تابش اشعه فرابنفش و ایجاد نقائص ساختاری منجر به شکست کامل قطعه و خارج شدن آن از سرویس دهی می شود. در صورتیکه نتوان طول عمر سرویس دهی قطعه مورد نظر را در چنین شرایط کاربری پیش بینی کرد، در صورت ایجاد نقص در قطعه خسارات جبران ناپذیری به سیستم مورد نظر که قطعه پلیمری بخشی از آن است، وارد خواهد شد. برای مثال ارزیابی اثرات ناشی از فرایند Aging در قطعات صنعتی مانند پمپ و سیستم های هیدرولیکی، قطعات خودرو، بسته بندی ها، فیلم های پوشش دهی گلخانه ها و بسیاری از کاربردهای دیگر حائز اهمیت است. به همین منظور روش های استانداردی برای ارزیابی مقاومت پلیمرها در برابر عوامل Aging، از جمله اشعه UV به عنوان مهمترین عامل، تدوین شده اند که در بخش بعدی این مقاله با آن ها آشنا خواهیم شد. اگاهی از این روش های برای مهندسی طراح قطعات بسیار کاربری و مهم است.

polymer aging

روغن موتور

بهبود کیفیت روغن موتور به کمک پلیمرها

یکی از پدیده های انقلاب صنعتی موتورهای درون سوز است. امروزه این موتورها به صورت گسترده در وسایل نقلیه، و همچنین کاربردهای کشاورزی – صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. دمای کاربری بالا ( معمولا بین 70 تا 100 درجه سانتیگراد) و تعداد زیاد قطعات فلزی متحرک دو شاخصه اصلی این موتورها است. به منظور جلوگیری از آسیب دیدن این موتورها به دلیل وجود دو شاخصه ذکر شده از روغن موتور به عنوان روانکار در این موتورها استفاده می شود. در حقیقت حجم خالی این موتورها با روغن های مناسب پر می شود و این روغن نقش اساسی در خنک کاری و کاهش اصطکاک بین اجزای متحرک دارد.

روغن موتور

اما اگر بخواهیم بررسی های تخصصی روغن موتور را به اهل آن واگذار کنیم و باز هم در مورد پلیمرها بگوییم، باید از اشتراک ساختاری پلیمرها و روغن ها صحبت کنیم و ارزش افزوده این مشابهت را شرح دهیم.

روغن موتورها می توانند از برش های تقطیر شده نفت خام تولید شوند یا از گازهای فرآوری شده به صورت سنتزی تولید شوند و در حقیقت به کمک فرایند پلیمریزاسیون ایجاد شوند. گروه اول را روغن ها مینرال (معدنی) و گروه دوم را روغن های سنتتیک نام گذاری کرده اند و مخلوط این دو روغن نیز امروزه تجاری شده است. از طرف دیگر پلیمرها نیز با پلیمریزاسیون منومرهای مختلف که در برخی موارد از پالایش گاز بدست می آیند، تولید می شوند. در حقیقت می توان به عنوان نتیجه گیری اعلام کرد می توان پلیمرهایی را انتخاب کرد که از نظر ساختاری مشابه روغن های مینرال و به خصوص روغن های سنتتیک هستند. اما این شباهت چه کمکی می تواند کند؟

می توان گفت حدود 80-90% ترکیب یک روغن موتور را پایه روغنی آن ( که می تواند از منابع نفتی حاصل شود یا به صورت سنتزی تولید شود)، و 10-20% باقیمانده را افزودنی ها تشکیل می دهند. سبد افزودنی های مورد استفاده حدود 50% قیمت هر لیتر روغن را تشکیل می دهند و نقش حیاتی در عملکرد روغن دارند. گروه مهمی از افزودنی های مورد استفاده در فرمولاسیون روغن موتورها خانواده ای از پلیمرها هستند. در حقیقت به دلیل مشابهت ساختاری موجود میان برخی پلیمرها و روغن موتورها، از پلیمرها به عنوان بهبود دهنده ویسکوزیته روغن(Polymer Viscosity Modifier (VM))  استفاده می شود. روغن ها باید شاخص ویسکوزیته ( معادل فارسی ویسکوزیته گرانروی است و شاخص ویسکوزیته به اختصار VI (Viscosity Index) است.) بهینه شده ای داشته باشند. برای مثال در دمای پایین روغن باید به اندازه کافی روان باشد و شرایط را برای استارت زدن و روشن شدن ماشین مهیا کند و از طرف دیگر در دماهای بالای کاری موتور نیز به اندازه کافی باید ویسکوز باشد تا بتواند عملیات روانکاری را به خوبی انجام دهد. می توان گفت روغن ها با ساختار عادی خود نمی توانند محدوده مناسبی از ویسکوزیته را ایجاد کنند. پلیمرها با داشتن جرم مولکولی بالاتر از روغن ها می توانند با اضافه شدن درصد کمی به پایه روغن اولیه محدوده ویسکوزیته ترکیب نهایی را در حالت بهینه قرار دهند. اولین بار انجمن نفت آمریکا (API) محدوده های مجاز ویسکوزیته را برای روغن های مختلف تدوین کرد و در ادامه مهندسین طراح فرمولاسیون روغن ها برای دستیابی به محدوده های مجاز ویسکوزیته پلیمرهای مختلف را به فرمولاسیون روغن اضافه کردند. در بخش های بعدی این مقاله با پلیمرهای مورد استفاده در این کاربری بیشتر آشنا خواهیم شد.

کوپلیمرهای استایرنی

تلفیق شفافیت، ضربه پذیری و سفتی در فیلم های بسته بندی به کمک کوپلیمرهای استایرن (SBC)

استایرن یکی از قدیمی ترین منومرهایی است که در تولید پلیمرهای مختلفی مانند پلی استایرن (PS) و الاستومر استایرن بوتادی ان  (Styrene Butadiene Rubber – SBR)استفاده شده است. امروزه تولید به صرفه و سازگاری منومر استایرن با دیگر منومرها، مانند، بوتادی ان، ایزوپرن، اتیلن و … سبب توسعه طیف گسترده ای از پلیمرها، مانند HiPS (High Impact Poly Styrene)، SBS (Styrene Butadiene Styrene)، SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene)، SIS (Styrene Isoprene Styrene) و … شده است. این بخش در ارتباط با نوع خاصی از کوپلیمرهای استایرن و بوتادی ان صحبت خواهد کرد که به کمک خواص ویژه خود توانسته اند صنعت بسته بندی را متحول کنند. این خانواده تحت عنوان Styrene Butadiene Copolymer، یا به اختصار SBC شناخته می شوند.

 کوپلیمرهای استایرنی

SBC ها توسط کمپانی کورون-فیلیپس، فعال در حوزه مواد شیمیایی (Chevron Philips)، در ابتدای دهه 70 میلادی توسعه داده شدند. امروزه کمپانی های بزرگی چون Ineos و Basf نیز در تولید SBC ها سهم بازار قابل توجهی دارند.

SBC ها را می توان در هر یک از فرایندهای فیلم دمشی، ریخته گری فیلم، تزریق، ترموفرمینگ و اکستروژن استفاده کرد. همچنین دانسیته بسیار کم در کنار مناسب بودن برای کاربردهای پزشکی و غذایی، منجر به توسعه گسترده این گروه از پلیمرها در صنعت بسته بندی شده است. SBC ها می توانند خواص ضربه پذیری PS را با حفظ شفافیت، بهبود دهند و در تولید کاپ و لیوان ها، سینی و ظروف به کار می روند. SBC ها استعداد تبدیل شدن به فیلم های بسته بندی را نیز دارند. فیلم های تولید شده با استفاده از SBC ها مقاومت مثال زدنی را در برابر سورخ شدن نشان می دهند و دیگر مزایای آن ها به شرح زیر است:

  • چاپ پذیری
  • قابلیت جمع شدن (Shrink)
  • عبور پذیری بالا در برابر بخار آب
  • پایداری حرارتی بالا
  • قابلیت پیچانده شدن در بسته بندی کالاهایی مانند شکلات
  • خاصیت الاستیک و برگشت پذیری

SBC

SBC ها با برخورداری از ویژگی های بالا در بسته بندی مواد غذایی، تولید لیبل و فیلم های شرینک کاربرد گسترده ای دارند. یکی از ویژگی های منحصر بفرد SBC ها مقاومت بالای آن ها در برابر خم شدن های متناوب است. این قابلیت که به Hinge Strength معروف است، در بسته بندی هایی که درب به بدنه متصل است و مدام باز و بسته می شود، بسیار مهم است. شفافیت و استحکام مکانیکی فوق العاده، پای SBC ها را به بخش بسته بندی های صلب نیز باز کرده است. علاوه بر صنعت بسته بندی، SBC ها در تولید قطعات تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی و صنعت خودرو نیز به کار می روند.

در پایان باید اشاره کرد که کوپلیمرهای استایرنی SBC معرفی شده در این بخش از نظر ساختار و ترکیب با گروه ترموپلاستیک های الاستومرهای استایرنی (Thermoplastic Styrene – TPS)، مانند SBS, SIS, SEBS, SEPS متفاوت هستند و فناوری تولید ویژه ای برای هر گروه به کار می رود.

تیتان

انتخاب پیگمنت تیتان مناسب چه تاثیری بر پایداری قطعات UPVC دارد؟

دی اکسید تیتانیوم یا به اختصار تیتان، یکی از اجزای اصلی مورد استفاده در تولید کامپاندهای UPVC است که در کاربری هایی چون پروفیل درب و پنجره، مبلمان شهری و دیگر پروفیل ها به کار می روند. معرفی این پیگمنت های پر کاربرد در لینک زیر صورت گرفته است و این بخش نقش این پیگمنت ها را در صنعت UPVC مورد بررسی قرار می دهد.

تیتان

مهمترین دغدغه تولیدکنندگان پروفیل های UPVC که در محیط های بیرونی و در معرض تابش آفتاب قرار می گیرند، تغییر رنگ و زرد شدن محصول، کاهش براقیت و در نهایت شکننده شدن و تضعیف خواص مکانیکی است. تیتان علاوه بر ایجاد رنگ سفید مسئولیت حفاظت از این محصولات را در برابر تشعشع خورشید دارد. در حقیقت پرتو فرابنفش و همچنین گرمای نور خورشید می توانند منجر به تخریب ساختار مولکولی PVC شوند. دی اکسید تیتانیوم یا همان تیتان می تواند نور خورشید را پخش و از نفوذ آن به PVC جلوگیری کند، پرتو فرابنفش را جذب کند و به پایداری PVC کمک کند. انواع تیتان روتایل به دلیل خاصیت پخش نور بیشتر، نسبت به نوع آناتاس برای این کاربرد مناسب تر هستند. هر چند بایستی مراقب فعالیت های کاتالیستی تیتان با پرتو فرابنفش نیز بود. در واقع تیتان های معمولی می توانند در واکنش های خود کاتالیستی با نور فرابنفش شرکت کنند و منجر به تخریب ساختار PVC شوند. به همین دلیل از انواع خاص و پوشش داده شده تیتان بایستی استفاده کرد. تمامی تولیدکنندگان مطرح تیتان هر دو گرید پوشش داده شده (Non-chalking titan) و گریدهای عادی را عرضه می کنند. معمولا از پوشش سطح تیتان با سیلیکا برای تولید گریدهای مقاوم در برابر پرتو فرابنفش استفاده می شود. از آنجاییکه سیلیکا در اسیدها نامحلول است، می توان با استفاده از تست انحلال پذیری در اسید، میزان مقاومت تیتان در برابر پرتو فرابنفش را ارزیابی کرد. در حقیقت چنانچه انحلال پذیری تیتان در اسید کمتر از 10 درصد وزنی باشد، می توان گفت گرید مورد نظر در برابر پرتو فرابنفش پایدار است و منجر به تخریب PVC نمی شود. همچنین اگر انحلال پذیری در اسید بیش از 30 درصد شود، می توان نتیجه گرفت گرید مورد نظر تیتان برای کاربری هایی که در معرض پرتو فرابنفش است، مناسب نیست.

علاوه بر دقت در انتخاب انواع تیتان پوشش داده شده به منظور جلوگیری از تخریب PVC به دلیل خاصیت فوتوکاتالیستی تیتان، در حین انتخاب گرید مناسب بایستی به نکات زیر توجه شود:

  • اندازه ذرات و توزیع آن ها
  • اندازه مش ذرات
  • رنگ
  • وجود آلودگی ها و ناخالصی ها
  • دانسیته
  • عدد روغن (DOP or oil number)

همچنین می توان آزمون های پایداری در برابر نور خورشید را با توجه به شرایط آب و هوایی که قطعات UPVC به مصرف می رسند، روی قطعات تولید شده با گریدهای مختلف تیتان اجرا کرد و میزان تغییر رنگ یا کاهش در خواص مکانیکی را اندازه گیری و در نهایت گرید مناسب را انتخاب کرد.

تیتان در بخش های مختلف صنعت PVC شامل کاربردهای زیر به مصرف می رسد:

  • پروفیل های درب و پنجره، 3-10 phr
  • ورق ها، 1-5 phr
بسته بندی سوسیس و کالباس

پوشش های چندلایه سوسیس و کالباس از چه پلیمرهایی تشکیل و چگونه تولید می شوند؟

دنیای فیلم های پلیمری بسیار متنوع و در عین حال پیچیده است. همین پیچیدگی سبب شده است یکی از استراتژی های اصلی بازیگران زنجیره تامین این فیلم ها، مانند پتروشیمی ها، تولیدکنندگان افزودنی و سایر اجزای فرمولاسیون، سازندگان ماشین آلات تولید و مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی، توسعه سبد محصولاتشان در این حوزه باشد. برخی از فیلم های پلیمری جنبه عمومی تری دارند و می توان طیف وسیعی از فیلم ها را به کمک یک دستگاه تولید و تنها با تغییر دادن مواد اولیه مورد استفاده و شرایط فرایندی، تولید کرد. با این حال گروه های خاصی نیز در بین فیلم های پلیمری وجود دارند که برای تولید آن ها نیاز به دستگاه خاص و مواد اولیه ویژه است. پوشش های چندلایه سوسیس و کالباس از جمله فیلم های پلیمری خاص هستند که تولید آن ها به کمک خطوط اکستروژن فیلم خاص و منحصر بفرد صورت می گیرد و ارزش این خطوط گاهی تا چند ده برابر یک دستگاه عادی تولید فیلم می رسد. در این بخش فرایند تولید فیلم های چندلایه مورد استفاده در پوشش دهی سوسیس و کالباس (Sausage Casing) را مرور خواهیم کرد. لینک زیر بخش قبلی این مقاله را در خصوص پلیمرهای مورد استفاده در این پوشش ها، در بر دارد.

هر یک از لایه های فیلم های چندلایه، یک پلیمر خاص با رفتار فرایندی متفاوت است. برای شکل دهی و تبدیل این لایه ها به ساختار چندلایه از فرایند اکستروژن هم زمان (Co-Extrusion) استفاده می شود. در حقیقت خطوط تولید پوشش های چندلایه سوسیس و کالباس حاوی 3 تا 7 و در برخی خطوط تا 11 اکسترودر مجزا برای هر لایه است. به منظور دستیابی به فیلم یکنواخت، با کیفیت و عاری از هر گونه نقص، پلیمرهای مورد استفاده بایستی خواص فرایندپذیری ویژه ای ( برای مثال ویسکوزیته) داشته باشند.

بسته بندی سوسیس و کالباس

به منظور کنترل بهتر، تولید این فیلم ها به روش دمش فیلم (Blown Film Extrusion) صورت می گیرد و فیلم به صورت حباب تولید می شود. در مرحله بعد خنکسازی فیلم به صورت کامل انجام می شود ( معمولا به کمک حمام آب سرد) و پس از آن برای کنترل آبرفتگی و خاصیت جمع شدن فیلم (Shrinkage) واحد دوم تولید قرار دارد. در این واحد فیلم تولیدی مجددا حرارت ( دمای 80 تا 90 درجه سانتیگراد) می بیند و برای دومین بار مورد دمش قرار می گیرد و حباب دوم شکل می گیرد. دلیل اصلی این کار ایجاد کشش همزمان در جهت طولی و عرضی فیلم است. در واقع با این کار فیلم چندلایه تولیدی قابلیت جمع شدگی (shrinkage) پیدا می کند و با اعمال حرارت، شکل محصول بسته بندی شده را به خود می گیرد. به دلیل استفاده از دو حباب، نام این فرایند تولید Double Bubble است. امروزه با پیشرفت فناوری تولید از سه حباب نیز برای کنترل خواص مکانیکی و جمع شدگی استفاده می شود. فناوری تولید این ماشین آلات در اختیار تعداد محدودی از سازندگان بنام اکسترودرهای تولید فیلم است.

ماشین آلات بسته بندی سوسیس و کالباس

فیلم های چندلایه تولید شده با روش Double Bubble در مقایسه با انواع عادی استحکام مکانیکی فوق العاده ای دارند و نفوذ پذیری آن ها در برابر اکسیژن کمتر است، هر چند بایستی مراقب مقاومت پارگی آن ها بود. پس از اتمام تولید فیلم، عملیات چاپ و برش فیلم انجام می شود. امروزه گریدهای خاص پلی آمید برای تولید پوشش های چندلایه سوسیس کالباس توسعه داده شده اند. با این حال برای دستیابی به خواص ویژه می توان پلی آمید را همراه با با سایر گریدهای آن به صورت آلیاژ شده استفاده کرد. همچنین افزودنی های خاص، مانند آنتی میکروبیال، مقاوم کننده در برابر اشعه فرابنفش و رنگدانه ها نیز در تولید این پوشش ها استفاده می شوند.