بایگانی‌ها مقالات - صفحه 26 از 31

اجزای TPE شامل کدام مواد است؟

1 آذر 1398/0 دیدگاه /در TPE,TPV, مقالات/توسط علی ابراهیمی

انجمن بین المللی تولید کنندگان رابرهای سنتزی (International Institute of Synthetic Rubber Producer (IISRP))، تعریف زیر را برای TPE ها ارائه کرده است:

“پلیمرها، کامپاند یا آلیاژ آن ها که در دمای ذوب خود رفتار فرایندی مشابه ترموپلاستیک ها دارند و می توان به کمک روش های شکل دهی معمول، انواع قطعات را با آن ها تولید کرد؛ از طرف دیگر در دمای کاربرد رفتار مشابه الاستومرهای پخت شده را بدون اعمال فرایند پخت دارند. این مواد قابلیت ذوب و شکل دهی مجدد دارند و بازیافت پذیر هستند.”

استحکام مکانیکی و مانایی فشار کم قطعات رابری پخت شده توسط اتصالات عرضی شیمیایی آن ها حاصل می شود (این اتصالات تنها با سوزاندن یا اعمال واکنش شیمیایی برگشت پذیر هستند) و در TPE ها توسط فاز سخت که در قسمت قبلی این مقاله توضیح داده شد، ایجاد می گردد. در بخش قبلی TPE های راکتوری و آلیاژی معرفی شدند، در این قسمت اجزای مورد استفاده در تولید TPE های آلیاژی مطرح خواهند شد.

در حالت کلی فرمولاسیون یک TPE شامل اجزای زیر است:

پلیمر ترموپلاستیک سخت ( مانند پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن (PE)، پلی آمید (PA)، PVC، …)
فاز نرم رابری ( مانند POE, EPDM, SEBS, SBS, NBR, …)
نرم کننده (Plasticizer, Oil)
پر کننده (Filler)
رنگدانه (Pigment)
افزودنی ها برای ایجاد خواص ویژه مانند مقاوم در برابر شعله، مقاوم در برابر اشعه UV، آنتی استاتیک، هادی حرارت، هادی الکتریسیته، Laser Mark، …
سازگار کننده (Compatibilizer)
عامل پخت ( تنها در مورد TPV ها استفاده می شود)

تمامی یا بخشی از اجزای نامبرده شده در بالا بر اساس خواص مورد انتظار از محصول نهایی به کمک اکسترودرهای کامپاندینگ ( عموما اکسترودرهای دو پیچه (Twin screw extruder) با نواحی خوراک دهی متفاوت) آلیاژ سازی می شوند.

از جمله مهمترین TPE های بدون پخت می توان به خانواده های زیر اشاره کرد:

PP, PE/ POE, SBS, SEBS, SIS, SIBS, SEEPS
PVC/ NBR

و در مورد TPV ها مهمترین آلیاژهای تجاری سازی شده گروه های زیر هستند:

PP/ EPDM, NBR
PA/ ACM, Silicone
TPU/ Silicone
Polyester/ ACM
PVDF/ FKM

در بین گروه های مختلف TPE ذکر شده ارزانترین گروه، TPE های پایه Polyolefin و رابرهای استایرنی مانند SBS هستند. هر چند پایداری حرارتی و خواص مکانیکی این گروه نیز نسبت به سایر گروه های TPE های مهندسی مانند TPU و انواع بر پایه PA ضعیف تر است. اما از طرفی تنظیم سختی قطعات تولیدی به کمک TPE های مهندسی محدودیت بیشتری دارد ( TPE های پایه TPU و PA سختی های بالاتر از 60 Shore A دارند. این مقدار در مورد TPV و TPE های پایه Polyolefin/ SBS, SEBS, EPDM می تواند مقادیر بسیار کمتر، 20 Shore A و بالاتر، نیز داشته باشد.)

با انتخاب صحیح اجزای یک TPE می توان محدوده گسترده ای از خواص مختلف مکانیکی، فیزیکی، حرارتی و … را در کامپاند نهایی ایجاد کرد. برای مثال دمای سرویس دهی TPE های مهندسی مانند پایه Polyester, PA می تواند تا 250 °C و در مورد TPE های حاوی SBS، دمای کاربری می تواند تا°C -50 پایین باشد.

TPE ها با امکان تنظیم خواص مختلف کاربردهای بیشماری در آینده ای نزدیک خواهند داشت.

افزودنی های بهبود دهنده ضربه PVC ، ایمپکت مادیفایرها

27 آبان 1398/0 دیدگاه /در اصلاح کننده ضربه, مقالات/توسط علی ابراهیمی

PVC سومین پلاستیک پرمصرف دنیا است. همچنین همانند رابرها، دنیای افزودنی های مورد استفاده در تولیدات قطعات مبتنی بر PVC بسیار متنوع، پیچیده و جذاب است. فرمولاسیون یک محصول تولیدی از PVC گاها می تواند تا 12 جزء را در بر بگیرد. این مقاله یکی از مهمترین افزودنی ها، ایمپکت مادیفایر (Impact Modifier) را معرفی خواهد کرد.

ساختار شیمیایی سه گروه از افزودنی ها در فرمولاسیون PVC قدری گمراه کننده است و گاها با یکدیگر اشتباه گرفته می شوند. گروه اول روان ساز ها (Lubricant)، گروه دوم کمک فرایندها و بهبود دهنده جریان (Processing aid or Flow modifier) و نهایتا گروه سوم ایمپکت مادیفایرها هستند. در این بخش خانواده ایمپکت مادیفایرها، یا اصلاح و بهبوده دهنده ضربه، معرفی خواهند شد. نهایتا در بخش های بعدی این نوشتار با معرفی روان سازها و کمک فرایندها تفاوت این سه گروه بررسی خواهد شد.

در مجموعه PVC ساختار شکننده ای دارد و هدف اصلی استفاده از ایمپکت مادیفایرها بهبود مقاومت ضربه قطعات تولید شده از این پلاستیک، بخصوص در تولید پروفیل های درب و پنجره و برخی از لوله و اتصالات است. میزان افزایش مقاومت ضربه قطعه تولید شده از PVC به نوع PVC و K value آن، نوع و مقدار افزودنی ایمپکت مادیفایر، حضور پرکننده یا فیلرها در فرمولاسیون، فرایند و کیفیت قطعه تولید شده بستگی دارد.

ایمپکت مادیفایرها را می توان در سه گروه اصلی زیر قرار داد:

خانواده اکریلیک ها: مانند انواع MBS (Methacrylate Butadiene Styrene), AIM (Acrylic Impact Modifier), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
ایمپکت مادیفایرهای متفرق: مانند CPE (Chlorinated Polyethylene), EVA (Ethylene Vinyl Acetate), NBR (Acrylonitrile Butadiene Rubber)
پرکننده ها: مانند کربنات کلسیم رسوبی و سیلیکات ها (هر چند اثر پر کننده ها در افزایش مقاومت ضربه مانند دو گروه بالا نیست و اثربخشی کمی دارند.)

با افزودن ایمپکت مادیفایرهای اکریلیکی، ساختار هسته – پوسته در PVC ایجاد می شود. میزان بهبود مقاومت ضربه مستقیما به نوع اکریلیک استفاده شده و مقدار مصرف آن بستگی دارد. ضخامت هسته و پوسته، نوع اجزای اکریلیک و مقدار استفاده تعیین کننده میزان افزایش ضربه پذیری هستند. درصد بهینه استفاده از ایمپکت مادیفایرهای اکریلیکی 3-5 PHR است.

CPE قدیمیترین ایمپکت مادیفایر استفاده شده در PVC است. درصد بهینه کلر موجود در CPE حدود 35% است و در مقادیر بیشتر مقدار بهبود مقاومت ضربه کاهش می یابد. برای دستیابی به مقاومت ضربه یکسان به مقدار بیشتری CPE در مقایسه با انواع اکریلیکی نیاز است (برای مثال مقاومت ضربه فرمول حاوی 5 PHR ایمپکت مادیفایر اکریلیکی برابر با مقدار مربوط به فرمول حاوی 13 PHR از CPE است.). CPE می تواند در کاربری هایی که نیاز به شفافیت دارند نیز استفاده شود و مقاومت خوبی در برابر شرایط جوی دارد.

EVA بهترین انتخاب برای کاربری هایی است که نیاز به شفافیت دارند، اما عملکرد بهبود دهندگی این گروه نیز به خوبی خانواده اکریلیک ها نیست.

از نظر مقاومت حرارتی نیز اکریلیک ها برتری نسبی در مقایسه با CPE و EVA دارند و چنانچه از CPE و EVA استفاده شود، بایستی مقادیر بیشتری از پایدار کننده حرارتی و جاذب اسید استفاده شود. تصویر زیر به صورت شماتیک تفاوت ساختار شیمیایی CPE و EVA را نشان می دهد.

تحول خطوط ریلی به کمک پلیمرهای مهندسی

23 آبان 1398/0 دیدگاه /در TPE,TPV, مقالات/توسط علی ابراهیمی

سالیان سال است خطوط ریلی از مواد اولیه مرسوم مانند آهن، فولاد، بتن و چوب تشکیل می شوند. اما چند سالی است در تولید برخی قطعات مورد استفاده در این خطوط، از پلیمرها استفاده می شود. این مقاله درباره چند کاربرد پلیمرها در ساخت اجزای به کار رفته در خطوط ریلی نکاتی را اشاره می کند.

مهمترین شاخصه قطعات مورد مصرف در صنایع راه سازی، پایداری آن ها در برابر تابش نور خورشید در زمان سرویس دهی است. این نکته وقتی اهمیت پیدا می کند که این قطعات همزمان تحت بارگذاری های چند بعدی نیز باشند. در ادامه چند قطعه حساس و پر کاربرد در خطوط ریلی که می توان آن ها را با پلیمرها جایگزین کرد را معرفی می کنیم.

ریل پد: تلاش های زیادی در خصوص جایگزینی ریل پد ها با انواع تولید شده از پلیمر شده است. از جمله نمونه های موفق می توان به استفاده از TPE های پایه پلی پروپیلن و پلی اتیلن، TPU و HDPE اشاره کرد. بر اساس شرایط بارگذاری خطوط ریلی پلیمر مناسب انتخاب می شود. انعطافپذیری، مانایی فشاری کم و مقاومت در تابش نور خورشید از جمله مهمترین ویژگی های مواد اولیه مورد مصرف در تولید این قطعات است.
عایق های الکتریسیته: روکش های عایق الکتریسته بین اجزای آهنی ریل استفاده می شوند و علاوه بر ایجاد خاصیت عایق بودن در برابر الکتریسیته، از سایش اجزا نیز جلوگیری می کنند. این قطعات با استفاده از PA66 تولید می شوند. از جمله مهمترین الزامات این کاربری مقاومت مکانیکی و پایداری در برابر اشعه فرابنفش حاصل از تابش نور خورشید است. به همین منظور از گریدهای تقویت شده با الیاف شیشه، به منظور تقویت خواص مکانیکی، و حاوی دوده، به جهت ایجاد پایداری در برابر اشعه فرابنفش، استفاده می شود. در برخی از خطوط ریلی که بار مکانیکی وارده به ریل بالا است، بایستی از گریدهای PA مقاوم شده در برابر ضربه، موسوم به Toughened PA، استفاده کرد. تلاش هایی برای جایگزینی PA ها در این کاربری با POM و PBT نیز شده است، اما به صورت کامل تجاری سازی رخ نداده است.
قطعات اتصال ریل: تلاش های زیادی برای جایگزینی یراق آلات فلزی که برای اتصال اجزای مختلف خطوط ریلی به کار می روند، با پلاستیک ها شده است. برای مثال در خطوط ریلی اسکاتلند حدود 20 سال پیش، از Baseplate های تولید شده با استفاده از PA تقویت شده با الیاف شیشه استفاده شده است. هر چند به دلیل بار اعمالی بسیار بالا روی این قطعات، استفاده از انواع پلاستیکی اتصالاتی مانند Baseplate با محدودیت هایی روبرو است. در نسل های جدید این قطعات، از ترکیب فلز/ پلیمر استفاده می شود. با این کار ضخامت فلز به کار رفته کاهش می یابد و قطعه سبک تری تولید می شود.

استفاده از قطعات پلیمری در اجزای یک خط ریلی مستلزم ارزیابی فنی/ اقتصادی در مقایسه با مواد اولیه معمول مورد مصرف در این صنعت است. سبک تر شدن اجزا، هزینه های تولید کم و انعطاف پذیری در تولید و نهایتا امکان تنظیم خواص مزایای کلیدی استفاده از پلیمر ها در این صنعت است.

ویژگی های پلی آمید گرید الیاف

19 آبان 1398/0 دیدگاه /در PA, مقالات/توسط علی ابراهیمی

امروزه طیف گسترده ای از کالاها با استفاده از گریدهای مختلف پلی آمید تولید می شوند. یکی از مهمترین گروه های کالاهای تولیدی با استفاده از پلی آمیدها، الیاف پلی آمیدی هستند. ابتدا الیاف مختلف پلی آمید تولید می شوند و سپس این الیاف به کالای نهایی تبدیل می شوند. الیاف پلی آمید در تولید البسه و پوشاک، تور و نت ها، برس های خانگی و صنعتی، لوازم جراحی – پزشکی، کالاهای ورزشی مانند راکت تنیس، ماشین آلات صنعتی – کشاورزی مانند ماشین چمن زن، صنایع تایر سازی و … به کار می روند. استحکام مکانیکی فوق العاده، پایداری و دوام منجر، به استفاده گسترده از الیاف پلی آمید شده است. گریدهای PA6, PA66, PA6/66 در تولید الیاف مختلف استفاده می شوند. یکی از مهمترین کاربردهای الیاف پلی آمید، استفاده از آن ها در تولید تورهای ماهیگیری است.

برای تولید یک تور ماهیگیری، ابتدا الیاف مناسب به روش اکستروژن تولید می شود. در مرحله بعدی شبکه تور بافته شده و رنگرزی انجام می شود. نهایتا فرایند کشش روی الیاف تنیده شده اجرا می شود و تور نهایی آماده می شود. امروزه حدود 20 نوع تور ماهیگیری مختلف برای صید در شرایط مختلف و با تجهیزات گوناگون توسعه داده شده است. هر چند پلی اتیلن نیز در تولید برخی از تورهای ماهیگیری به کار می رود، اما عمده تورها با استفاده از گرید PA6 تولید می شوند. علاوه بر استحکام مکانیکی فوق العاده PA، مقاومت در برابر سایش ویژگی مهم دیگری است که منجر به استفاده گسترده از PA در تولید تورها شده است. همچنین به منظور عملکرد بهتر تور و سایش کمتر امروزه گریدهای Lubricated PA توسعه داده شده اند. باید توجه داشت به دلیل مقاومت کم پلی آمید در برابر حرارت و نور خورشید بایستی در این کاربری از گریدهای مقاوم در برابر نور و حرارت استفاده کرد.

برای تولید تورهای مورد استفاده در صید با قایق، Trawl Fishing، از گرید PA6 استفاده می شود. همانطور که پیشتر ذکر شد، با استفاده از انواع Lubricated تورهای با کیفیت تری تولید می شود. اما در مورد تورهای مورد استفاده در صید به روش رشته طناب طویل (Long-Line fishing)، به دلیل نیاز به الیاف با انعطافپذیری بالا از پلی آمیدهای کوپلیمر مانند گرید PA6/66 استفاده می شود. گرید PA 6/66 در مقایسه با PA6 انعطافپذیری بیشتر و دمای ذوب کمتری دارد. دمای ذوب کمتر منجر به فرایند پذیری بهتر گرید PA 6/66 در مرحله اکستروژن الیاف و همچنین در مرحله کشش الیاف در تولید تور می شود.

NBR ، اسب بارکش رابرها!

15 آبان 1398/2 دیدگاه /در NBR, مقالات/توسط علی ابراهیمی

Nitrile Butadiene Rubber (NBR) در بین رابرهای مختلف، معروف به اسب بارکش یا Workhorse رابرها است! شاید دلیل اطلاق این صفت کاربری های خاص این رابر در قطعات خودرو است. این نوشتار علل این نامگذاری را مورد بررسی قرار می دهد و ویژگی های منحصر بفرد این رابر را بر می شمارد. همانگونه که از نامگذاری این رابر مشخص است از کوپلیمرهای آکریلونیتریل و بوتادی ان تشکیل می شود و بر اساس حدود درصد آکریلونیتریل، مقاومت قطعات تولید شده با آن در برابر انواع روغن، سوخت و مواد شیمیایی تغییر می کند.

بیشترین کاربرد کامپاندهای NBR تولید قطعات خودرویی است که در مجاورت روغن، سوخت و دیگر مواد شیمیایی قرار می گیرند. از جمله این قطعات می توان به شلنگ های انتقال روغن، کاسه نمد، گرومت و انواع واشر اشاره کرد. گستره وسیع دمای کاربری این رابر (-40 °C – +125 °C) منجر به عملکرد خوب آن در کاربری خودرو شده است. همچنین NBR در تولید شلنگ های هیدرولیکی صنعتی، لاینر های صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، تسمه – نقاله، روکش رل های فلزی، کفش، کفپوش، چسب و … به کار می رود. همه ساله به صورت متوسط حدود 400 هزار تن انواع گریدهای NBR در کاربری های ذکر شده به مصرف می رسند.

درصد آکریلونیتریل اثر مهمی بر خواص قطعات تولیدی با NBR دارد. به صورت خلاصه می توان گفت با افزایش سهم آکریلونیتریل مقاومت در برابر روغن و سوخت، مقاومت سایشی، استحکام مکانیکی، پایداری حرارتی و سرعت پخت با سیستم های بر پایه گوگرد افزایش و از طرفی مانایی فشاری، انعطافپذیری به خصوص در دمای پایین و سرعت پخت با پراکسیدها کاهش می یابد. از جمله مهمترین ایرادهای وارد بر NBR مقاومت کم آن در برابر تابش نور خورشید است. این ایراد به دلیل اشباع نبودن ساختار این رابر است. گونه های ویژه NBR موسوم به(HNBR) Halogenated NBR با ساختار اشباع برای این منظور توسعه داده شده اند. لازم به ذکر است که این گریدها مقاومت بهتری در برابر انواع روغن نسبت به گریدهای عادی دارند. در حقیقت می توان گفت نزدیک ترین رابر از نظر مقاومت در برابر روغن ها و سوخت به خانواده رابرهای فلوئوره مانند FKM، HNBR است.

از جمله دیگر گریدهای ویژه NBR انواع کربوکسیله شده ( اصلاح شده با کربوکسیلیک اسید به منظور بهبود فرایند پخت و خواص مکانیکی) و گریدهای پیش پخت شده (Pre-crosslinked) هستند. گریدهای کربوکسیله خواص مکانیکی بهتر و انعطافپذیری کمتری نسبت به گریدهای عادی دارند. همچنین انواع پیش پخت شده فرایندپذیری بهتر و کیفیت سطح قطعه مطلوب تری دارند.

بخش بزرگی از مصرف NBR مربوط به اصلاح پلاستیک هایی مانند PVC است و آلیاژهای PVC/NBR در کاربردهای خودرویی، از جمله تولید شلنگ های مختلف استفاده زیادی دارد.

NBR به کمک فرایند پلیمریزاسیون امولسیون تولید می شود. از جمله بزرگترین تولید کنندگان NBR می توان از کمپانی های صاحب نامی چون Eni Versalis, Lanxess, LG, Nitriflex, Zeon, Kumho یاد کرد.

NBR در شکل های فیزیکی مختلفی مانند Bale، پودر، مایع و ورق تولید می شود. هر چند باید توجه داشت برخی از گریدها شکل فیزیکی محدودی دارند.

افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی به کمک فناوری فیلم های بسته بندی چند لایه

11 آبان 1398/0 دیدگاه /در مقالات/توسط علی ابراهیمی

بدون شک بهینه سازی زنجیره حمل و نقل، توزیع مواد غذایی و افزایش زمان ماندگاری این محصولات می تواند به کاهش میزان اتلاف و هدر رفت این مواد کمک کند. اگر کیفیت مواد اولیه مورد استفاده در تولید مواد غذایی فرآوری شده ثابت و در بالاترین حالت ممکن باشد، افزایش زمان ماندگاری محصول تولید شده به کمک کنترل نور، رطوبت، دما و اکسیژن مقدور است. با کنترل این چهار عامل است که می توان رشد باکتریایی و میکرو ارگانیسم ها را به کمترین حالت ممکن رساند. فناوری تولید فیلم های چند لایه پلیمری امکان کنترل این متغیرها را مهیا می سازد.

در سال 2000 میلادی Leistner، دانشمند آلمانی تبار، مفهوم Hurdle را در افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی معرفی نمود. بر اساس مفهوم Hurdle برای افزایش زمان ماندگاری یک محصول غذایی لازم است تمامی تلاش ها به منظور متوقف نمودن فعالیت های میکروبی صورت گیرد. بدین منظور بایستی دمای ماده غذایی در زمان فرآوری در بیشترین مقدار، و در زمان نگهداری در کمترین مقدار ممکن قرار داده شود. پارامتر مهم دیگر فعالیت آبی است که بایستی در کمترین حالت ممکن حفظ شود. در مرحله سوم PH محیط نگهداری غذا است که بایستی در حالت اسیدی تنظیم شود. عامل کنترل بعدی مقدار اکسیژن است و به منظور به حداقل رساندن واکنش های اکسیداسیونی بایستی در کمترین مقدار ممکن، به شرط عدم وقوع واکنش های فساد بی هوازی، حفظ شود. آخرین فاکتور افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی و در صورتیکه در مراحل قبلی محدودیتی وجود داشته باشد، افزایش عوامل نگهدارنده اجزای به کار رفته در ماده غذایی، مانند نیتریت و سوربات ها، است.

اما یک بسته بندی مهندسی و مناسب می تواند اثر بخشی فاکتورهای Hurdle را افزایش دهد. برای مثال بسته بندی های چند لایه حاوی پلیمرهای نفوذ ناپذیر در برابر اکسیژن، مانند EVOH و Polyamide (PA)، با ممانعت از ورود اکسیژن به بسته بندی مانع از اکسیداسیون اجزای ماده غذایی می شوند. با استفاده از این بسته بندی ها و تغییر بسته بندی گوشت تازه از حالت عادی، که شامل یک سینی معمولی و فیلم های استرچ است، به بسته بندی های چند لایه نفوذ ناپذیر در برابر اکسیژن می تواند زمان ماندگاری گوشت را تا 3 برابر نسبت به حالت عادی افزایش دهد.

امروزه فیلم های چند لایه به صورت بسته بندی های Shrink، Skin Pack، Stand Pouch، Lidding Film and Tray و انواع اندازه های کیسه های مختلف تجاری سازی شده اند. همچنین این فیلم ها با تمامی دستگاه های پرکن و بسته بندی مواد غذایی سازگار هستند.

فناوری تولید فیلم های چند لایه می تواند بر اساس الزامات مواد غذایی نفوذ پذیری گازهای مختلف به بسته بندی را تنظیم کند و همچنین خواص فیزیکی – مکانیکی بسته بندی را در محدوده مورد نیاز قرار دهد. در مجموع مزایای استفاده از فیلم های چند لایه و استفاده از آن ها در شکل های مختلف بسته بندی مواد غذایی را می توان به صورت زیر بر شمارد:

افزایش زمان ماندگاری
حفظ کیفیت اولیه
افزایش زمان در دسترس برای انتقال مواد غذایی
امکان عرضه محصولات به محدوده های جغرافیایی مختلف
کاهش حجم اتلاف و هدر رفت مواد غذایی

روکش سیم و کابل ، عایقی میان کاربران و جریان الکتریسیته – بخش اول: ترموپلاستیک ها

7 آبان 1398/1 دیدگاه/در مقالات/توسط علی ابراهیمی

امروزه پلیمرها جزء لاینفک عایق سازی شبکه های برق رسانی هستند. در سال های اخیر نفوذ پلیمرهای مختلف به بخش های گوناگون صنایع برق و الکترونیک آنقدر گسترده بوده است که باید به صورت مفصل در بخش های جداگانه به آن پرداخت. اما در این مقاله به صورت خلاصه به بررسی نقش پلیمرها در عایق سازی سیم و کابل های انتقال جریان برق خواهیم پرداخت. استفاده از سیم و کابل به جهت انتقال جریان برق از سال 1830 میلادی رواج پیدا کرد. در ابتدا فلزات هادی جریان برق به صورت عاری از هر گونه پوشش استفاده می شدند، اما با فراگیر شدن این صنعت، خطرات ناشی از برق گرفتگی زیاد شد و نهایتا روکش های عایق سیم و کابل به یکی از اجزای اساسی شبکه های برق رسانی تبدیل شدند.

در اولین تجربه، سال 1876 میلادی، از لاستیک طبیعی (Natural Rubber) به عنوان عایق جریان الکتریسیته در روکش سیم و کابل استفاده شد. در ادامه از باکلیت (نوعی رزین فنول فرمالدهید) و نهایتا با تجاری سازی پلاستیک و لاستیک های مختلف از پلی اتیلن (PE)، EPDM، PVC، XLPE، CR و … به عنوان عایق های روکش سیم و کابل استفاده شد. پیشرفت های امروزی در استفاده از پلیمرها به عنوان روکش سیم و کابل، مرهون زحمات گذشته شرکت های بزرگ فعال در زمینه برق و الکترونیک مانند جنرال الکتریک است.

روکش های سیم و کابل به منظور حفاظت فیزیکی و شیمیایی از رشته های فلزی رسانای جریان الکتریسیته موجود در کابل و همچنین جلوگیری از ایجاد اتصال کوتاه بین کابل ها استفاده می شوند. به دلیل مقاومت خوب پلیمرها در برابر جاری شدن جریان الکتریسیته، این گروه از مواد به عنوان عایق الکتریسیته در روکش های سیم و کابل استفاده می شوند. در ادامه انواع پلیمرهای مورد استفاده در این صنعت را معرفی خواهیم کرد.

پلیمرهای مورد استفاده در روکش دهی سیم و کابل را می توان در دو گروه اصلی ترموپلاستیک ها و ترموست ها بررسی کرد. در این بخش ترموپلاستیک ها و در قسمت بعدی این مقاله ترموست ها را معرفی خواهیم کرد.

ترموپلاستیک ها:

CPE (Chlorinated Polyethylene)، گونه های ترموست CPE نیز وجود دارند. در کل CPE مقاومت بسیار خوبی در برابر اسید و باز دارد، در برابر شرایط جوی پایدار است و مقاومت خوبی در مقابل اشتعال دارد. تمامی این نکات منجر به استفاده زیاد از CPE در کابل های مورد استفاده در صنایع شیمیایی و محیط های باز شده است.

PVC (Polyvinyl Chloride)، این گروه با توجه به فرمولاسیون PVC می توانند دماهای کاربری -20 – 60 °C داشته باشند. معمولا در کابل های با ولتاژ پایین و به خصوص کاربری های خودرو و ساختمان به کار می روند. همچنین مقاومت در برابر اشتعال و ایجاد دود ویژگی مثبت مهم این گروه است.

فلوئورو پلیمرها، از جمله مهمترین گونه های این خانواده Teflon (PTFE) و PVDF است. این گروه بهترین خواص الکتریکی و مقاومت شیمیایی و حرارتی را در بین تمامی انواع دارند. هر چند این گروه در کابل های با ولتاژ پایین استفاده می شوند، اما به دلیل مقاومت خوب در برابر تشعشعات، مانند اشعه رادیواکتیو، در کاربری های حساس مانند تجهیزات هسته ای به کار می روند.

PE (Polyethylene)، یکی از پر مصرف ترین پلیمرهای صنعت سیم و کابل گریدهای مختلف PE هستند. مقاومت خوب در برابر جریان الکتریسیته در گستره وسیعی از فرکانس ها مهمترین ویژگی این گروه است. هر چند انعطافپذیری PE ها کم است و معمولا از کوپلیمرهایی مثل EVA (Ethylene Vinyl Acetate) در فرمولاسیون آن استفاده می شود. به کمک اضافه کردن افزودنی های ضد شعله می توان مقاومت در برابر اشتعال کابل های روکش شده با PE را بالا برد، اما این نکته خواص الکتریکی این عایق را تضعیف می کند.

PP (Polypropylene)، این گروه رفتار الکتریکی کاملا مشابه با PE دارند. هر چند به دلیل خواص مکانیکی بهتر در مقایسه با PE در کابل های با روکش نازک بیشتر استفاده می شوند.

TPE (Thermoplastic Elastomer)، این گروه خواصی مشابه خانواده PE و PP دارند. همچنین امکان افزایش انعطافپذیری در آن ها وجود دارد.

TPU (Thermoplastic Polyurethane)، TPU یکی از ایده آل ترین گزینه های روکش دهی سیم و کابل است. مقاومت بینظیر در برابر عوامل جوی وشیمیایی، دارا بودن حافظه شکلی و انعطافپذیری فوق العاده مهمترین ویژگی های TPU است. همچنین TPU در گستره وسیعی از فرکانس و ولتاژ قابل استفاده است.

چسب های لمینیشن مورد مصرف در صنعت بسته بندی

3 آبان 1398/0 دیدگاه /در مقالات/توسط علی ابراهیمی

فرایند لایه گذاری که ترجمه شده عبارت لمینیشن است، کاربرد بسیار فراوانی در تولید اجزای بسته بندی مانند انواع لفاف و پوشش دارد. این فرایند به صورت کلی برای چسباندن لایه های نامتجانس از پیش تولید شده یا در حال تولید استفاده می شود. چسب های لمینیشن جزء اصلی این فرایند هستند. در بخش قبلی با چسب های بین لایه ای آشنا شدیم. تمامی چسب های بین لایه ای در فرایند اکستروژن مذاب و در حین تولید لایه های مختلف استفاده می شوند. اما چسب های لایه گذاری در فرایند لمینیشن و می توانند پس از تولید لایه ها استفاده شوند.

فارغ از چسب های طبیعی مانند انواع نشاسته، پروتئین، وکس ها و …، که عموما در گذشته استفاده می شدند و اکنون کاربرد صنعتی ندارند، عموم چسب های لمینیشن بر پایه پلی یورتان هستند. هر چند در سال های اخیر چسب های اکریلیکی، PVDF (Polyvinylidene Chloride) و چسب های UV Cure نیز توسعه داده شده اند.

چسب های پلی یورتان از سه بخش اصلی پلی ال، ایزوسیانات و سایر افزودنی های احتمالی لازم برای پخت تشکیل می شوند. مقاومت خوب در برابر رطوبت (هیدرولیز)، ممانعت از فعالیت های میکروبی و انعطافپذیری بالا در دمای پایین از جمله مهمترین ویژگی های این چسب ها است. این چسب ها به دلیل ماهیت شیمیایی قطبی، چسبندگی خوبی با فلزات دارند. انتخاب دو جزء اصلی، یعنی پلی ال و ایزوسیانات بایستی باتوجه به الزامات بسته بندی مواد غذایی و همچنین خواص چسبندگی و مکانیکی مورد نیاز صورت گیرد. چسب های پلی یورتانی می توانند دو جزئی یا تک جزئی و در حالت های محلولی (حلال هایی به غیر از آب)، 100% جامد یا پلی یورتان های پخش شده در آب (پایه آب – Polyurethane Dispersion (PUD)) استفاده شوند.

انواع محلولی با سابقه ترین و پر مصرف ترین گروه هستند و می توانند به طیف گسترده ای از لایه های مختلف بچسبند. هر چند این گروه به دلیل استفاده از حلال مخاطرات سلامتی و آلودگی های زیست محیطی دارند. از طرف دیگر در برخی کاربردهای لمینیشن چند لایه محدودیت استفاده دارند.

اما گروه چسب های پلی یورتان جامد هر چند از نظر سرعت و تجهیزات اعمال به صرفه هستند، اما پمپ های انتقال مخصوص می خواهند و میزان چسبندگی اولیه آن ها معمولا پایین است و نیاز به حرارت دهی اولیه دارند.

نهایتا نسل آب پایه ها (PUD) کاملا با محیط زیست سازگار هستند و گونه سبز چسب هستند. این گروه قدرت چسبندگی مناسبی دارند اما گاها تمایل به ایجاد ساختار فومی دارند و به دلیل پیچیدگی فنی تولید، قیمت تمام شده بالاتری دارند.

همانطور که اشاره شد گونه های اکریلیکی چسب های لمینیشن نیز تجاری سازی شده اند. هر چند این چسب ها به دلیل قدرت چسبندگی پایین در کنار مقاومت حرارتی و شیمیایی ضعیف تر، نتوانسته اند به خوبی با پلی یورتان ها رقابت کنند. یکی از مهترین ویژگی های این گروه خاصیت سد گری آن ها در برابر عطر و بو است و این نکته در برخی بسته بندی ها به عنوان یک الزام مهم به شمار می آید. چسب های PVDC نیز به صورت محدود در صنایع بسته بندی استفاده شده اند. اما این گروه نیز به دلیل حضور اتم کلر مخاطرات زیست محیطی دارند و از طرفی باعث بروز خوردگی در فلزات می شوند. آخرین گروه چسب های لمینیشن گروه UV Cure هستند. این خانواده به دلیل نگرانی هایی در ارتباط با استفاده از اشعه UV برای فرایند اعمال چسب در بسته بندی های غذایی استفاده نشده اند. اما این چسب های طیف گسترده ای از پلی یورتان، پلی استر، سیلیکون و … را در بر می گیرند. سرعت اعمال بالا و چسبندگی فوق العاده مهمترین مزیت این گروه است. هر چند نیاز به تجهیزات اعمال گران قیمت و اثر مخرب اشعه UV بر ساختار بسته بندی از جمله ایرادات وارد بر این گروه است.

در مجموع می توان گفت چسب های پلی یورتانی همچنان یکه تاز چسب های مورد مصرف در لمینیشن هستند و در این گروه چسب های پایه حلالی بیشترین مصرف را دارند.

ترموپلاستیک الاستومر ها ، پلیمرهایی با کاربردهای نامحدود

30 مهر 1398/0 دیدگاه /در TPE,TPV, مقالات/توسط علی ابراهیمی

ترموپلاستیک الاستومر مخفف شده عبارت Thermoplastic Elastomer است. تا حدود 40 سال پیش تولید قطعات پلیمری انعطافپذیر و نرم تنها با استفاده از رابرها و برخی پلاستیک های محدودی مانند PVC به دلیل وجود نرم کننده هایی برای آن امکان پذیر بود. مهمترین محدودیت رابرها فرایند پخت آن ها بود. از طرف دیگر با توجه به نگرانی های زیست محیطی پیش آمده در سال های اخیر در ارتباط با آلودگی های ناشی از قطعات پلاستیکی و لاستیکی و الزام به بازیافت آن ها، محدودیت دیگری برای استفاده از رابرهای پخت شده پیش آمد، چرا که پس از فرایند پخت قطعات رابری بازیافت پذیر نیستند و کاربرد بسیار بسیار محدودی دارند. تمامی این عوامل منجر به ظهور نسل جدیدی از پلیمرها به اسم ترموپلاستیک الاستومر شد.

امروزه ترموپلاستیک الاستومر ها کاربردهای بسیار متنوعی پیدا کرده اند و در تولید قطعات تزریقی، اکستروژن، بادی و … بدون نیاز به فرایند پخت، همراه با داشتن خواصی مشابه رابرهای پخت شده به کار می روند. در حقیقت این گروه خواص مورد انتظار از یک قطعه لاستیکی را برآورده می کنند، اما به فرایند تولید مشابه یک پلاستیک نیاز دارند. این گروه کاربردهای فراوانی در تولید قطعات خودرو، الکترونیک و الکتریک، ساختمان، وسایل خانه و شخصی و … پیدا کرده اند. تولید به صرفه و آسان با تجهیزات شکل دهی پلاستیک ها، رنگ پذیری، قابلیت تماس با مواد غذایی و بدن انسان، امکان ایجاد مقاومت در برابر نور، حرارت و اشتعال، بازیافت پذیر بودن و مهمتر از تمامی ویژگی های قبلی، امکان تنظیم خواص فیزیکی – مکانیکی در محدوده گسترده ای از اعداد منجر به رشد سریع ترموپلاستیک الاستومر ها در کاربردهای مذکور شده است.

ترموپلاستیک الاستومر ها به دو گروه عمده آلیاژی و سنتزی تقسیم می شوند. گروه اول حاصل از آلیاژ کردن (Polymer Blending) یک پلیمر نرم و انعطافپذیر، مانند انواع رابرها، با یک ترموپلاستیک است. در این مورد فرایند پذیری ترموپلاستیک الاستومر از جزء ترموپلاستیک و نرم و انعطافپذیر بودن و تنظیم خواص مکانیکی از جزء رابری حاصل می شود. با توجه به کاربرد نهایی و خواص مورد نظر، انواع رابر و ترموپلاستیک برای تولید انتخاب می شوند. تولید این گروه در اکسترودرهای صنعتی توسط واحدهای کامپاندینگ انجام می گیرد. اما گروه دوم به واسطه قرار گیری تعدادی منومر منعطف در کنار تعدادی منومر سخت ایجاد می شود و اتصال شیمیایی بین اجزای سخت و نرم ایجاد می شود. در حقیقت قسمت های نرم، موسوم به Soft block segments، تنظیم میزان انعطاف را بر عهده دارند و قسمت های سخت، موسوم به Hard block segment، تنظیم خواص مکانیکی و فرایندپذیری را بر عهده دارند. تولید این گروه توسط واحدهای پتروشیمیایی در راکتورهای شیمیایی انجام می گیرد. در فرایند شکل دهی واحدهای سخت در اثر حرارت جریان پذیر می شوند و شکل قطعه نهایی ایجاد می شود.

هر یک از گروه های اصلی ترموپلاستیک الاستومر نیز زیر گروه های مختلفی دارند که در ادامه ذکر شده است. ترموپلاستیک الاستومر های آلیاژی عموما با استفاده از ترموپلاستیک های الفینی همراه با یک رابر، مانند EPDM، تولید می شوند. فاز رابری ترموپلاستیک الاستومر می تواند به منظور دست یابی به خواص مکانیکی بهتر مانند مانایی فشاری کمتر، پخت شود، که در اینصورت ترموپلاستیک الاستومر تولیدی Thermoplastic Vulcanized (TPV) نامیده می شوند. هر چند این پخت در فرایند پذیری ترموپلاستیک الاستومر خللی وارد نمی کند. مهمترین گروه های خانواده TPE های سنتزی نیز شامل لیست زیر است:

TPS (Styrenic Block Copolymers), SBS, SEBS, …
TPU (Thermoplastic Polyurethane)
TPEE (Thermoplastic co-polyester)
COPA (Thermoplastic Polyamides)

در بخش های بعدی این مقاله با کاربردهای ترموپلاستیک الاستومر ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

پلیمرها ، تعیین کننده آینده صنعت کفش

26 مهر 1398/0 دیدگاه /در مقالات/توسط علی ابراهیمی

امروزه مسیر توسعه و پیشرفت صنعت کفش در گرو پیشرفت صنایع پلیمری قرار گرفته است. تا حدود پنجاه سال پیش مواد اولیه مورد مصرف در تولید کفش محدود به خانواده چرم بوده است. هر چند دوام و پایداری چرم بسیار بالا است، اما الزامات و انتظاراتی که امروزه از کفش ها می رود، منجر به توسعه چندین گروه کفش با کاربری های مختلف و استفاده از مواد اولیه متنوع در تولید آن ها شده است. پلیمرها سهم بسیار بالایی در تولید هر کفش دارند، به صورتی که اگر رویه کفش نیز از الیاف مصنوعی باشد، درصد استفاده پلیمرها در مواد اولیه استفاده شده در تولید کفش به 100 خواهد رسید. صنعت کفش با رشد متوسط 4 درصد در هر سال، گردش مالی در حدود 250 میلیارد دلار را ایجاد کرده است و هر ساله حدود 13 میلیارد جفت کفش در سراسر جهان تولید و به مصرف می رسد.

امروزه بیش از 16 خانواده اصلی کفش وجود دارد و گروه های گوناگون مانند کفش های روزانه، رسمی، ورزشی، طبی و …. تا کفش های خاص مانند انواع مناسب برای بیماران دیابتی توسعه داده شده اند. هر کفش از بخش های مختلفی تشکیل شده است و بر اساس الزامات کاربردی، تعداد بخش ها می تواند متفاوت باشد، اما قسمت های اصلی تشکیل دهنده ساختار کفش عبارتند از:

زیره کفش (Sole)، این قسمت خود شامل سه بخش زیره بیرونی (Outsole)، زیره میانی (Midsole) و زیره داخلی (Insole) است.
رویه، رویه کفش با توجه به نوع کاربری از قسمت های مختلفی تشکیل می شود. کفش ها می توانند یک رویه یک تکه داشته باشند، در برخی مدل ها همین رویه می تواند 4 بخش مجزای جلو، پهلو، قسمت بندها و پشت را داشته باشد. رویه های کفش های ورزشی بعضا از 10 بخش تشکیل می شوند.
پاشنه (Heel)

بنابر خواص مورد انتظار، مواد اولیه متنوعی در تولید بخش های مختلف یک کفش، مانند چرم، انواع پلیمرها، الیاف طبیعی و مصنوعی و در برخی موارد فلزاتی مانند استیل ( به خصوص در کفش های ایمنی) به کار می روند. اما پلیمرها بیشترین سهم استفاده در تولید یک کفش را دارند و 40 تا 100 درصد مواد اولیه یک کفش را پلیمرها تشکیل می دهند. بخش رویه کفش چنانچه الیاف مصنوعی باشد به صنایع نساجی مرتبط می شود و بخش زیره مستقیما به صنایع پلیمری و بخش کامپاندینگ این صنعت ارتباط پیدا می کند و این مقاله و بخش های بعدی آن به بررسی پلیمرهای مورد استفاده در تولید زیره کفش می پردازد.

مهمترین خواص مورد انتظار از زیره کفش عبارتند از:

زیبا بودن و جذب مشتری
انعطافپذیری و ایجاد حس راحتی برای کاربر در حین استفاده
مقاومت کافی در برابر سایش
مقاومت کافی در برابر ترک خوردن
ایجاد اصطکاک کافی با سطوح مختلف و سر نبودن
حفاظت پا در برابر آسیب های بیرونی به خصوص در کفش های ایمنی

اما با توجه به کاربری کفش هر یک از موارد بالا حائز اولویت می شوند و معیارهای مختلفی برای خواص مورد انتظار از زیره کفش در نظر گرفته می شود. نهایتا با توجه به خواص نهایی، پلیمر مناسب برای تولید زیره انتخاب و ساختار زیره مشخص می شود. در بخش های بعدی این نوشتار انواع پلیمرهای مورد استفاده در تولید زیره کفش را نام خواهیم برد و مهمترین مزایای هر گروه را بر می شماریم.