مقالات

پلاستیک‌های بهبودیافته

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۶/۲۷ | توسط فرا پلیمر شریف

بعضی از پلاستیک‌ها را می‌توان از استخلاف برخی از گروه‌های عاملی روی یک مولکول طبیعی مانند سلولز به دست آورد.

تری‌استات‌سلولز در حقیقت همان سلولزی است که سه گروه استیل، جای‌گزین سه گروه هیدروکسیل موجود روی حلقه پیرانوزی آن شده‌اند و تغییرات بسیاری را در خواص محصول (تری‌استات سلولز) به وجود آورده‌اند.

از آن‌جا که گروه‌های هیدروکسیل جای خود را به استیل می‌دهند، جذب رطوبت و تورم این لیف کم‌تر و به خاطر کاهش پیوندهای هیدروژنی که گروه‌های هیدروکسیل سلولز با زنجیرهای مجاور خود ایجاد می‌کنند (و امکان ذوب شدن را از سلولز سلب می‌نمایند) تری‌استات از توانایی ذوب و قالب‌گیری شدن برخوردار است، شستشوی آن آسان‌تر، چروکیدگی آن سخت تر، مقاومت آن در برابر حرارت بالاتر و ایمنی دمای اتوکشی آن زیادتر می‌شود.

از تری‌استات سلولز می‌توان در تهیه الیاف و قطعات شفاف، دارای جلای زیاد و چقرمه مانند قاب عینک و شیشه عینک، عینک‌های ایمنی، دسته ابزارها و… استفاده کرد.

مقاومت الیاف تری‌استات سلولز (که به اختصار به آن تری‌استات و استات می گویند) در برابر مواد شیمیایی، تابش مستقیم نور خورشید و شرایط جوی (در دمای اتاق) بسیار بالاست.

در شکل زیر جای‌گزینی سه گروه عاملی استیل به جای سه گروه هیدروکسیل روی حلقه پیرانوزی سلولز دیده می‌شود.

جای‌گزینی سه عامل استیل به جای سه عامل هیدروکسیل روی حلقه پیرانوز سلولز

مصارف الیافی عمده این لیف در لباس‌های زنانه، دامن، خصوصاً لباس‌هایی که باقی‌مانده تاه‌شدگی (پلیسه) و چین‌خوردگی آن‌ها به مدت طولانی مورد نظر باشد، آستری کفش، چادر صحرایی، تور ماهی‌گیری، و مصارف مشابه کاربرد دارد.

پلاستیک‌ بهبودیافته دیگری که در این مبحث معرفی می‌شود، نیتروسلولز است که از نیتراسیون پنبه به وسیله اسیدنیتریک حاصل می‌شود و طی آن گروه‌های عامل (ONO₂) روی حلقه پیرانوزی سلولز قرار می‌گیرد. C₆H₇O₂. سلولوئید نام تجارتی آمیزه‌ای از نیترات سلولز، همراه با کافور به عنوان نرم‌کننده (یا نرم‌کننده دیگر) و به تأخیراندازه شعله، مانند فسفات آمونیوم است.

ترکیب سلولز با اسید نیتریک یک واکنش استری شدن است که در اثر این واکنش عوامل نیترات جای‌گزین عوامل هیدروکسیل می‌شوند، ابتدا سلولز منونیترات، در مرحله بعد سلولز دی‌نیترات و در ادامه سلولز تری‌نیترات به دست می‌آید که هر کدام از این محصولات دارای کاربردهای مخصوص به خود هستند.

مقدار نیتروژن در سلولز دی‌نیترات بین (۱۳/۵-۱۰/۷%) می‌تواند تفاوت کند و ترکیب به دست آمده در ساخت پلاستیک‌ها، لاک‌ها، تکمیل چرم‌ها، فیلم‌ها، جوهر چاپ، لاک‌های اتومبیل که سریع خشک می‌شوند، هم‌چنین در لاک باروتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با تغییر میزان نیتروژن، خواص محصول به دست آمده به شدت تغییر می‌کند.

نیتروسلولز درصدهای پایین (۱۲/۲-۱۰/۷%)، جهت تهیه لاک‌ها، فیلم‌ها، مواد تکمیل چرم‌ها، رنگ‌های مصرفی روی پوشش‌های چوب (کلیر)، مرکب چاپ، لاک تزئین ناخن، چسب و بتونه، حجم کاربرد بسیار زیادی را به خود اختصاص داده است.

مقادیر بالاتر نیتروژن، به نیترات سلولز قابلیت انفجاری شدید می‌بخشد، این ترکیب بعد از باروت ساخته شد و مشخص گردید که قدرت انفجاری آن ۵ برابر باروت سیاه است، بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان نیتروسلولز صنایع نظامی هستند، مانند سلولوئید به کار رفته در خرج گلوله خمپاره‌ها، خرج آر پی جی، سوخت موشک‌ها و موارد مشابه دیگر.

در جدول زیر تأثیر درصد نیتروژن بر خواص ترکیبات مختلف نیترات سلولز نشان داده شده است.

اگر عوامل نیترات به طور کامل جانشین سه عامل هیدروکسیل روی حلقه پیرانوز شوند در این حالت درصد نیتروژن در این ترکیب (۱۴/۴%) برآورده می‌شود که ظاهراً این عدد تئوری است و احتمال رسیدن به آن دشوار می‌باشد، هر چند صنایع ذی‌ربط مدعی هستند به این عدد رسیده‌اند.

در مراکز تولیدی، تحقیقاتی و مراکزی که با این ماده مستقیماً در ارتباط هستند هم‌چنین در بسیاری از کتب مرجع پلاستیک به اختصار NC می‌گویند.

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده استیل, اسیدنیتریک, پلاستیک‌ بهبودیافته, پیوندهای هیدروژنی, تأخیراندازه شعله, تری‌استات‌سلولز, حلقه پیرانوزی سلولز, سلولز, سلولز تری‌نیترات, سلولز دی‌نیترات, سلولز منونیترات, سلولوئید, فسفات آمونیوم, لاک باروتی, مولکول طبیعی, نیترات سلولز, نیتراسیون پنبه, نیتروسلولز, هیدروکسیل | پاسخ دهید:

کاربرد پلاستیک‌ها در لوازم خانگی – بخش اول: پلیمر ABS و کامپاندهای آن

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۶/۰۶ | توسط فرا پلیمر شریف

اکریلونیتریل بوتادی‌ان استایرن (ABS)

ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی و مکانیکی ABS به صورت زیر است

خواص عمومی ABS

رزین‌های ABS مجموعه‌ای از خواص کاملاً موازنه و متعادل شده را برای قالب‌گیری قطعات با کنترل ابعادی دقیق فراهم می‌آورد به طوری که آن‌ها پرداخت سطح بسیار عالی و در حد مطلوبی دارند، مقاومت آن‌ها در برابر ضربه و نیز ویژگی‌های آب‌کاری فلزی خوبی دارند. رزین‌های ABS به خانواده بسیار گسترده‌ای از پلیمرهای ترموپلاستیک (بسپارهای گرمانرم) تعلق دارند. ABS از طریق ترکیب سه مونومر تولید می‌شود: اکریلونیتریل (AN)، بوتادی‌ان (BD) و استایرن (S). ساختار شیمیایی این مونومرها ایجاب می‌کند که هر مونومر جزء مهمی از رزین‌های ABS باشد به این معنی که هر مونومر، مسئول تأمین خاصیت ویژه‌ای از رزین‌های ABS است.

پلیمر ABS از نسبت‌های مختلفی از اکریلونیتریل، بوتادی‌ان و استایرن تشکیل می‌شوند. اکریلونیتریل مؤثر بر استحکام کششی، پایداری گرمایی و مقاومت شیمیایی می‌باشد. بوتادی‌ان بر چقرمگی، مقاومت ضربه و خواص دمای پایین تأثیرگذار است در حالی که استایرن مؤثر بر براقیت، صلبیت و فرآیندپذیری می‌باشد. با تغییر نسبت این مؤلفه‌ها، دامنه وسیعی از انواع مواد این مواد به وجود می‌آیند که دارای خواص ضربه‌پذیری بالا و متوسط، و قابلیت آب‌فلزکاری، مقاومت در برابر گرما و براقیت زیاد و کم می‌باشند.

مواد ABS ترکیب متعادلی از چقرمگی، استحکام کششی، پایداری ابعادی، صلبیت و خواص عایق‌کاری الکتریکی را از خود بروز می‌دهند. آن‌ها همچنین خواص ضربه‌پذیری عالی، عمل‌کرد دمایی وسیع و کیفیت سطح فوق‌العاده را دارا می‌باشند. مواد ABS توسط قالب‌گیری تزریقی (قطعات و اجزای یخچال و فریزر)، قالب‌گیری دمشی، اکستروژن (سینی‌های داخل یخچال)، قالب‌گیری اسفنجی و شکل‌دهی گرمایی (آستری در یخچال) فرآیند می‌شوند.

پلاستیک‌های ABS، سامانه‌های دو فازی می‌باشند. استایرن اکریلونیتریل (SAN) فاز پیوسته بستر پایخ یا زمینه (ماتریس) را تشکیل می‌دهد. فاز دوم از ذرات پراکنده شده یا پراکنش یافتته بوتادی‌ان تشکیل شده است که در آن لایه‌ای از SAN بر روی سطح پیوند خورده است. لایه ماتریس اتصال‌دهنده SAN، سبب می‌شود تا دو فاز تشکیل‌دهنده این پلیمر با هم کاملاً سازگار باشند.

تعادل یا موازنه خواص از طریق نسبت مونومرها و به وسیله ساختار مولکولی دو فاز، کنترل می‌شود. پایدارکننده‌ها، روان‌کننده‌ها، رنگین‌کننده‌ها و افزودنی‌های دیگر را می‌توان به سامانه افزود و این مسأله در حالی که تولید ABS را بسیار پیچیده می‌کند ولی از سوی دیگر انعطاف‌پذیری شگرفی را در طراحی خواص محصول پدید می‌آورد. در نتیجه موفولوژی و ریزساختار بی‌نظیر ABS، صدها محصول محتلف از ABS، بسط و توسعه یافته‌اند که به طور تجاری قابل دسترس می‌باشند. ۱- رزین‌های ویژه قالب‌گیری تزریقی و ۲- رزین‌های مخصوص اکستروژن. اختلاف اولیه میان این دو نوع تجاری، ویسکوزیته حالت مذاب آن‌ها می‌باشد که برای رزین‌های قالب‌گیری تزریقی، ویسکوزیته مذاب به طرز قابل توجه‌ای پایین‌تر است. در هر طبقه از پلیمرهای ABS، گروه‌های متناظری از انواع تجاری وجود دارند. انواع تجاری ABS استاندارد را می‌توان براساس استحکام ضربه‌ای به سه دسته استحکام ضربه‌ای متوسط، بالا و اانواع بسیار محکم در برابر ضربه تقسیم کرد. همچنین انواع ABSهای استاندارد را بر مبنای جلای سطح بنیز می‌توان به ۳ دسته طبقه‌بندی کرد ۱) جلای سطح کم ۲) جلای سطح بالا ۳) جلای سطح بسیار بالا. انواع ویژه ABS شامل موارد زیر می‌باشند. ABS با مقاومت حرارتی بالا، ABS ویژه آب‌کاری، ABS شفاف، ABS به تأخیرانداز شعله و ABS با انواع ساختارهای فومی.

انواع استاندارهای ABS معمولاً با سوختن آخسته (UL-94 HB) درجه‌بندی آزمایش‌گاهی مرجع ویژه صدور مجوز کیفیت، ساخت و فروش موسوم به UL را کسب می‌کنند. مواد به تأخیرانداز شعله در ضخامت‌های in 062/0، (UL-94 V0) و در ضخامت‌های in 125/0، (UL-94 5V) را دارند. در انواع ABS شفاف از MMA (متیل اکریلات) برای ایجاد خاصیت عبور معادل ۷۲% و میزان کدورت یا مه (Haze Leve) برابر ۱۰%، استفاده می‌کند. آلیاژهای ABS-PVC در انواع با جلای زیاد و با جلای کم ساخته و تولید شده‌اند که تجاری شده و دردسترس می‌باشند. آلیاژهای ABS-PC در انواع قالب‌گیری تزریقی و انواع ویژه آب‌کاری دردسترس می‌باشند. آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ABS-SMA در انواع تجاری قالب‌گیری تزریقی، اکستروژن و ویژه آب‌کاری دردسترس می‌باشند. آلیاژهای ABS-PA نیز در انواع تجاری شده ویژه قالب‌گیری تزریقی در دسترس می‌باشند.

ABS انتخابی عالی برای استفاده در آلیاژها (Alloys) و مخلوط‌های چند آمیزه (Blends) می‌باشد. وقتی که پلاستیک‌ها با یک‌دیگر ترکیب می‌شوند، ویژگی‌ها و جنبه‌های مثبت هر یک را می‌توان حفظ و نگه‌داری کرد و حتی افزایش داد. در حالی که خصوصیات نامطلوب هر یک را می‌توان کاهش داد.

آلیاژهای ABS-PC و ABS-PVC آلیاژهایی هستند که به خوبی شناسایی شده و بر روی آن‌ها کار شده است و در عمل هم از آن‌ها استفاده می‌شود. نوآوری‌های اخیر آلیاژهای جدید از ABS را نیز معرفی نموده است که عبارتند از ABS-استایرن-مالئیک انیدرید (ABS-SMA) و ABS-پلی‌آمید (ABS-PA).

ABS مزایایی همچون توانایی فرآیند نمودن و ظاهر خوب و قیمت پایین را همراه با ترکیبی متعادل از خواص مهندسی مطلوب با خود به ارمغان آورده است. موازنه خواص، مهم‌ترین ویژگی ABS و آلیاژهای مربوطه به آن می‌باشد.

مزایای ABS

مقاومت در برابر ضربه (چقرمگی) و خواص صلب، سخت و سفت مطلوب
خزش پایین
پایداری ابعادی خوب
خواص فیزیکی و مکانیکی بالا که استحکام و قدرت بالا را به دنبال دارد.
پوشش‌های فلزی، چسبندگی عالی را به سطح ABS از خود نشان می‌دهند
با استفاده از روش‌های ترموپلاستیک متداول، قابل تیدیل است و پلاستیکی است که وزن سبکی دارد.

محدودیت‌های ABS

ABS در برابر اسیدها مقاوم است (به جز اسیدهای اکسیدکننده غلیظ)، هم‌چنین در برابر قلیاها، نمک‌ها، روغن‌های اساسی و ضروری و محدوده گسترده‌ای از محصولات غذایی و دارویی مقاوم است. ولیکن از طریق بسیاری از حلال‌های شامل کتون و استر، به راحتی تحت حمله قرار می‌گیرد و در مجموع مقاومت آن‌ها در برابر حلال‌های آلی کم است.
استحکام دی‌الکتریک یا عایقی پایینی دارد یعنی مقاومت آن در برابر عبور الکتریسیته کم است، عایق خوبی نیست.
تغییر طول یا ازدیاد طول پایینی دارد و کشسان نیست.
درجه حرارت کاری پیوسته پایین
با این که خاصیت مکانیکی قطعه نهایی نسبت به رطوبت حساس نیست ولیکن وجود رطوبت در حین فرآیند نمودن می‌تواند منجر به ظهور مشکلاتی در ظاهر قطعه گردد. بیش‌ترین مقدار رطوبت مجاز و مناسب برای قالب‌گیری تزریقی ۰/۲% و برای اکستروژن ۰/۰۳% می‌باشد که می‌توان با استفاده از یک خشک‌کن هوایی رطوبت زدا، در عمل به این مقدار رسید.

به طور کلی پلیمر ABS در ساخت قطعات داخلی یخچال، پنل‌های کنترل لوازم خانگی و آشپزخانه، محفظه (جاروبرقی، غذاساز، چای‌ساز)، آسترهای یخچال، بدنه جاروبرقی، لباس‌شویی و قاب تلویزیون کاربرد دارد. کالاهای خانگی و مصرفی عمده‌ترین کاربردهای ABS است.

کاربردهای ABS در لوازم خانگی

یخچال‌ها: برای درب‌ها و آسترها و فیلم‌های پلاستیکی که برای نگه‌داری مواد غذایی داخل یخچال از ABS استفاده می‌شود. اکستروژن‌های با مقاومت در برابر ضربه متوسط و انواع تجاری قالب‌گیری شامل ABS شفاف، در ظروف تازه نگه‌دارنده مواد غذایی، نوارهای درزگیر دور یخچال، پایه‌های قفسه، سینی‌های قطعات تبخیرکننده و حفاظ‌های پلاستیکی پایین درب یا در محل اتصال در با زمین استفاده می‌شود.

بدنه‌های لوازم خانگی کوچک و کاربردهای ابزار برقی: این نوع لوازم و ابزارها شامل موارد زیر می‌باشند: سشوارها، اتوهای سنگی مخصوص فردادن مو، مخلوط‌کن‌ها، درب‌بازکن‌های برقی قوطی کنسرو، قهوه‌سازها، فرآیندکننده‌های مواد غذایی، فن‌ها یا پنکه‌های برقی، جاروبرقی‌ها، دریل‌های برقی، بادبزن‌های ورقه‌ای و پایه‌ها یا نگه‌دارنده‌های ماشین چمن‌زنی.

کالاهای خانگی: فراپیش‌خوان‌های میز (وسایل یا لوازم خانگی رومیزی)، قسمت‌های مربوط به دور سینک و لوله‌، واحدهای تهویه مطبوع هوا که در پشت بام نصب شده‌اند.

قطعات الکترونیکی تجاری و مخصوص مصرف‌کننده: نوارهای ویدئویی، تلویزیون‌ها، تجهیزات صوتی تصویری، بدنه‌های کامپیوترها، چاپ‌گرها و دستگاه‌های کپی.

سایر کاربردها

خروج یا تخلیه: فاضلاب‌ها، لوله‌های تخلیه، اتصالات لوله‌ و بدنه‌های صافی استخر و زوائد تزئیناتی.
مخابرات: بدنه‌های گوشی تلفن، گوشی تلفن‌های قابل حمل بدنه‌های ماشین تایپ و کلیدهای صفحه‌ کلید کامپیوتر.

وسایل و لوازم تفریحی: قالب‌گیری‌های موتورسیکلت، قایق‌ها، هواپیماها، چادرهای ویژه اردوگاه‌ها، چمدان‌ با بدنه سخت و آسترهای دستگاه‌های سردکننده ویژه پیک‌نیک.

کیف‌های اسناد، جعبه‌های ویژه لوازم آرایش، بسته‌بندی‌های خانگی، اسباب‌بازی‌ها و تجهیزات فتوگرافیک (عکاسی).

از آن‌جا که ABS هیچ ماده سرطان‌زای شناخته‌شده‌‌ای ندارد نسبتاً بی‌ضرر است و هیچ اثر سوئی بر سلامتی و در ارتباط با قرار گرفتن در معرض ABS وجود ندارد.

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده ABS, Haze Leve, UL-94 HB, UL-94 V0, آسترهای یخچال, آلیاژهای ABS-PA, آلیاژهای ABS-PC, آلیاژهای ABS-PVC, آلیاژهای ABS-SMA, استحکام کششی, اکریلونیتریل بوتادی‌ان استایرن, پایداری ابعادی, جاروبرقی, چای‌ساز, چقرمگی, سشوار, عایق‌کاری الکتریکی, غذاساز, قالب‌گیری تزریقی, قالب‌گیری دمشی، اکستروژن, کالاهای خانگی, نوارهای درزگیر دور یخچال, یخچال‌ | پاسخ دهید:

کاربرد پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر سنتزی در تجهیزات پزشکی

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۶/۰۲ | توسط فرا پلیمر شریف

در نیمه اول این قرن، تحقیقات بر روی مواد سنتز شده از اسید گلایکولیک و دیگر اسیدهای آلفا هیدروکسی کنار گذاشته شد زیرا پلیمرهای به دست آمده برای استفاده صنعتی طولانی مدت بسیار ناپایدار بودند. با این حال این ناپایداری منجر به زیست‌تخریب‌پذیری در سه دهه گذشته در کاربردهای پزشکی بسیار مهم بوده است. پلیمرهای تهیه شده از اسید گلایکولیک و اسید لاکتیک کاربردهای زیادی را در صنعت پزشکی پیدا کردند. شروع آن با بخیه‌های زیست‌تخریب‌پذیر بود که برای اولین بار در ۱۹۶۰ تأیید شد.

از آن زمان محصولات متنوع مبتنی بر اسید لاکتیک، اسید گلایکولیک و دیگر مواد شامل پلی‌دی‌اکسانون، کوپلیمرهای پلی‌تری‌متیلن‌کربنات، هموپلیمرهای (ε-caprolactone) و کوپلیمرهای آن برای استفاده به عنوان تجهیزات پزشکی پذیرفته شده‌اند. علاوه بر این موارد تأیید شده، تحقیقات زیادی در مورد پلی‌انیدریدها، پلی‌اورتواسترها، پلی‌فسفاژن‌ها و دیگر پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر ادامه دارد. شکل زیر یک نمونه اولیه درون عروقی از آمیزه‌ پلی‌لاکتاید و تری‌متیلن‌کربنات را نشان می‌دهد.

چرا یک متخصص پزشکی (پزشک) تمایل دارد این مواد تخریب شوند؟

دلایل مختلفی ممکن است وجود داشته باشد اما اساسی‌ترین آن‌ها با خواست پزشک برای داشتن وسیله‌ای است که می‌تواند به عنوان کاشت (ایمپلنت) مورد استفاده قرار گیرد و نیازی به مداخلات جراحی ثانویه برای برداشتن نداشته باشد. در کنار حذف جراحی ثانویه، زیست‌تخریب‌پذیری، ارائه‌دهنده دیگر مزایا است. به عنوان مثال یک استخوان شکسته که با یک ایمپلنت ضد زنگ سخت ثابت شده است، با برداشتن ایمپلنت تمایل به شکست مجدد دارد. از آن جا که تنش توسط فولاد ضد زنگ تحمل می‌شود، استخوان قادر به تحمل بار کافی در طول روند ترمیم نیست. با این حال ایمپلنت تهیه شده از پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر می‌تواند به گونه‌ای مهندسی شود که به تدریج بار را به استخوان در حال ترمیم منتقل کند. استفاده هیجان‌انگیز دیگر برای پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر، پتانسیل فوق‌العاده را ارائه می‌دهد که اساس رهایش دارو است (یا به تنهایی به عنوان یک سیستم آزادسازی دارو و یا در ارتباط با عمل‌کرد یک دستگاه پزشکی است). دانشمندان پلیمر طی ۳۰ سال گذشته پیشرفت‌های شگرفی را در زمینه پزشکی و تجهیزات داشته اند. این مقاله بر تعدادی از این تحولات تمرکز می‌کند. ما همچنین شیمی پلیمرها از جمله سنتز و تخریب را مرور می‌کنیم و توضیح می‌دهیم که چگونه می‌توان خواص را با کنترل‌های سنتزی مناسب نظیر ترکیب کوپلیمر و تجهیزات ویژه برجسته برای فرآیند و جابه‌جایی کنترل کرد و برخی از دستگاه‌های تجاری بر اساس این مواد را مورد بحث قرار دارد.

شیمی پلیمر

پلیمرهای زیست تخریب پذیر می‌توانند طبیعی و یا سنتزی باشند. به طور کلی، پلیمرهای سنتزی مزایای بیش‌تری نسبت به مواد طبیعی ارائه می‌دهند، زیرا می‌توانند طیف وسیع‌تری از خواص و یکنواختی قابل پیش‌بینی‌تری را نسبت به مواد طبیعی به دست آورند. پلیمرهای مصنوعی همچنین منبع قابل اطمینان‌تری از مواد اولیه بدون هیچ گونه نگرانی از ایمنی‌زایی را نشان می‌دهند. جدول زیر خواص پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر رایج را نشان می‌دهد.

معیارهای کلی برای انتخاب یک پلیمر برای استفاده به عنوان یک ماده زیستی، تطابق خواص مکانیکی و زمان تخریب با نیازهای مورد درخواست است (جدول) پلیمر ایده‌‌آل برای یک کاربرد خاص به این گونه تنظیم می‌شود که:

خواص مکانیکی مطابق با کاربرد دارد و تا زمانی که بافت اطراف ترمیم می‌شود به اندازه کافی مستحکم می‌ماند.
پاسخ سمی یا التهابی ایجاد نمی‌کند.
پس از انجام کار (تحقق یافتن هدف) در بدن متابولیزه می‌شود و اثری بر جای نمی‌گذارد.
به راحتی در شکل محصول نهایی قابل پردازش است.
ماندگاری قابل قبولی را از خود نشان می‌دهد.
به راحتی استریل می‌شود.

عوامل مؤثر بر کارایی مکانیکی پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر به خوبی برای دانشمندان پلیمر شناخته شده‌اند و شامل انتخاب منومر، انتخاب آغازگر، شرایط فرآیند و حضور افزودنی‌ می‌شود. این عوامل به نوبه‌ خود بر آب دوستی، بلورینگی، دمای ذوب و انتقال شیشه‌ای، وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی، گروه‌های انتهایی، توالی توزیع (تصادفی در مقابل بلوکی) و وجود منومر باقی مانده یا افزودنی‌ها تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، دانشمند پلیمری که با مواد زیست‌تخریب‌پذیر کار می‌کند می‌بایست هر کدام از این متغیرها را برای تأثیر آن بر زیست‌تخریب‌پذیری ارزیابی کند. تخریب زیستی با استفاده از پلیمرهای سنتزی که دارای پیوندهای هیدرولیتیک ناپایدار در پیکره خود هستند، انجام شده است. رایج‌ترین گروه‌های عاملی شیمیایی با این مشخصه استرها، انیدریدها، اورتواسترها و آمیدها هستند. ما اهمیت خواص موثر بر زیست‌تخریب‌پذیری را بعداً در مقاله مورد بحث قرار خواهیم داد.

بخش زیر مروری بر پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر سنتزی دارد که در حال حاضر مورد استفاده یا بررسی در بستن زخم (sutures, staples)، دستگاه‌های تثبیت ارتوپدی (پین‌ها، میله‌ها، پیچ‌ها، چسب‌ها و رباط‌ها)، کاربردهای دندان‌پزشکی (بازسازی بافت هدایت شده)، کاربردهای قلبی عروقی (استنت و پیوند) و کاربردهای روده‌ای (حلقه‌های پیوند دهنده) قرار می‌گیرند. بیش‌تر تجهیزات زیست‌تخریب‌پذیر تجاری در دسترس پلی‌استرهایی هستند که از هموپلیمرها یا کوپلیمرهای گلیکولید و لاکتاید تشکیل شده‌اند. همچنین تجهیزاتی ساخته شده از کوپلیمرهای تری‌متیلن‌کربنات و ε-caprolactone و یک محصول بخیه از پلی‌دی‌اکسانون وجود دارد.

پلی گلیکولید (PGA)

پلی گلیکولید ساده‌ترین پلی‌استر آلیفاتیک خطی است. PGA برای توسعه اولین بخیه قابل جذب سنتزی مورد استفاده قرار گرفت که تحت نام Dexon در ۱۹۶۰ توسط Davis و Geck به بازار عرضه شد. منومر گلیکولید از دیمریرزاسیون اسید گلیکولیک سنتز می‌شود. پلیمریزاسیون حلقه‌گشا مواد با وزن مولکولی بالا را تولید می‌کند که تقریبا ۱% تا ۳% منومر باقی‌مانده حضور دارد (شکل زیر). PGA بسیار بلورین (۴۵% تا ۵۵%) با نقطه ذوب بالا (۲۲۰ تا ۲۲۵) و دمای انتقال شیشه‌ای ۳۵ تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد است. به دلیل درجه تبلور بالا در اکثر حلال‌های آلی قابل حل نیست. موارد استثنا حلال‌های آلی فلوئور دار مانند هگزافلوئوروپروپانول هستند. الیاف تهیه شده از PGA استحکام و مدول بالایی از خود نشان می‌دهند و بسیار سفت هستند و به جز شکل بافته شده می‌توانند به عنوان بخیه استفاده شوند. بخیه‌های PGA پس از دو هفته حدود ۵۰% و پس از ۴ هفته استحکام خود را از دست می‌دهند و پس از ۴ تا ۶ ماه به طور کامل جذب می‌شوند. گلیکولید با منومرهای دیگر کوپلیمر شده است تا سختی الیاف حاصل را کاهش دهد.

پلی‌لاکتاید (PLA)

لاکتاید دیمر حلقوی از اسید لاکتیک اسید است که به عنوان دو ایزومر نوری d و I و وجود دارد. l-lactide ایزومر طبیعی است و dl-lactide از آمیزه‌ی d-lactide و l-lactide سنتز شده است. هموپلیمر l-lactide (LPLA) یک پلیمر نیمه بلورین است. این مواد استحکام کششی بالا و ازدیاد طول کمی را از خود نشان می‌دهد و در نتیجه مدول بالایی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای باربر مانند تثبیت ارتوپدی و بخیه مناسب‌تر می‌کند. پلی (dl-lactide) (DLPLA) یک پلیمر بی‌شکل (آمورف) است که توزیع تصادفی از هر دو شکل ایزومری اسید لاکتیک را نشان می‌دهد و بر این اساس نمی‌تواند در یک ساختار بلوری سازمان یافته قرار گیرد. این مواد دارای استحکام کششی کم‌‌تر، ازدیاد طول بالاتر و زمان تخریب بسیار سریع‌تر هستند و به عنوان یک سیستم رهایش دارو جذابیت بیش‌تری دارند. پلی (l-lactide) حدود ۳۷% بلورین است. نقطه ذوب حدود ۱۷۵ تا ۱۷۸ درجه سانتی‌گراد و دمای انتقال شیشه‌ای ۶۰ تا ۶۵ سانتی‌گراد دارد. زمان تخریب LPLA بسیار آهسته‌تر از DLPLA است و برای جذب کامل به بیش از دو سال زمان نیاز دارد. کوپلیمرهای l-lactide و dl-lactide تا بلورینگی l-lactide را منقطع کرده و روند تخریب را تسریع کنند.

پلی (ε-caprolactone)

پلیمریزاسیون حلقه‌گشا ε-caprolactone یک پلیمر نیمه بلورین با نقطه ذوب ۵۹ تا ۶۴ درجه سانتی‌گراد و دمای انتقال شیشه‌ای ۶۰- درجه سانتی‌گراد را نتیجه می‌دهد (شکل). این پلیمر به عنوان بافتی سازگار در نظر گرفته شده است و به عنوان یک بخیه زیست‌تخریب‌پذیر در اروپا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آن جا که هموپلیمر دارای زمان تخریب حدود ۲ سال است، کوپلیمرها سنتز شدند تا سرعت جذب زیستی را تسریع کنند. به عنوان مثال کوپلیمرهای ε-caprolactone با dl-lactide موادی با سرعت تخریب سریع‌تر را نتیجه می‌دهند. کوپلیمر بلوکی ε-caprolactone با گلایکولید موادی با سرعت تخریب سریع‌تر را به دست می‌دهند. این کوپلیمر بلوکی، سختی کم‌تری را در مقایسه با PGA خالص ارائه می‌دهد که به عنوان بخیه تک رشته‌ای توسط شرکت Ethicon با نام تجاری Monacryl فروخته می‌شود.

پلی دی‌اکسانون (یک پلی‌اتر-استر)

پلیمریزاسیون حلقه‌گشا p-dioxanone (شکل) منجر به اولین بخیه سنتزی تک رشته‌ای بالینی آزمایش شده موسوم به PDS (عرضه شده توسط Ethicon) شد. این ماده تقریباً بلورینگی ۵۵% با دمای انتقال شیشه‌ای ۱۰- تا ۰ درجه سانتی‌گراد دارد. این پلیمر می‌بایست در کم‌ترین دمای ممکن فرآیند شود تا از گسست پلیمر به منومر جلوگیری شود. پلی‌دی‌اکسانون هیچ اثر حاد یا سمی در کاشت (ایمپلنت) نشان نداده است. بخیه تک رشته حدود ۵۰% از استحکام اولیه خود را پس از ۳ هفته از دست می‌دهد و طی ۶ ماه جذب می‌شود و این مزیتی نسبت به Dexon و یا محصولات دیگر برای ترمیم تدریجی زخم ایجاد می‌کند.

پلی (lactide-co-glycolide)

با استفاده از خواص پلی‌گلایکولید و پلی (l-lactide) به عنوان نقطه شروع، کوپلیمریزه کردن این دو منومر برای گسترش دامنه خواص هموپلیمر امکان‌پذیر است (شکل). کوپلیمرهای گلایکولید با پلی (l-lactide) و dl-lactide برای تجهیزات و کاربرد رهایش دارو توسعه یافته‌اند. توجه به این نکته ضروری است که بین ترکیب کوپلیمر، خواص مکانیکی و خواص تخریب مواد رابطه خطی وجود ندارد. به عنوان مثال یک کوپلیمر حاوی ۵۰% گلایکولید و ۵۰% dl-lactide از هریک از هموپلیمرها سریع‌تر تخریب می‌شوند (شکل). کوپلیمرهای l-lactide با ۲۵ تا ۷۰% گلاکولید آمورف هستند؛ دلیل آن قطع نظم زنجیره پلیمر توسط منومر دیگر است. یک کوپلیمر حاوی ۹۰% گلایکولید و ۱۰% l-lactide توسط Ethicon به عنوان یک بخیه قابل جذب تحت نام تجاری Vicryl توسعه داده شد. طی ۳ الی ۴ ماه جذب شده اما کمی زمان ماندگاری بیش‌تر دارد.

شکل بالا نیمه عمر هموپلیمرهای PGA و PLA و کوپلیمرهای آن را در بافت موش کاشته شده را نشان می‌دهد.

کوپلیمرهای گلایکولید با تری‌متیلن‌کربنات (TMC) که پلی‌گلیکونات نامیده می‌شود (شکل) هم به صورت بخیه (Maxon توسط Davis و Geck ) و پیچ و مهره (Acufex Microsurgical, MA) تهیه شده است. به طور معمول به صورت کوپلیمرهای بلوکی A-B-A در نسبت گلایکولید:TMC 1:2 با بلوک مرکزی گلایکولید-TMC (B) و بلوک‌های انتهایی گلایکولید خالص (A) تهیه می‌شوند. این مواد انعطاف‌پذیری بهتری نسبت به PGA خالص داشته و تقریباً در ۷ ماه جذب می‌شوند. گلایکولید همچنین با TMC و p- dioxanone (Biosyn توسط United States Surgical corp, Norwalk,CT) پلیمریزه شده است تا یک بخیه ترپلیمر را ایجاد کند که طی مدت ۳ تا ۴ ماه جذب می‌شود و در مقایسه با الیاف PGA خالص سختی کاهش یافته را ارائه می‌دهد.

سایر پلیمرهای در حال توسعه

در حال حاضر، تنها دستگاه‌های ساخته شده از هموپلیمرها یا کوپلیمرهای گلایکولید، لاکتیک، کاپرولاکتون، پارا دی‌اکسانون و تری‌متیلن‌کربنات برای بازاریابی توسط FDA ترخیص شده‌اند. با این حال تعدادی از پلیمرهای دیگر برای استفاده به عنوان مواد برای تجهیزات زیست تخرب پذیر در حال بررسی هستند. علاوه بر سازگاری آن‌ها برای مصارف پزشکی، پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر نامزدهای بسیار خوبی برای بسته بندی و سایر کاربردهای مصرفی هستند. تعدادی از شرکت‌ها در حال بررسی روش‌هایی برای ساختن پلیمرهای زیست تخریب پذیر کم هزینه هستند. یکی از روش‌های مهندسی زیستی سنتز پلیمرها با استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تولید پلی استرهای ذخیره کننده انرژی است. دو نمونه از این مواد پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات (PHP) و پلی‌هیدروکسی‌والرات (PHV) که به صورت تجاری به عنوان کوپلیمر با نام Biopol (Monsanto Co., St. Louis ) در دسترس هستند و برای استفاده در تجهیزات پزشکی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند (شکل). هموپلیمر PHP بلوری و شکننده است، در حالی که کوپلیمرهای PHP با PHV بلورینگی کم‌تر، انعطاف‌پذیری بیش‌تر داشته و فرآیند آن‌ها آسان‌تر است. این پلیمرها معمولاً برای زیست‌تخریب‌پذیری نیاز به حضور آنزیم‌ها دارند اما می‌توانند در طیف وسیعی از محیط‌ها تجزیه شوند و برای چندین کاربرد زیست پزشکی در نظر گرفته می‌شوند.

استفاده از پلی‌آمینواسیدهای سنتزی به عنوان پلیمر برای تجهیزات زیست پزشکی با توجه به موجود گسترده آن‌ها در طبیعت، انتخاب منطقی به نظر می‌رسد. با این حال در عمل پلی‌آمینواسید‌های خالص به دلیل بلورینگی بالا و همچنین دشوار شدن فرآیند آن‌ها و در نتیجه تخریب نسبتاً آهسته کاربرد چندانی پیدا نکردند. با توجه به آنتی‌ژنی بودن پلیمرها با بیش از ۳ اسید آمینه در زنجیره، آن‌ها برای استفاده در محیط In Vivo نامناسب می‌کند. برای برطرف‌‌سازی این مشکلات پلی‌آمینواسیدهای اصلاح شده با استفاده از مشتقات تیروسین سنتز شده است. به عنوان مثال پلی‌کربنات‌های مشتق شده از تیروسین موادی با استجکام بالا هستند که ممکن است به عنوان ایمپلنت‌های ارتوپدی سودمند باشند. همچنین امکان کوپلیمریزه پلی‌آمینواسیدها برای اصلاح خواص آن‌ها وجود دارد. دسته‌ای که بیش‌تر مورد تحقیق قرار گرفتند پلی‌استرآمیدها هستند.

جستجوی پلیمرهای جدید برای رهایش دارو ممکن است پتانسیل کاربرد در دستگاه‌های پزشکی را نیز داشته باشد. در رهایش دارو دانشمند فرمولاسیون نه تنها به پایداری ماندگاری دارو بلکه به پایداری پس از کاشت نیز توجه دارد، خصوصاً زمانی که دارو ممکن است ۱ تا ۶ ماه یا حتی بیش‌تر در ایمپلنت بماند. در مورد داروهایی که از نظر هیدرولیتیک ناپایدار هستند، ممکن است پلیمری که آب جذب می‌کند منع مصرف داشته باشد. محققان ارزیابی پلیمرهای آب‌گریز بیش‌تری را آغاز کردند که با فرسایش سطح نسبت به تجزیه هیدرولیتیک توده تخریب می‌شوند. دو دسته از این پلیمرها پلی‌انیدریدها و پلی‌ارتواسترها هستند. پلی‌انیدریدها از طریق دی‌هیدراسیون مولکول‌های دی‌اسید به وسیله پلیمریزاسیون تراکمی مذاب سنتز شده اند (شکل).

زمان تخریب را می‌توان با توجه به آب‌گریزی منومر از روز تا سال تنظیم کرد. مواد در درجه اول از طریق فرسایش سطح تخریب می‌شوند و سازگاری عالی در بدن دارند. تاکنون آن‌ها فقط برای فروش به عنوان یک سیستم تحویل دارو تأیید شده‌اند. محصول Gliadel که برای رهایش داروی شیمی درمانی BCNU در مغز طراحی شده است در سال ۱۹۹۶ مجوز قانونی دریافت کرده و توسط شرکت Guilford Pharmaceuticals (Baltimore) تولید می‌شود. پلی‌ارتواسترها برای اولین بار در سال ۱۹۷۰ توسط Alza Corp (Palo Alto, CA) و SRI International (Menlo Park, CA) در جستجوی پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر سنتزی برای کاربردهای رهایش دارو مورد بررسی قرار می‌گرفت (شکل).

این مواد چندین نسل بهبود را پشت سر گذاشتند و اکنون می‌توانند در دمای اتاق بدون تشکیل محصولات جانبی تراکمی پلیمریزه شوند. پلی ارتواسترها آب‌گریز هستند و دارای پیوندهای هیدرولیتیک هستند که با اسید حساس است اما در بنیاد پایدار است. آن‌ها با فرسایش سطح تجزیه شده و نرخ تخریب را می‌توان با ترکیب مواد کمکی اسیدی یا پایه کنترل کرد.

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده استنت و پیوند, اسید لاکتیک, اسیدهای آلفا هیدروکسی, ایمپلنت, بازسازی بافت هدایت شده, بخیه, پلی (lactide-co-glycolide), پلی گلیکولید (PGA), پلی‌آمینواسیدهای سنتزی, پلی‌ارتواسترها, پلی‌استر آلیفاتیک خطی, پلی‌استرآمیدها, پلی‌انیدریدها, پلی‌اورتواسترها, پلی‌دی‌اکسانون, پلی‌فسفاژن‌ها, پلی‌گلیکونات, پلی‌لاکتاید, پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر, پلیمریزاسیون حلقه‌گشا, پلی‌هیدروکسی‌بوتیرات, پلی‌هیدروکسی‌والرات, تجهیزات پزشکی, تری‌متیلن‌کربنات, دستگاه‌های تثبیت ارتوپدی, دندان‌پزشکی, رهایش دارو, کاربردهای قلبی عروقی, کوپلیمرهای پلی‌تری‌متیلن‌کربنات, گلایکولیک, محیط In Vivo, هگزافلوئوروپروپانول, هموپلیمرهای (ε-caprolactone), هیدرولیتیک | پاسخ دهید:

ماسک سه لایه پزشکی S/M/S و فرآیند تولید آن

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۵/۳۰ | توسط فرا پلیمر شریف

ماسک پزشکی شامل سه لایه است. این لایه‌ها عبارتند از: دو لایه جانبی تهیه شده از منسوج بی‌بافت پلی‌پروپیلن با تکنولوژی Spunbond و یک لایه میانی ساخته شده از منسوج بی‌بافت پلی‌پروپیلن با تکنولوژی Meltblown که بر روی هم لمینیت شده است.

لایه Meltblown

لایه Meltblown با قابلیت ذخیره بار الکتریسته ساکن به عنوان مانعی در برابر عبور ذرات عمل می‌کند و در فضای بین دو لایه Spunbond قرار گرفته است. این لایه یکی از قسمت‌های مهم در ماسک می‌باشد که نقش فیلتر را ایفا می‌کند. لایه Meltblown از فیلامنت‌های منقطع پلی‌پروپیلن تولید می‌شود. ظرافت هر یک از این فیلامنت‌ها ۱ تا ۵ میکرون است. همین ویژگی باعث افزایش ویژگی نفوذ‌ناپذیری می‌شود. لایه Meltblown در ماسک به عنوان کاغذ فیلتر هم شناخته می‌شود. البته منظور از کاغذی بودن، یک لایه‌ خشک و غیر منعطف نیست. بلکه این لایه نرم و انعطاف‌پذیر است.

لایه Meltblown نوعی پارچه بافته نشده با الیاف‌های فوق‌العاده ریز است. این محصول کرکی و نرم، می‌تواند روغن و میکروب‌ها را در خود جذب کند. در عین حال تنفس را سخت نمی‌کند. پس هم‌زمان با فیلتر کردن هوا، می‌تواند اکسیژن مورد نیاز را به سمت مجاری تنفسی عبور دهد.

تفاوت بین Meltblown و دیگر منسوجات نبافته در درجه نرمی، پوشاندگی، شفافیت، تخلخل و به طور کلی در اندازه تارها است. از بارزترین خصوصیات این نوع پارچه‌ها ظرافت الیاف و قدرت نفوذ ناپذیری بالا در برابر مایعات می‌باشد. پلیمرهای مستقر شده باید جریان ذوب زیادی ایجاد کنند که بتوان به راحتی آن‌ها را کشید تا الیاف ریز تولید کنند. ویسکوزیته از ۱۵۰۰-۳۰۰ گرم در ۱۰ دقیقه متفاوت است.

Meltblown فرآیندی است برای تولید شبکه‌های الیاف‌دار یا کالاهای که مستقیماً از پلیمرها یا رزین ها با استفاده از هوا با شتاب بالا یا نیروی مشخص دیگری برای باریک کردن تارها . فرآیند Meltblown یکی از جدیدترین و آخرین پیشرفت‌های فرآیندهای بدون بافت است. این فرآیند منحصربه‌فرد است زیرا تقریباً به طور انحصاری برای تولید میکروفیبرها نسبت به فیبرهایی با اندازه معمولی فیبرهای پارچه‌ای بیش‌تر به کار برده می‌شوند. قطر میکروفیبرهای Meltblown معمولاً در دامنه ۱ تا ۵ میکرون می باشد. اگر چه آن‌ها ممکن است به کوچکی ۰٫۱ میکرون و به بزرگی ۱۰ تا ۱۵ میکرون باشند.

Meltblown منسوج بی‌بافتی است که از پلی‌پروپیلن با شاخص ذوب بالا ساخته شده است. این پارچه از الیاف متقاطع زیادی تشکیل شده است که در جهت‌های تصادفی روی هم چیده شده اند. قطر فیبر از ۰٫۵ تا ۱۰ میکرون است و قطر فیبر حدود ۱/۳ قطر مو است.

برای تولید ماسک‌های استاندارد برای کادر پزشکی و سایر کارکنان در محیط‌های آلوده (پتروشیمی، صنایع سیمان، فولاد، آزمایشگاه‌ها) از این لایه نیز استفاده می‌شود. در واقع از دیگر ویژگی‌های لایه Meltblown ماسک، مقاومت آن در برابر مواد شیمیایی است. به طوری که این لایه علاوه بر فیلتر کردن میکروب‌ها، مانع از ورود آلاینده‌های شیمیایی به داخل مجاری تنفسی می‌شود.

لایه Spunbond

دو لایه Spunbond مانند اَلَک عمل می‌کنند و به صورت فیزیکی مانع عبور ذرات و ویروس‌ها می‌گردد.

Spunbond منسوجات از جنس پلی‌پروپیلن است. خاصیت و کیفیت آن در حد مصرف یک‌باره است. از این پارچه به عنوان پارچه‌ یک‌بار مصرف، لایه‌ سوزنی، نبافته‌ Spun و نبافته نیز یاد می‌شود. اشتباهی که در مورد این محصول وجود دارد این است که اغلب تصور می‌کنند Spun یک نوع پارچه است. Spunای که در ماسک سه بعدی و دیگر ماسک‌های یک‌بار مصرف به کار می‌رود از الیاف پِرِس تهیه می‌شوند.

مشکل اصلی ماسک‌های یک‌بار مصرف Spun که دو لایه هستند، نفوذپذیری آن‌هاست. لایه Spun آب‌دوست است و با چند بار گریز از آب، رطوبت را جذب می‌کند اما رطوبت به برخورد به لایه Meltblown دفع می‌شود و اجازه عبور پیدا نمی‌کند. البته باید اشاره کرد که لایه‌ های Spunbond آنتی یووی و آنتی باکتریال هستند و به ماسک لطافت می‌دهند تا ماسک زدن برای مصرف کننده آزار دهنده نشود.

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده anti-microbial, barrier, breathable material, Coronavirus, extrusion, female hygiene, fiber, geotextile, health care, hospital gowns, Lamination, Meltblown, Meltblown fabric, molten thermoplastic resin, Polypropylene, porous materials, Spunbond, Spunbond Fabric, ultrafine filament (micro-fibers), waterproof, wearability, اسپان باند, پلی‌پروپیلن, چندلایه, ضد آب, فیلامنت‌های منقطع پلی‌پروپیلن, فیلتر, گان پزشکی, لیف, ماسک سه لایه پزشکی, ماسک سه لایه پزشکی SMS, ملت بلون, منسوج بی‌بافت پلی‌پروپیلن, مواد تنفس پذیر, مواد متخلخل, میکروفیبر | پاسخ دهید:

۱۰ مزیت استفاده از پلاستیک نسبت به فلزات

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۵/۱۶ | توسط فرا پلیمر شریف

Peter Jacobs، مدیر ارشد بازاریابی در CNC Masters، به MPN گزارش می‌دهد که چرا تولیدکنندگان ابزار پزشکی باید فلزات را به نفع رزین‌های پلاستیکی جدید کنار بگذارند.

تولید تجهیزات پزشکی باید شامل استفاده از مواد یک‌بار مصرف باشد تا از بروز عفونت جلوگیری کند. علاوه بر این، آن‌ها ملزم هستند که تطبیق پذیری فوق‌العاده‌ای را ارائه دهند و در عین حال مقرون به صرفه هستند. زمانی که این موارد انجام می‌شود، پلاستیک‌ها می‌توانند به عنوان یک جایگزین عالی برای فلزات عمل کنند.

پلاستیک‌ها یک‌بار مصرف، شکل‌پذیر، بادوام و مقرون به صرفه هستند و می‌توانند از تجهیزات ساخته شده از فولاد، سرامیک یا شیشه بهتر عمل کنند. در اینجا برخی از مزایای استفاده از این ماده ارزان و بادوام در دستگاه‌های پزشکی ارائه شده است:

زبان طراحی انعطاف‌پذیر (Flexible design language)

پلاستیک ها با استفاده از رزین‌های مختلف به وجود می‌آیند. اگرچه هر رزین پلاستیکی خواص منحصر به فردی از خود نشان می‌دهد، اما همه پلیمرهای پلاستیکی محصول در واقع انعطاف‌پذیری بیش‌تری نسبت به فلزات ارائه می‌دهند.

ساخت دستگاه‌های پزشکی شامل طراحی‌های پیچیده، هندسه و بافت‌های پیچیده است که باعث می‌شود پلاستیک‌ها یک گزینه کاربردی‌تر باشند.

تولیدکنندگان معمولاً از ماشین‌آلات کنترل عددی کامپیوتری (CNC) برای ساخت دستگاه‌های پزشکی با ساختارهای پیچیده و طراحی‌های جذاب از نظر زیبایی استفاده می‌کنند. از آنجا که اکثر دارندگان مغازه‌ها در مقیاس کوچک یا متوسط کار می‌کنند، دستگاه‌های آسیابی کوچک برای حصول تطبیق پذیری، ایده‌آل در نظر گرفته می‌شوند در حالی که فضای جزئی‌ای را اشغال می‌کنند.

آخرین تکنیک‌ها مانند قالب‌گیری تزریقی پلاستیک‌، طراحی‌‌های قالب در حال توسعه و قطعات با هندسه‌های پیچیده را تسهیل می‌کند، در حالی که کارآیی فوق‌العاده را ارائه می‌دهد که با فلزات رقابت می‌کند. پلاستیک‌ها نه تنها به راحتی قالب‌پذیر هستند، بلکه آن‌ها استحکام و مقاومت مانند-فلز نیز دارند.

گندزدایی راحت (Convenient sterilisation)

ابزارهای جراحی ساخته شده از پلاستیک‌های پزشکی برای یک بار استفاده ایده‌آل هستند، زیرا مصرف آن‌ها از گسترش عفونت‌های مهلک جلوگیری می‌‌کند. اما فناوری‌های مدرن به ایجاد پلاستیک‌های خاص ضد میکروبی که در دستگاه‌های پزشکی استفاده می‌شوند، کمک کرده‌اند. این سطوح ضد میکروبی خاص علی‌رغم عدم گندزدایی منظم در دفع و از بین بردن سموم مؤثر هستند.

کارآسایی افزایش یافته (Enhanced ergonomic)

پلاستیک از فلز سبک‌تر است، بنابراین ساخت وسایل پزشکی از پلاستیک وزن آن‌ها را در یک حداقل حفظ می‌کند. این وزن کاهش‌یافته سطح راحتی دستگاه‌ها و ابزارها برای کارشناس پزشکی را افزایش می‌دهد و خستگی را در حین جراحی‌ها به حداقل می‌رساند.

پلاستیک نیز به راحتی قابل تنظیم است در حالی که قابلیت طراحی قابل توجه بیش‌تری نسبت به فلزات ارائه می‌دهد. این ماده در رنگ‌ها، تکمیل‌های سطحی و بافت‌ها مختلف موجود است که کاربرپسند بودن آن را افزایش می‌دهد.

پیشرفت‌های فنی در کامپوزیت‌های پلاستیکی به تولید محصولات ترموپلاستیک کمک کرده است که عمل‌کردی معادل با فلزات در حیطه‌هایی نظیر استحکام به وزن / سختی دارند.

ایمنی (Safety)

پلاستیک پزشکی مقاوم در برابر شکستن و غیر قابل نفوذ است که آن را یک راه حل برجسته برای جابه‌جا کردن ایمن مواد زیستی خطرناک می‌سازد و از گسترش عوامل بیماری‌زای کشنده جلوگیری می‌کند. پلاستیک‌های پزشکی جهت ساخت پوشش‌های ضد دست‌کاری شونده نیز استفاده می‌شوند تا نقش خطا را در تجویزهای پزشکی بیمار حذف کنند.

قابلیت بازیافت (Recyclability)

پلاستیک‌ها قابل استفاده مجدد هستند در حالی که آن‌ها در مقایسه با فلزات مزیت قابل توجهی می‌‌بخشند. پلاستیک‌های مصرفی می‌توانند چندین بار ذوب شوند و مورد استفاده مجدد قرار بگیرند در حالی که آن‌ها انتخاب اقتصادی برای صاحبان صنایع است. برعکس، قطعات فلزی، یک‌بار که تخریب شدند، باید کنار گذاشته و با قطعات جدید مبادله شوند.

پلاستیک‌ها همچنین می‌توانند بازیافت و برای تولید اجزای سازنده جدید استفاده شوند. این مزیت همچنین به کاهش زمان صرف شده برای تأمین مواد جدید برای تولید کمک می‌کند.

مقرون به صرفه از نظر اقتصادی (Economically efficient)

رزین‌های پلاستیکی در مقایسه با فلزات نسبتاً مقرون به صرفه هستند، در درجه اول به این دلیل که اساساً هزینه‌های تولید قطعات پلاستیکی ارزان‌تر از نمونه‌های فلزی آن‌ها هستند.

صرف نظر از حجم قطعات مورد نیاز در طول چرخه تولید، پلاستیک‌ها مقرون به صرفه‌تر هستند و در بخش پزشکی مزایای برابر ارائه می‌دهند.

علاوه بر این، پلاستیک‌ها به دلیل سبک بودن و مصونیت در برابر تهاجم شیمیایی و خوردگی، از لحاظ اقتصادی برای انباشتن و حمل با کشتی نسبت به فلزات مقرون به صرفه هستند. پلاستیک‌های مدرن امروزی پایداری قابل توجهی را ارائه می دهند که احتمالات آسیب‌دیدگی آن‌ها در هنگام حمل و نقل را کاهش می‌دهد در حالی که علاوه بر این از هزینه‌های اضافی جلوگیری می‌کنند.

گیرایی زیبایی‌شناختی (Aesthetic appeal)

قالب‌گیری تزریقی به استانداردهای زیبایی‌شناختی رایج پای‌بند است. این استانداردها حکم می‌کند که دستگاه‌های پزشکی تولید شده از نظر زیبایی‌شناختی خوشایند هستند که جای‌گزین منظر سازمانی شوند.

فرآیند تزریق به طور مستقیم پلاستیک‌ها را رنگ می‌کند و به حصول شفافیت طبیعی کمک می‌کند. این فرآیند با استفاده از کدگذاری رنگ، شناسایی را ساده‌تر می‌سازد و جذابیت محصولات را افزایش می‌دهد.

قالب‌گیری تزریقی پلاستیک محصولات نهایی را تولید می‌کند که مجموعه‌ای متمایز از کارکرد را در حوزه پزشکی ارائه می‌دهد. مزایای استفاده از دستگاه‌های پزشکی به صورت تزریقی قالب‌گیری شده؛ سازگاری، در دسترس بودن، ارزش زیبایی‌شناختی و هزینه‌های کاهش‌یافته مقیاس بندی‌شده آن‌ها را دربردارد.

طول عمر بیش‌تر (Greater life span)

اگرچه فلزات عمر طولانی دارند، اما آن‌ها برای تخریب شیمیایی و جوی مستعد هستند، بنابراین در حالی که طول عمر آن‌ها را کاهش می‌دهد. در مقابل، پلاستیک‌ها در برابر حملات فیزیکی، شیمیایی، آب و هوایی و محیطی بسیار مقاوم هستند و بنابراین مقاومت بیش‌تر و طول عمر طولانی‌مدتی را فراهم می‌کنند.

سازگاری بهتر (Better compatibility)

دستگاه‌های پلاستیکی تولید شده از قالب‌گیری تزریقی سازگاری بالاتری با دستگاه‌های تصویربرداری و اشعه X نسبت به فلزات دارند. آن‌ها به دلیل نفوذ عمیق‌تر اشعه X، مشاهده دقیق‌تر استخوان‌ها را امکان‌پذیر می‌کنند. نتایج تصویربرداری حاصل از دستگاه‌های پلاستیکی دقیق‌تر از فلزات است زیرا مغناطیس دستگاه‌های MRI را مختل نمی‌کنند.

مزایای زیست‌محیطی (environmental benefits)

در مقایسه با فلزات، ابزارهای پلاستیکی یک‌بار مصرف گزینه پایدار ارجح هستند. شرکت‌ها دریافته‌اند که رد پای کربن از ابزارهای یک‌بار مصرف حداقل است و می‌تواند در حصول میزان صفر خالص نسبت به میانگین انتشار سالانه یک‌سان CO₂ از بیمارستان‌هایی که از ابزارهای فلزی مرسوم استفاده می‌کند، کمک کنند.

به عنوان مثال، قالب‌گیری تزریقی، بخشی از فرآیند تولید انبوه که پلاستیک را می‌سازد، در مقایسه با تولید فلز، حداقل مواد اسقاطی را پشت سر می‌گذارد. این فرآیند همچنین نیاز به درجه حرارت پایین‌تری نسبت به فلز دارد که انرژی کم‌تری مصرف می‌کند.

سخن نهایی

رزین‌های پلاستیکی به دلیل خواص فوق‌العاده نظیر سبک وزن، بادوام، رسانایی حرارتی و سودمند بودن از لحاظ اقتصادی اخیراً شتاب کسب کرده‌اند.

با ظهور پلیمرهای جدید، پلاستیک‌ها به سرعت جای‌گزین همتایان فلزی خود در صنایع بسیاری از جمله علوم پزشکی می‌شوند.

منبع خبر

https://www.medicalplasticsnews.com/medical-plastics-industry-insights/medical-plastics-materials-insights/10-advantages-of-using-plastic-rather-than-metal

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده antimicrobial, Flexible design language, infection, Injection Moulding, medical device, Plastic, Thermoplastic, versatility, مزیت استفاده از پلاستیک | پاسخ دهید:

لوله‌های پلی‌اتیلنی – بخش پنجم – آزمون‌های مکانیکی

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۵/۱۲ | توسط فرا پلیمر شریف

قبل از ارزیابی تست‌های مکانیکی لوله PE بهتر است که ابتدا پارامترهای مرتبط با تست‌های مکانیکی بررسی گردد:

طراحی لوله

طراحی و رده‌بندی لوله‌های پلی‌اتیلنی عموماً بر اساس فشار و دمای سیالی که در آن‌ها جریان دارد، انجام می‌گیرد. علاوه بر فشار و دمای سیال، گرید و نوع پلیمر مصرفی نیز فاکتور دیگریست که در این رده‌بندی‌ها در نظر گرفته می‌شوند. مثلاً تعریف دمای مجاز سیال برای لوله‌هایی از PP-B (بلوک PP) معادل ۲۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد در حالی که پهنای دمایی سیال برای لوله‌های PP-R (راندم PP) از ۲۰ درجه سانتی‌گراد الی ۸۰ درجه سانتی‌گراد تعریف می‌گردد و دامنه دمایی سیال برای لوله‌های PE معمولی حداکثر تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد و برای لوله‌های تقویت‌شده با استابیلایزرها تا ۵۰-۲۰ درجه سانتی‌گراد و برای لوله‌های PE-X از ۵۰ تا حدود ۱۰۰ درجه تعریف شده است.

اصولاً لوله‌های PE-X نسبت به لوله‌های رایج پلی‌اتیلنی از مقاومت گرمایی و شیمیایی بهتری برخوردارند ضمن آن که PEX را می‌توان در زیر خاک حتی بدون نیاز به زیرسازی با ماسه یا خاک نرم برای انتقال آب یا گاز مورد استفاده قرار دارد.

در مبحث لوله‌های PE تقسیم‌بندی دیگری به نام (MRS) Minimum Required Stress وجود دارد. MRS نشان‌گر حداقل تنش ممکن داخل لوله است که می‌تواند توسط سیالی با دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۵۰ سال یا حدود ۴/۴ میلیون ساعت بر لوله وارد شود بدون آن که لوله بر اثر این فشار سیال دچار نقص کیفی گردد.

پلی‌اتیلن‌های مصرفی جهت انتقال آب و گاز عموماً از گریدهای PE40 و PE100 تهیه می‌گردند. حداقل تنش اسمی MRS این گریدها جهت انتقال سیالی با دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد و عمر مفیدی معادل حداقل ۵۰ سال به صورت ذیل گروه‌بندی می‌گردد.

در صنعت آب‌رسانی با لوله‌های اندازه پایین اغلب از گرید PE80 استفاده می‌شود که انعطاف‌پذیری بیش‌تری دارند و گرید PE100 اغلب جهت تولید لوله‌های اندازه بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از پلی‌اتیلن‌هایی که تنش اسمی یا MRS آن‌ها در گروه ۸ و ۱۰ قرار دارد، می‌توان لوله‌هایی با فشار اسمی تعیین شده ولی با ضخامت‌های کم‌تری نیز تهیه نمود یعنی می‌توان وزن لوله را کاهش داد بدون آن که کیفیت آن تغییر کند که این امر علاوه بر صرفه‌جویی در مقدار مواد مصرفی و کاهش هزینه‌های محصول تمام شده باعث افزایش انعطاف‌پذیری لوله‌های تولید شده نیز خواهد شد.

اگرچه PE100 نسبت به PE80 از مزایای بیش‌تری مثل مقاومت خوب در برابر پیش‌رفت سریع و آهسته شکاف (RCP) و (SCP) برخوردار است و در یک رده فشاری مشخص می‌تواند فشار بیش‌تری را تحمل کند ولی با این وجود برای خطوط انتقال آب و گاز به دلایل ذیل اغلب از گرید PE80 استفاده می‌گردد.

تسهیل در امر حلقه کردن لوله تولیدی و همین طور باز کردن آن در متراژ صد متری
کیفیت بهینه جوش پلاستیکی PE80 نسبت به PE100
فرآیندپذیری بهتر PE80 نسبت به PE100
انعطاف‌پذیری بهتر PE80 نسبت به PE100

معمولاً برای سیستم آب‌رسانی صنعتی در محدوده فشاری بین bar 2/25-5 لوله‌های با قطری ۱۰۰ میلی‌متر الی ۱۰۰۰ میلی‌متر طراحی می‌گرداند و برای سیستم‌های آب‌رسانی تحت فشار bar 10-16 از لوله‌هایی با قطر ۱۱۰ میلی‌متر استفاده می‌شود.در سیستم‌های آب‌رسانی منازل با لوله‌های کم قطر و سیستم‌های کم فشار عموماً از پلی‌اتیلن گرید PE80 استفاده می‌شود ولی برای لوله‌های اصلی یا شاه لوله‌های آب‌رسانی در همین سیستم‌ها ترجیح داده می‌شود که از گرید PE100 استفاده گردد.

در سیستم‌هایی که فشار سیال و جهت حرکتی سیال به صورت متناوب تغییر می‌کند، ترجیحاً از گریدی استفاده می‌گردد که از انعطاف‌پذیری بهتری برخوردار باشد تا بتواند در مقابل تغییرات پی در پی فشار سیال مقاومت نماید. لذا این گونه لوله‌ها عموماً از PE-MD و یا HDPE80 که از انعطاف‌پذیری بیش‌تری نسبت به گرید PE100 برخوردار هستند، تولید می‌گردند. انعطاف‌پذیری بیش‌تر لوله باعث می‌شود که مقاومت آن در برابر تغییرات ناگهانی و متوالی فشار بهتر گردد.

طراحی لوله‌های پلیمری بر اساس فشار اسمی و دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد و عمر مفید بیش از ۵۰ سال باید طوری انجام گردد که تغییرات ابعادی و یا تغییر شکل لوله در طول این مدت و تحت فشار تعریف شده بیش از %۶ نباشد.

بر همین اساس ضروریست که فشار اسمی و یا رده فشاری لوله طبق فرمول زیر محاسبه و تعیین گردد:

بنابراین MRS یا حداقل تنش محاسباتی لوله‌های پلی‌اتیلنی با در نظر گرفتن ضریب ایمنی C برای ۵۰ سال عمر مفید بر حسب MPa از طریق فرمول زیر به صورت ذیل محاسبه می‌گردد.

C ضریب ایمنی لوله نامیده می‌شود. مقدار این ضریب برای لوله‌های انتقال آب ۱/۲۵ و برای لوله‌های انتقال گازمعادل ۲ در نظر گرفته می‌شود.

فشار اسمی و تنش هیدرولیکی لوله‌ها نیز بر حسب حداقل ضخامت و میانگین قطر خارجی لوله از فرمول ذیل محاسبه می‌گردد:

تست فشار لوله‌های پلی‌اتیلنی

مهم‌ترین آزمون لوله‌های پلی‌اتیلنی تست فشار هیدرواستاتیکی و هیدرودینامیکی می‌باشد. عموماً مدت زمان این گونه آزمایش‌ها طولانی می‌باشد. بنابراین به منظور پرهیز از زمان طولانی فرآیند آزمون و همین طور اطمینان از نتایج آزمایشات ترجیح داده می‌شود که آزمون در شرایط دمایی مختلف و اصولاً بالاتر از دمای استانداردهای عنوان شده انجام گیرد مثلاً در دماهای ۲۰، ۴۰، ۶۰ و ۸۰ درجه سانتی‌گراد و… .

لذا در صورتی که دمای آزمون بالاتر از ۲۰ درجه سانتی‌گراد باشد، ضروریست جهت معادل‌سازی و اطمینان از نتایج آزمایشات از ضرایب تبدیل گرمایی مطابق جدول زیر استفاده گردد.

آزمایشات به عمل آمده روی لوله‌های PVC، PP و PE نشان می‌دهند که هر چه دمای سیالیت جاری در لوله پایین‌تر باشد به همان نسبت هم عمر مفید لوله طولانی‌تر خواهد بود.

با افزایش دمای سیال و گذشت زمان، لوله در یک نقطه دچار تیک یا سستی مکانیکی شده و در نهایت در همان لحظه دچار شکست خواهد شد. نقطه‌ای که لوله دچار سستی مکانیکی می‌شود، همان نقطه‌ایست که تغییرات پلاستیکی با پارگی از نوع Ductile (تست هیدرودینامیکی) در آن‌جا اتفاق خواهد افتاد. از همین آزمایش‌ها نتیجه‌گیری شده است که لوله‌های PVC تحت شرایط یکسان نسبت به لوله‌های PP و PE از عمر مفید بیش‌تری برخوردارند.

عمر مفید لوله به صورت تابعی ازدمای سیال جاری

فشار هیدرواستاتیک (تست کوتاه‌مدت)

در این تست نمونه لوله پس از غوطه‌ور شدن در حوض‌چه آب ۲۰ درجه سانتی‌گراد و تعادل دمایی لازم با آب حوض‌چه، در زمانی به مدت ۱ ساعت تحت تأثیر فشار ثابت داخلی قرار داده می‌شود. بدیهی است که مقدار فشار اعمال شده بر نمونه بر اساس ابعاد لوله متغییر می‌باشد ولی برای محاسبه فشار عموماً از فرمول ذیل استفاده می‌شود.

حوض‌چه تست آزمون و نحوه قرارگیری نمونه‌ها در حوض‌چه

در این آزمون نباید نمونه در طول زمان آزمون (۱ ساعت) دچار نواقصی مانند ترک‌های مویی، تورم موضعی، بادکردگی، نشتی و یا ترکیدگی گردد.

مشاهده هر کدام از این نواقص نشان‌دهنده غیر استاندارد بودن لوله تولیدی است و لذا ضروریست که آزمون مجدداً تکرار گردد.

آماده سازی نمونه‌ها

عموماً برای هر آزمون سه نمونه با ویژگی‌های ذیل تهیه می‌گردد:

نمونه‌ها به صورت راندوم از لوله‌ایی که ۱۶ الی ۲۴ ساعت قبل تولید شده‌اند و دمای آن‌ها با دمای محیط متعادل شده است، تهیه می‌شوند.

نمونه‌ها باید عاری از هر گونه آلودگی و به خصوص عاری از چربی باشد.

طول مفید نمونه‌ها براساس قطر بیرونی لوله تعیین می‌گردد.

بنابراین طول مفید نمونه لوله‌هایی که قطر خارجی آن‌ها کم‌تر یا مساوی ۱۵۰ میلی‌متر است باید حداقل بزرگ‌تر از ۵ برابر قطر و برای لوله‌هایی که قطر خارجی آن‌ها بیش‌تر از ۱۵۰ میلی‌متر است، باید بزرگ‌تر یا حداقل مساوی ۳ برابر قطر لوله در نظر گرفته شود.

تعادل دمایی نمونه با دمای محیط (آب حوض‌چه) یکی دیگر از پارامترهای تأثیرگذار در نتایج این آزمون می‌باشد، بنابراین ضروریست که پس از پر و بسته شدن دو طرف نمونه توسط درپوش‌های مخصوص (گپ‌ها)، نمونه آماده به مدت ۱ الی ۲ ساعت قبل از شروع آزمایش در حوض‌چه آزمون قرار داده شود.

تست ترکیدگی لوله

در این آزمون نمونه‌های آماده به مدت ۶۰ الی ۷۰ ثانیه زیر فشاری فزاینده قرار داده می‌شوند تا لحظه‌ای که قسمتی از نمونه با افزایش فشار دچار تورم و بادکردگی شده و به مرور تغییر شکل دهد و در نهایت بترکد.

با ترکیدن لوله و برقراری ارتباط بین آب درون لوله و آب حوض‌چه جریان الکتریکی قطع می‌گردد و با قطع جریان الکتریکی عقربه کورنومتر ثابت می‌ماند.

اشکال مختلف ترکیدگی لوله در تست کوتاه مدت

لوله در تست کوتاه مدت

I : Ductile Fracture: ترکیدگی از نوع نوک قناری

I : Brittle Fracture:: ترکیدگی غیر معمول

فاکتورهایی که در این آزمون مورد ارزیابی و بررسی قرار می‌گیرند عبارتند از:

مدت زمان آزمون که این زمان از لحظه شروع اعمال فشار و تا زمان قطع جریان الکتریکی ادامه می‌یابد، حداکثر فشار اعمال شده تا لحظه ترکیدن نمونه و از همه مهم‌تر بررسی نوع ترکیدگی جهت ارزیابی کیفی لوله.

نتایج آزمون زمانی مثبت ارزیابی خواهد شد که نمونه ابتدا در محور طولی متورم ‌شود و سپس با افزایش فشار به صورت نوک قناری (Ductile) درآید و بترکد.

حداقل فشار مجازی که در این تست برای لوله‌های انتخاب می‌گردد، عبارتند از:

لوله‌های LDPE معادل ۸٫۶۲ Mpa

لوله‌های MDPE معادل ۱۳٫۷۰ Mpa

لوله‌های HDPE معادل ۱۷٫۳۶ Mpa

در صورتی که نمونه در زمانی کم‌تر از ۶۰ ثانیه تخریب گردد لازم است که آزمون مجدداً تکرار گردد.

بررسی شکل ترکیدگی نمونه یکی از نقاط بحث‌برانگیز در این تست می‌باشد.

رفتار لوله‌های PE در آزمون ترکیدگی لوله به شکل نوک قناری (حالت I در شکل بالا) تشابه زیادی به رفتار پلیمرهای نیمه کریستال در تست کشش دارد.

همان گونه که در تست کشش، ازدیاد طولی الاستیکی نمونه فقط در محدوده قانون هوک متناسب با نیروی وارده است و خارج از آن محدوه و تا نقطه تسلیم تناسب قانون‌مندی بین ازدیاد طول الاستیکی پلاستیکی نمونه با افزایش فشار نیرو مشاهده نمی‌شود در تست ترکیدگی لوله‌ها هم با افزایش فشار ابتدا بخش آمورف نمونه دچار تغییر شکل و ازدیاد طولی الاستیکی می‌شود (تورم ابتدایی لوله در طول لوله) و پس از آن نمونه وارد فاز دوم یعنی ازدیاد طول الاستیکی-پلاستیکی می‌گردد و با افزایش فشار این روند تا آن‌جا ادامه می‌یابد که با ریزش مولکولی ازدیاد پلاستیکی بخش لوله پدیدار و در نهایت در مقطعی عمود بر طول لوله دچار شکستگی می‌گردد.

دقیقاً به همان صورت که در تست کشش با ریزش مولکولی نمونه در نقطه تسلیم و پلاستیکی شدن ازدیاد طول، نیروی کشش به یک‌باره کاهش و پس از آن ازدیاد پلاستیکی طول نمونه متناسب با افزایش نیرو ادامه می‌یابد تا نمونه پاره شود (تصویر زیر) در این‌جا هم همین اتفاق می‌افتد.

دیاگرام کشش-ازدیاد طول پلی‌اتیلن در تست کشش

این نوع پارگی در نمونه‌ پلیمرهای نیمه‌کریستال، رفتاری طبیعی محسوب می‌شود.

ولی هرگاه نمونه بدون نشان دادن ازدیاد طولی الاستیکی تا نقطه مشخصی در برابر نیروی فزاینده کششی مقاومت نماید و بدون رسیدن به نقطه تسلیم به یک‌باره شکسته یا پاره شود، یعنی رفتاری شکننده از خود نشان دهد این امر برای پلیمرهای نیمه‌کریستال که پلی‌اتیلن هم یکی از آن‌هاست رفتاری غیر طبیعی محسوب می‌گردد.

بنابراین هرگاه نمونه تحت فشار بدون نشان دادن تورم الاستیکی-پلاستیکی به یک‌باره پاره شود به این نوع پارگی که از نظر طراحی و فنی پارگی خطرناکی هم محسوب می‌شود Brittle Fracture گفته می‌شود. (نمای II تصویر بالا)

ترکیدگی از نوع Brittle اصولاً زمانی رخ خواهد داد که لوله در مدت زمانی طولانی تحت تأثیر تنش داخلی قرار گرفته باشد. ترکیدگی نوع Brittle در پلیمرهای نیمه‌کریستال برعکس ترکیدگی نوک قناری نه در بخش آمورف، بلکه در بخش کریستالیت‌های پلیمر پدیدار می‌گردد و روند پیدایش آن بدین صورت است که ابتدا یک شکاف میکروسکوپی در این بخش از پلیمرها ایجاد شده و به سرعت رشد می‌کند و در نهایت بدنه لوله را به موازات طول لوله پاره می‌کند.

برخلاف آنچه به نظر می‌رسد این فشار جریان سیال داخل لوله نیست که عامل تسریع پارگی در لوله می‌گردد، بلکه بیش‌تر تغییرات افزایشی دمای سیال است که مستقیماً روی شدت و سرعت پارگی از نوع Brittle تأثیرگذرا است و باعث پارگی زودهنگام لوله می‌گردد.

انجام این تست براساس ASTM D1599 و به نام Burst برای لوله‌هایی که اندازه کم‌تر از ۲۰۰ میلی‌متر دارند، به عنوان یکی از متداول‌ترین تست‌های مکانیکی لوله‌های پلی‌اتیلنی به شمار می‌رود.

در این آزمون هر گونه تورم موضعی-ترک‌خوردگی ریز و درشت- نشتی و یا هر عامل دیگری که باعث افت فشار اعمال شده در لوله گردد و یا باعث جلوگیری از افزایش یکنواخت فشار در لوله شود- به عنوان نقیصه تلقی شده و همین امر تکرار آزمون را الزامی می‌سازد و لذا لوله‌هایی مثبت ارزیابی می‌گردند که نمونه آن‌ها پس از پایان آزمون از یک طرف عاری از هرگونه عیوب کیفی باشد و از طرف دیگر ازدیاد طولی و قطری نمونه پس از پایان آزمون بیش از ۵% و بیش از ۵/۲% نباشد.

تست هیدرواستاتیکی (تست بلندمدت)

به منظور تعیین عمر مفید لوله‌های تولید شده، آزمون دیگری تحت عنوان تست بلندمدت روی لوله انجام می‌گیرد. نمونه‌ها در این آزمون در شرایط دمایی مختلف تحت تأثیر سیالی با فشار به نام Vergleichsspannung یا Hoop Stress قرار داده می‌شوند. طبق DIN 8075 تعیین مقدار Hoop Stress براساس نوع پلی‌اتیلن، درجه حرارت آزمون و مدت زمان آزمون متفاوت می‌باشد.

تنش طراحی لوله جهت نسبت هیدرواستاتیکی براساس فرمول ذیل محاسبه می‌گردد:

نتایجی که از این تست حاصل می‌شود عبارت است از تعیین حداقل زمان ممکن مقاومت لوله در برابر دما و فشار تعیین شده سیال داخل لوله.

پارامترهای تأثیرگذار بر زمان پارگی لوله‌های پلی‌اتیلن گریدهای ۸۰ و ۱۰۰

این تست در دیاگرام Hoop Stress-Time به صورت لگاریتمی ترسیم می‌گردد و نتایج آن نشان‌گر مختصات دمایی و زمانی نقطه تسلیم لوله می‌باشد.

دیاگرام لگاریتمی تست بلندمدت هیدرواستاتیکی

آزمایش دیگری که در برخی اوقات جهت بررسی کیفیت لوله‌های تولیدی در ارتباط با عمر مفید آن‌ها انجام می‌گیرد، تشخیص مقاومت لوله در برابر سرعت پیش‌روی (خزش) ترک در لوله می‌باشد که با نام‌های (Low Crack Growth) یا پیش‌روی آرام و خزش RCP (Rapid Crack Propagation) که به نام پیش‌روی سریع در لوله نامیده می‌شوند. جهت بررسی مقاومت یک لوله در برابر سرعت پیش‌روی خزش در طول و یا عمق لوله عموماً از تست Notch استفاده می‌شود.

جهت انجام این تست ابتدا روی محیط لوله شکاف‌های vشکلی با زاویه ۶۰ درجه ایجاد می‌گردد (تصویر زیر) و سپس نمونه تحت فشار داخلی قرار داده می‌شود و در نهایت زمان پیش‌روی ترک یا شکاف‌های پدید آمده روی نمونه مورد بررسی قرار می‌گیرد.

این آزمون اغلب برای لوله‌های انتقال گاز و انتقال آب و بر اساس استاندارد DVGW-A2[Section A2(2003)] مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تست Notch با زاویه ۶۰ درجه روی محیط لوله

از سری SDR 11 تولید شده از گرید PE80 در شرایط دمایی آزمون ۸۰ درجه سانتی‌گراد و تحت فشار داخلی bar209 حداقل باید بیش‌تر یا مساوی ۵۰۰ ساعت باشد.

آزمون دیگری که در ارتباط با تعیین سرعت خزش روی نمونه‌های پلیمری انجام می‌گیرد، تست FNCT (Full Notch Creep-Test) می‌باشد.

در این آزمون طبق استاندارد DIN 53 444 به جای لوله که ضخامت دیواره آن کم است از نمونه‌‌ایی کاملاً پر استفاده می‌گردد. (تصویرزیر)

نمونه کاملاً پر برای تست FNCT

در این تست ابتدا شکافی به عمق mm 1/6 روی محیط نمونه ایجاد می‌گردد و سپس نمونه در محیط سیالی از نوع Arkopal N 100 2% و دمای ۹۵ درجه سانتی‌گراد تحت آزمون کششی با باری معادل Mpa 4/5 قرار داده می‌شود.

دستگاه و شرایط قرارگیری نمونه در تست FNCT

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Ductile, Hoop Stress, Low Crack Growth, PE100, PE40, Rapid Crack Propagation, Vergleichsspannung, استابیلایزر, پلیمرهای نیمه‌کریستال, ترکیدگی از نوع نوک قناری, تست ترکیدگی لوله, تست هیدرواستاتیکی (تست بلندمدت), چقرمه, دمای سیال, طراحی لوله, فشار هیدرواستاتیک (تست کوتاه‌مدت), قانون هوک, مقاومت گرمایی و شیمیایی, هیدرولیکی لوله‌ | پاسخ دهید:

پلاستیک متخلخل: معرفی، کاربرد، مزایا

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۵/۰۶ | توسط فرا پلیمر شریف

پلاستیک متخلخل چیست؟

ممکن است اصطلاح پلاستیک متخلخل را شنیده باشید اما از معنی آن کاملاً مطمئن نیستید. این اصطلاح در بین مهندسان و تیم‌های تحقیق و توسعه نسبتاً رایج است؛ زیرا آنها مواد لازم برای ساخت محصولات را تأمین می‌کنند. اما، پلاستیک متخلخل دقیقاً چیست؟ ما بررسی خواهیم کرد که این ماده چیست و چه کاری می‌تواند انجام دهد.

پلاستیک متخلخل تعریف می شود:

ساده‌ترین تعریف از پلاستیک متخلخل، یک ماده چند کاره و تنفس‌پذیر است که در بسیاری از محصولات مختلف استفاده می شود. تعریف پیچیده کمی علمی‌تر است.

مهندسان ذرات را با هم ترکیب می‌کنند تا یک ساختار ریزمتخلخل تنفس‌پذیر ایجاد کنند. نتیجه یک جزء با دوام و قابل انعطاف از نظر طراحی است که می‌تواند جریان گازها، مایعات، نور یا صدا را کنترل کند.

احتمالاً بهتر است با ذکر چند مثال بهتر این مسئله را درک کنیم:

اپلیکاتورهای فوم که برای اعمال آرایش استفاده شدند از پلاستیک متخلخل ساخته می‌شوند.

همان طور که فتیله‌های داخل خوشبوکننده‌های هوای Plug-in هستند.

و نوک قلم روی هایلایتر شما برای به کار بردن جوهر مورد استفاده قرار گرفت.

در هر دو مورد، محصول نهایی به سطح بالایی از کنترل بر روی جریان گاز و مایعات داخل آن نیاز دارد.

در رابطه با اپلیکاتورهای آرایشی، مواد باید فتیله شوند اما آرایش کافی مربوط به استعمال را جذب کنند. در مورد خوشبوکننده هوا، فتیله به آرامی رایحه مایع را در هوا پخش می‌کند. هر دو محصول نیاز به یک جز دارند که به کنترل جریان گازها و مایعات کمک کند.

انواع پلاستیک متخلخل

سه نوع پلاستیک متخلخل اصلی وجود دارد. در اینجا یک توضیح اجمالی از هر یک بیان می‌شود:

پلاستیک متخلخل تف‌جوشی شده (Sintered porous plastic): پلیمرها یا ذرات مختلف برای ایجاد اندازه‌های منفذ کنترل شده ترکیب می‌شوند، که یک ماده قوی و خودکفا (self-supporting) بسازند.

الیاف متصل شده (Bonded fibers): الیاف متصل شده مواد با طیف گسترده‌ای از توانایی‌های انتقال مایع ایجاد می‌کنند که برای محصولات پزشکی، صنعتی و مصرفی عالی هستند.

فوم سلول باز (Open-cell): آمیزه سفارشی از مواد با اندازه‌های منفذ، تراکم‌ها و نرمی متفاوت، فوم سلول باز معمولاً به عنوان فوم نوع پزشکی و آرایشی برای جذب مایع استفاده می‌شود.

پلاستیک متخلخل چه کاری می‌تواند انجام دهد؟

در Porex، پلاستیک متخلخل ما می‌تواند به طرق مختلف مورد استفاده قرار گیرد، از جمله:

جذب

پلیمرهای پلاستیکی به صورت فوم متخلخل یا محلول‌های لیفی متخلخل ساخته می‌شوند.

مثال: پزشکان برای مراقبت زخم از فوم پزشکی ساخته شده از پلاستیک متخلخل استفاده می‌کنند.

استعمال

محلول‌‌های متخلخل می‌توانند سیال را قادر سازند که به سطح اعمال شود.

مثال: اپلیکاتورهای نرم که به منظور به کار بردن از خط چشم یا خط لب استفاده می‌شوند اغلب از پلاستیک متخلخل ساخته می شوند.

انتشار

محلول‌های متخلخل می‌توانند مایع، گاز یا نور را به طور مساوی پخش کنند.

مثال: فتیله‌های پخش‌کننده نی (reed) رایحه‌ای پایدار در فضای اتاق آزاد می‌کنند.

فیلترسازی

پلاستیک متخلخل می‌تواند اجازه دهد مایع، گاز، نور یا صدا به منظور حذف مواد ناخواسته عبور کنند.

مثال: یک فیلتر کوچک درون اسپری بینی آلودگی‌ها را از دارو دور نگه می‌دارد و اجازه استفاده مکرر را می‌دهد.

گازگیری

منافذی که از پلاستیک متخلخل ایجاد می‌شوند، کارآمدی و طول عمر محصول را بهبود می‌بخشند.

مثال: داخل چراغ های جلوی اتومبیل منافذ حفاظت از روشنایی خودرو وجود دارد که رطوبت را به حداقل و روشنایی را به حداکثر می‌رساند.

فتیله‌سازی

انتقال مایع از طریق عمل موئینگی با پلاستیک متخلخل امکان‌پذیر است.

مثال: فتیله‌های داخل آزماینده‌های بارداری یک مقدار کنترل شده از مایع را به نوار آزمایش می‌رسانند که نتایج را میسر می‌کنند.

این احتمال زیاد است که اگر محصول شما به نوعی مایعات یا گازها را در اطراف جابه‌جا می‌کند، از یک ماده پلاستیکی متخلخل بهره‌مند خواهید شد. اگر می‌پندارید که محصول شما به یک جزء پلاستیک متخلخل نیاز دارد، بسیار آسان است که با یک مهندس صحبت کنید یا یک نمونه را درخواست کنید.

مزایای مواد پلاستیکی متخلخل

هزینه کم‌تر
ابزار ارزان قیمت
عمل‌کرد قابل تکرار – تخلخل کنترل شده
قابل استریل شدن
مقاوم در برابر مواد شیمیایی – در برابر بیشتر اسیدها، بازها، حلال‌ها و هیدروکربن‌ها
مقاومت در برابر خوردگی عالی
خلوص بالا -رزین‌های تأیید شده توسط FDA / USDA
استحکام بالا، وزن سبک – مطابق با الزامات مونتاژ
قابلیت‌های تصفیه دوگانه – هم به عنوان فیلتر سطح و هم فیلتر عمق عمل می‌کند
خصوصیات آب‌دوستی، آب‌گریزی یا خوددرزگیری

مزایای GenPore’s Porous-Poly

GenPore’s Porous-Poly یک ماده بدون فرآیند تف‌جوشی‌شده‌ است که محصولات پلاستیکی متخلخل با بازده فیلتراسیون عالی از ذرات ریز جامد همراه با جریان‌پذیری عالی مایعات و گازها را تولید می‌کند. توزیع اندازه ذرات کنترل شده و یک چرخه دمایی دقیق برای تولید طیف گسترده‌ای از ساختارهای سلولی به‌هم‌پیوسته و محدوده‌های اندازه منفذ مشخص استفاده می‌شود. این ساختارهای منفذ برای عمل‌کرد در نوعی از کاربردها از جمله فیلتر کردن، فتیله سازی، نفوذ یا گاززدایی گازها و از بین بردن صدا طراحی و کنترل می‌شوند.

Porous-Poly به طور طبیعی آب‌گریز است، اما این ماده می‌تواند برای ایجاد خواص آب دوست اصلاح شود که فتیله سازی محلول‌های آبی را ممکن می‌کند. به علاوه فرمولاسیون‌های خاص Porous-Poly می‌توانند به عنوان یک ماده خوددرزگیر در حضور محلول‌های آبی عمل کنند.

پلاستیک‌های متخلخل بیش‌تر خصوصیات فیزیکی همتایان جامد خود را حفظ می‌کنند، اما مجموعه‌ای بی‌نظیر از خواص را نیز ارائه می‌دهند. “مسیر فیلتراسیون مارپیچی” منحصر به فرد مواد، بازده فیلتراسیون بالا که خواص هر دو فیلتر سطحی و عمقی را ترکیب می‌کند را به وجود می‌آورد. پلاستیک‌های متخلخل ارتجاعیت عالی، قدرت فیزیکی بالا و وزن سبک دارند که یک بخش ناهموار به آسانی کنترل شده را ارائه می‌دهد. بازده فیلتراسیون ۹۹٫۸٪ می‌تواند حاصل شود.

پلاستیک متخلخل تکنولوژی‌های SPC یک ماده متخلخل سلول باز و نیمه‌سخت است که توسط فرآیندی به نام تف‌جوشی (sintering) ساخته می‌شود. منافذ به‌هم‌پیوسته به معنای نفوذپذیری مواد نسبت به مایعات است، با کنترل اندازه منفذ، نفوذپذیری در صورت نیاز تنظیم می‌شود. این نفوذپذیری به این معنی است که مواد به عنوان فیلتر کار می‌کنند و همچنین ظرفیت فیلتراسیون با اندازه منافذ کنترل می‌شود. به طور معمول، نسبت ماده که باز (open-cell) است حدود ۳۰-۴۰٪ می‌باشد (به عنوان حجم حفره شناخته می‌شوند)، گرچه ممکن است مواد برای کاربردهای خاص با حجم‌های حفره تا ۶۰٪ تولید شوند.

اجزاء سازنده متخلخل ما در ورق‌ها، رول‌ها، دیسک‌ها و قالب‌های به صورت سفارشی طراحی شده موجود است. ما طیف وسیعی از محصولات ورقه‌ای استاندارد ساخته شده از پلی‌اتیلن متخلخل، و نیز امکانات برای ایجاد یک محصول سفارشی را جهت پاسخ‌گویی به نیازهای کاربرد خاص شما ارائه می‌دهیم. محصولات ورقه‌ای در ضخامت‌های ۰/۶ میلی‌متر تا ۶ میلی‌متر و اندازه منفذ از ۲۰ میکرون تا ۲۵۰ میکرون موجود است. برای ارائه ایده از طیف وسیعی از مواد، اندازه منفذ موجود و تأثیر بر نفوذپذیری لطفاً جدول محصولات استاندارد ورق را مشاهده کنید (https://porous-plastics.co.uk/standard_sheets). بیش‌تر این مواد به صورت قالب‌گیری نیز موجود هستند. ماده به طور معمول ذرات را ۳-۴ برابر کوچک‌تر از اندازه منفذ (بسته به ضخامت) فیلتر می‌کند.

تکنولوژی‌های SPC می‌تواند پلاستیک‌های متخلخل را از انواع پلیمرها تولید کند و قادر به کنترل خواص مختلف در هر پلیمر ویژه است. بیش‌تر محصولات ما با استفاده از پلی‌الفین‌ها (پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن) ساخته می‌شوند که مقرون به صرفه‌ترین راه حل را برای اکثر کاربردها را ارائه می‌دهند. این محصولات می‌توانند به منظور خود-درزگیر بودن (self-sealing) (در حضور آب) یا آب‌دوست اصلاح شوند و در محدوده‌ای از اندازه‌های منفذ و نفوذپذیری‌ها در دسترس هستند. محصولات ما همچنین ممکن است رنگی باشند تا بتوانند انتخاب رنگ‌ها را ارائه دهند.

بیش‌تر محصولات ما می‌‌توانند از پلیمرهای دارای تأییدیه‌های FDA و Pharmacopoeia تولید شوند. اگر درخواست شما به سطوح خاصی از گواهی‌نامه نیاز دارد، لطفاً این مورد را مشخص کنید تا ما بتوانیک اطمینان حاصل کنیم که مواد مناسب از ابتدای پروژه انتخاب شده اند.

پلاستیک متخلخل SPC به راحتی قابل فرآورش است و می‌توان آن را به راحتی اتصال (جوش) داد. انعطاف‌پذیری ذاتی این ماده، آن را به ویژه برای اتصالات تحت فشار در قطعات تشکیل دهنده مواد مختلف مناسب می‌کند تا یک درزگیر مؤثر و قابل اطمینان ارائه دهد. مواد دو جزئی نیز می‌توانند تولید شوند، در حالی که خصوصیات دو ماده مختلف متخلخل در یک محصول ورقه‌ای در دو لایه جداگانه ترکیب می‌شوند. تمام محصولات ما تحت سیستم کیفیت معتبر ISO 9001: 2015 در انگلیس تولید می‌شوند.

منبع:

https://www.porex.com/venting/what-is-porous-plastic/

https://www.genpore.com/advantages_of_porous_plastics.htm

https://porous-plastics.co.uk/products

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Bonded fibers, Open-cell, Sintered porous plastic, الیاف متصل شده, پلاستیک متخلخل, پلاستیک متخلخل تف‌جوشی شده, فوم سلول باز | پاسخ دهید:

لوله‌های پلی‌اتیلنی – قسمت چهارم – آزمون‌های کنترلی لوله‌های PE

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۴/۲۸ | توسط فرا پلیمر شریف

آزمایشاتی که روی مواد اولیه پلی‌اتیلن‌های گرید لوله انجام می‌گیرد بیش از هر چیز تابع فاکتورهایی مانند چگالی، MFI و همین طور درصد کربن آن می‌گردد.

چگالی پلی‌اتیلن

اگرچه برای تولید لوله‌های پلی‌اتیلن می‌توان از گریدهای مختلف پلی‌اتیلن استفاده نمود ولی برای تولید لوله‌های آب‌رسانی، آب‌یاری و یا لوله‌های تحت فشار فقط از پلی‌اتیلن‌هایی استفاه می‌شود که چگالی آن‌ها بیش از gr/cm³ ۰/۹۴۵ باشد. عموماً با تغییر نوع کاتالیست و یا افزودن برخی کومونومرها در زمان واکنش پلیمریزاسیون می‌توان به گریدی با چگالی مورد نظر دست یافت. با استفاده از برخی افزودنی‌ها می‌توان چگالی پلی‌اتیلن را تا kg/m³۱۰ نیز افزایش داد.

نظر به این که در فرآیند تولید لوله‌های HDPE، بلورینه شدن مذاب PE، تابع مستقیمی از عمل‌کرد دستگاه‌های خنک‌کننده مثل تانک وکیوم، تانک‌های خنک‌کننده و به خصوص دمای آب گردشی، شدت و سرعت آب تانک و… می‌باشد، لذا افزایش چگالی مذاب پلی‌اتیلن از مقدار gr/cm³ ۰/۷۷۵ به مقدار معمول (بیش از ۰/۹۴۰ gr/cm³) فقط با تغییر این گونه پارامترهای تنظیمی امکان‌پذیر خواهد.

تغییرات چگالی لوله‌های تولیدی تأثیر مستقیمی بر برخی ویژگی‌های محصول نهایی خواهد داشت. به طور مثال اگرچه با افزایش چگالی PE مدول الاستیسیتی افزایش می‌یابد ولی همین امر باعث کاهش ضریب شکست لوله (creep) و بهتر شدن پارامتر RCP (Rapid Creak Prepagation) خواهد شد و از طرفی هر چند کاهش چگالی PE استحکام مکانیکی لوله را پایین می‌آورد ولی همین امر قابلیت ضربه‌پذیری یا SCR (Stress Creak Resistance) لوله و نیز مقاومت لوله در برابر پارگی ناشی از SCR را افزایش خواهد داد.

MFI یا شاخص جریان مذاب پلی‌اتیلن

علی‌رغم این که MFI نشان‌دهنده شاخص جریان مذاب واقعی پلی‌اتیلن نمی‌باشد ولی از آن‌جا که نتایج حاصل از این آزمون معیاری قابل اطمینان برای کنترل مواد اولیه و همین طور محصول نهایی است، لذا می‌توان از نتایج آن به عنوان آزمونی مناسب و مرجع جهت تشخیص و مقایسه پلی‌اتیلن‌ها از یک‌دیگر نام برد.

به عنوان یکی از معیارهای عملی هیچ وقت نباید بین MFI پلی‌اتیلن ورودی به کارخانه با MFI محصول نهایی (در این‌جا لوله تولیدی) اختلاف قابل توجهی وجود داشته باشد. هرگاه اختلاف MFI ماده ورودی با MFI محصول نهایی بیش از ۲۰% گردد، این امر نشان‌گر تخریب مولکولی مواد در حین فرآورش می‌باشد. در این گونه موارد محصول اغلب دچار سوختگی‌های منطقه‌ای می‌گردد که در نتیجه آن ویژگی‌های کیفی لوله نهایی به مراتب کاهش خواهد یافت.

دوده

از آن‌جا که تأثیر بلندمدت تشعشعات ماورای بنفش (UV) نور خورشید باعث شکننده شدن لوله‌های PE می‌گردد لذا ضروریست جهت جلوگیری از این گونه شکنندگی‌ها در زمان تولید لوله از افزودنی‌های ضد UV استفاده گردد. رایج‌ترین افزودنی‌های ضد UV که در ساخت لوله‌های PE مورد استفاده قرار می‌گیرند، دوده می‌باشد. افزودن دوده با مشی به بزرگی ۲۰ میکرومتر و مقدار ۴-۲٫۵% به PE یا در پتروشیمی‌ها و قبل از عملیات گرانولینگ انجام می‌گیرد و یا این که در هنگام تولید لوله به وسیله افزودن مستربچ مشکی به گرانول PE.

استحکام محیطی پلی‌اتیلنی به صورت تابعی ار درصد دوده

نتایج بررسی‌های آزمون توزیع کربن نشان داده‌اند که دست‌یابی به بهترین حالت یکنواختی توزیع کربن در PE فقط در عملیات پودری یعنی در عملیات پیش‌گرانولینگ امکان‌پذیر است و افزودن مستربچ مشکی به گرانول PE در مقایسه با پیش‌گرانولینگ به نوعی کیفیت محصول نهایی را کاهش می‌دهد.

تصویر میکروسکوپی توزیع کربن در پلی‌اتیلن

(a پیش‌گرانولینگ (b مستربچ

عموماً افزایش دوده به پلی‌اتیلن باعث افزایش چگالی پلی‌اتیلن هم می‌گردد. مقدار این افزایش به طور تقریبی از فرمول زیر به دست می‌آید.

dm=dp-0.004 C

که dm چگالی پلی‌اتیلن اولیه، dp چگالی لوله تولید شده، C درصد کربن اضافه شده به گرانول.

تعیین درصد کربن طبق استاندارد ASTM D1603 اغلب زمانی ضرویست که برای مشکی کردن گرانول پلی‌اتیلن بی‌رنگ از مستربچ استفاده شده باشد.

در این تست مقدار مشخصی از PE رنگی شده در یک کوره حرارتی تا دمای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد تحت تأثیر نیتروژن خالص پیرولیز می‌گردد و سپس میزان کربن باقی‌مانده سوزانده می‌شود تا به توزین خاکستر باقی‌مانده بتوان درصد ناخالصی‌ها در نمونه (مواد افزودنی باقی‌مانده) را بر اساس فرمول ذیل تعیین نمود:

C=(M1-M2).100/M3

M1: جرم مواد باقی‌مانده (به گرم) پس از حرارت دادن به نمونه در ظرف احتراق، M2: جرم خاکستر (به گرم)

M3: جرم اولیه نمونه.

یکنواختی توزیع دوده در سراسر دیوار لوله یکی از فاکتورهای مهم کیفی می‌باشد. چرا که تجمع بیش از حد دوده در یک قسمت از لوله می‌تواند باعث تجمع تنش و در نتیجه ایجاد نقص کیفی در آن قسمت شود و از طرف دیگر کمبود بیش از حد دوده هم ممکن است باعث کاهش مقاومت نوری در آن محل و در نتیجه منجر به خشک شدن و ترکیدن زودرس جداره در آن قسمت از لوله گردد. بنابراین جهت اطمینان از یکنواختی توزیع دوده در PE اغلب آزمون توزیع دوده بر اساس استاندارد BS 2782 Part 8 به عمل می‌آید.

جهت انجام این آزمون، ابتدا یک نمونه ۴ متری از لوله تولید شده انتخاب می‌شود و سپس نمونه‌هایی با ابعادی تعریف شده از آن تهیه می‌گردد و در نهایت نمونه‌ها در زیر ذره‌بینی با بزرگ‌نمایی ۱۰۰ و میدان دیدی به قطر حدود ۰/۷ مورد مطالعه و بررسی قرار داده شده و با نمونه شاهد مقایسه می‌گردند.

عموماً بالارفتن بیش از حد فشار در اکسترودر و یا پوست پرتقالی شدن سطح لوله در زمان فرآیند تولید با توزیع نامناسب دوده در پلی‌اتیلن مرتبط می‌باشد.

جهت افزایش مقاومت نوری لوله‌های PE می‌توان علاوه بر دوده از افزودنی‌ها و پایدارکننده هم استفاده نمود. مهم‌ترین پایدارکننده‌های مصرفی برای لوله‌های PE عبارتند از پایدارکننده‌های حرارتی، شیمیایی و نوری مقاوم در برابر تابش مستقیم نور خورشید (قرارگیری لوله در محیط آزاد). ضمن آن که بهبود پارامتر نوری لوله‌ها در ارتباط با پایدارکننده‌ها هم بیش از هر چیز تابعی از نحوه توزیع و تقسیم آن‌ها در پلی‌اتیلن است.

تعیین مقاومت لوله در برابر مواد خورنده

جهت آزمون خورندگی لوله‌های پلی‌اتیلنی ابتدا مقداری از لوله تولید شده را در اندازه‌های ریز و کوچک به لوله‌های آزمایشگاهی که حاوی مواد خورنده مانند اسید کلریدریک-سود غلیط، مواد شیمیایی و یا مایع ظرف‌شویی و… هستند، اضافه می‌کنند و سپس آن‌ها به مدت ۷۲ ساعت در شرایط خاص محیطی (فشار امتسفر و دمای ۴۸ درجه ساننتی‌گراد نگه‌داری می‌شوند و پس از گذشت زمان مورد نظر، نمونه‌ها از لوله‌های آزمایشگاهی خارج و مورد بررسی اپتیکی قرار می‌گیرند. بر اساس این آزمون، نمونه‌ای از نظر کیفی مثبت ارزیابی می‌گردد که مواد خورنده هیچ گونه تأثیری در طول زمان آزمایش بر آن نگذاشته باشد. تأثیر مواد خورنده بر نمونه ممکن است باعث حل شدن کل یا قسمتی از نمونه شود و یا این که سطح نمونه چسبنده گردد.

جذب آب

پلی‌اتیلن ماده‌ای است که تمایل ناچیزی نسبت به جذب آب یا رطوبت موجود در محیط دارد و به همین دلیل درصد رطوبت در این گونه مواد عموماً در حد مجاز فرآیندی می‌باشد. با این وجود همین لوله‌های پلیمری ممکن است به علت مجاورت دائمی با آب به مرور زمان رطوبت جذب می‌نماید و همین امر باعث تغییراتی در ابعاد لوله گردد. بنابراین به منظور بررسی این موضوع آزمون جذب آب انجام می‌گیرد. در این آزمون ابتدا نمونه یا نمونه‌هایی از لوله تولید شده با وزن و ابعادی معین به مدت ۲۴ ساعت در آب جوش (۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) قرار داده می‌شوند و سپس نمونه از آب جوش خارج و پس از خنک شدن ۱۵ دقیقه‌ای مجدداً وزن و ابعاد نمونه تعیین می‌گردد. تغییرات وزنی و یا ابعادی پدید آمده روی نمونه نشان‌گر تأثیر آب روی نمونه خواهد بود. میزان آبی که توسط نمونه در این آزمون جذب گردیده است از رابطه زیر به دست می‌آید:

a=(m₁– m₀)/A [mg/cm².24 h]

a: مقدار آب جذب شده توسط نمونه در mg/cm²

m₀: جرم قطعه قبل از آزمایش در mg

m₁: جرم قطعه پس از ۲۴ ساعت در آب ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد در mg

A: سطح مقطع نمونه در cm²

مقدار آب جذب شده نمونه در این آزمون اصولاً نباید بیش‌تر از mg/cm²۴ باشد.

برگشت‌پذیری حرارتی

یکی از پارامترهای تأثیرگذار در عمر مفید کلیه قطعات پلیمری از جمله لوله‌های پلیمری دمای محیطی محصول است. به همین منظور جهت تعیین تأثیر دما روی لوله‌های پلی‌اتیلنی و به خصوص تأثیر این پارامتر روی برگشت‌پذیری ابعادی (طولی و قطری) لوله در زمان مصرف، نیاز به انجام آزمونی متناسب می‌باشد. به خصوص این که اغلب لوله‌های آب‌رسانی به صورت کیلومتری در فضایی باز و تحت شرایط محیطی سرد و گرم قرار داده می‌شوند. در این آزمون نمونه‌هایی به طول ۳۰ سانتی‌متر پس از اندازه‌گیری دقیق ابعادی (طول، قطر خارجی و قطر داخلی نمونه) به مدت ۱ الی ۳ در یک کوره گرمایی با هوای داغ گردشی تا دمایی حدود ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. پس از اتمام آزمایش مجدداً نمونه‌ها اندازه‌گیری شده و کاهش طولی و عرضی (قطری) آن‌ها محاسبه می‌گردد. حداکثر کاهش طولی در این آزمایش نباید بیش‌تر از ۳% باشد.

ابعاد اسمی لوله

از آن‌جا که ابعاد محاسباتی اتصالات برای لوله‌ها (فلزی یا پلیمری) بر اساس قطر خارجی لوله تعیین می‌گردد لذا محاسبه جداره یا گوشت دیواره لوله‌ها در سیستم SI نیز بر مبنای قطر خارجی لوله به نام SDR (Standard Dimension Ratio) مشخص و مقدار آن از فرمول ذیل به دست می‌آید:

SDR=D mitt./S min.

D mitt. و S min. عبارتند از میانگین قطر خارجی و کم‌ترین ضخامت جداره لوله.

دوپهلویی و یا بیضی شدن لوله

امکان دوپهلویی شدن لوله‌های تولید شده اغلب در زمان انبارش طولانی مدت لوله (زمانی که لوله به صورت کلاف یا به صورت شاخه‌ای روی هم‌دیگر قرار گرفته است و تحت فشار باشد) به وجود می‌آید و یا در هنگام حمل و نقل. عموماً سیستم جمع‌آوری لوله‌های پلی‌اتیلن بر اساس قطر خارجی لوله طراحی می‌گردد. لوله‌های اندازه بالا (قطر بزرگ) اغلب در طول مشخص بریده و به صورت شاخه جمع‌آوری می‌شوند. در حالی که لوله‌های اندازه پایین (قطر کوچک) را می‌توان علاوه بر روش بالا به وسیله دستگاه‌های جمع‌کننده یا winder در متراژهای متفاوت تا ۱۰۰ متر هم به صورت کلاف جمع‌آوری و بسته‌بندی کرد.

قطری که برای کلاف کردن لوله‌های تولید در نظر گرفته می‌شود، می‌تواند یکی از عوامل ایجاد نواقص دوپهلویی لوله گردد. به همین دلیل و به منظور جلوگیری از چنین نواقصی توصیه می‌شود که قطر داخلی کلاف لوله حداقل ۲۵ برابر قطر خارجی لوله تولید شده در نظر گرفته شود.

در صورتی که قطر جمع‌کننده کلاف متناسب با قطر خارجی لوله انتخاب نگردد، این احتمال وجود دارد که لوله در زمان حمل و نقل و یا در زمان انبارش دچار دو پهلویی (بیضی شدن) و یا حتی دچار شکستگی گردد.

نشانه‌گذاری لوله‌ها بر اساس استاندارد ملی

تعیین تغییرات ضخامت لوله

یکی از مهم‌ترین پارامترهای کیفی در کنترل لوله‌های تولیدی عبارت است از تعیین درصد تغییرات ضخامت جداره در سطح مقطع لوله. حداکثر این تغییرات طبق فرمول زیر نباید بیش‌تر از ۱۲% باشد:

S_max و S_min عبارتند از بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین ضخامت جداره در سطح مقطع لوله.

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Creep, MFI of PE, Rapid Creak Prepagation, SCR لوله, Stress Creak Resistance, winder, استاندارد ملی لوله پلی‌اتیلن‌, استحکام مکانیکی لوله, اسید کلریدریک, اکسترودر, برگشت‌پذیری حرارتی, بلورینه شدن مذاب PE, پایدارکننده شیمیایی, پایدارکننده نوری, پایدارکننده‌های حرارتی, پلی‌اتیلن‌ گرید لوله, پوست پرتقالی, پیرولیز, تانک وکیوم, تانک‌های خنک‌کننده, تشعشعات ماورای بنفش (UV), تعیین تغییرات ضخامت لوله, توزیع کربن, چگالی پلی‌اتیلن, درصد دوده, درصد کربن, دستگاه‌های جمع‌کننده, دمای آب گردشی, دوپهلویی و یا بیضی شدن لوله, سود غلیط, شکنندگی لوله‌های PE, ضریب شکست لوله, عملیات پیش‌گرانولینگ, قابلیت ضربه‌پذیری, کاتالیست, کومونومر, گرانولینگ, لوله‌های HDPE, مستربچ مشکی, مقاومت لوله در برابر پارگی, مقاومت لوله در برابر مواد خورنده, واکنش پلیمریزاسیون | پاسخ دهید:

لوله‌های پلی‌اتیلنی – قسمت دوم – ماشین‌آلات خط تولید لوله‌های تک‌جداره PE

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۴/۱۱ | توسط فرا پلیمر شریف

ماشین‌آلات خط تولید لوله‌های تک‌جداره PE

اکسترودرهای خط تولید

هسته اصلی دستگاه تولید لوله‌های پلیمری اکسترودرها هستند. ولی جهت تولید لوله باید این دستگاه به متعلقات دیگری همچون کالیبراتورها، تانک‌های خنک‌کننده، وسایل انتقال‌دهنده لوله (کاترپیلار) و نهایتاً ابزارآلات برش مجهز گردند تا بتوانند مجموعه خط تولید لوله را تشکیل دهند.

قلب هر دستگاه اکسترودر از مارپیچ آن تشکیل شده است. با توجه به تنوع مواد پلیمری و تنوع محصولات اکستروژنی طبیعی است که شکل مارپیچ دستگاه‌های فرآیندی نیز متنوع باشد.

برای فرآورش لوله‌های پلی‌اتیلنی به طور معمول از اکسترودرهای تک مارپیچ با طرح سه منطقه‌ایی استفاده می‌شود. برای پلی‌اتیلن‌هایی مثل HDPE که زنجیره‌های مولکولی بلند دارند و یا دارای میانگین جرم مولکولی بالا با محدوده ذوب‌شوندگی کوتاه می‌باشند، ترجیح داده می‌شود جهت جلوگیری از مشکلات فرآیندی و نیز بهینه شدن فرآورش تولید از مارپیچ سه منطقه‌ای با منطقه تراکم کوتاه استفاده می‌شود.

مارپیچ سه منطقه‌ای با متطقه تراکم کوتاه

۱) منطقه تغذیه ۲) منطقه تراکم ۳) منطقه مترینگ

یکی دیگر از پارامترهایی که در بهینه‌سازی کمی و کیفی فرآورش HDPE نقش قابل توجهی ایفا می‌کند، طراحی سیلندر اکسترودر است. در سال‌های اخیر به جای سیلندرهای صاف و کاملاً استوانه‌ای، سیلندرهای طراحی گردیده است که در منطقه تغذیه دارای شیارهای طولی و مخروطی شکل می‌باشند.

طراحی سیلندر با منطقه شیاردار

شیارهای داخلی سیلندر در منطقه تغذیه باعث می‌شود که مواد جامد در زمان ورود به اکسترودر، تحت تأثیر اصطکاک زیادی قرار گیرند. درگیری و اصطکاک زیاد بین مواد جامد و شیارهای سیلندر سبب می‌شوند که فشار زیادی در این منطقه ایجاد گردد به طوری که حداکثر پروفیل فشار همیشه در منطقه تغذیه تشکیل گردد.

تشکیل ماکزیمم فشار در اولین منطقه بدین معنی است که مابقی مناطق مارپیچ دیگر نقشی در تراکم و ذوب‌سازی مواد و یا ساخت پروفیل فشار ایفا نکرده و فقط به عنوان یکی میکسر و یا یک هموژنیزه‌کننده گرمایی-مکانیکی عمل کنند. به عبارت دیگر مابقی مارپیچ‌ به نوعی فقط مصرف‌کننده فشار محسوب می‌شوند.

تشکیل پروفیل فشار در طول مارپیچ در اکسترودرهای

۱٫ معمولی (سیلندر صاف) ۲٫ اکسترودری با منطقه تغذیه شیاری

بدیهی است مارپیچی که برای این گونه سیلندرها در نظر گرفته می‌شود باید از نظر طراحی گام و عمق گام (عمق کانال) در منطقه تغذیه با مارپیچ‌های معمولی سه منطقه‌‌ای تفاوت‌هایی هم داشته باشند.

اصطکاک زیاد در این منطقه علاوه بر افزایش فشار، حرارت زیادی هم در این منطقه ایجاد می‌کند به طوری که مواد جامد بر اثر گرمای زیاد ناشی از اصطکاک به سرعت گرم شده و ذوب می‌گردد. گرمای حاصل در این منطقه آن قدر زیاد است که لازم است این منطقه جهت جلوگیری از افزایش گرما به طور مستمر به وسیله آب یا هوا و یا هر دو خنک گردد. در صورتی که گرمای تولید شده اضافی دفع نگردد این احتمال وجود خواهد داشت که مواد در اولین لحظات ورود به اکسترودر تخریب گردد.

قالب‌های لوله‌های پلی‌اتیلنی

قالب لوله‌های تک‌جداره

یکی دیگر از پارامترهای تأثیرگذار در کیفیت لوله‌های تولیدی از پلی‌اتیلن‌های سنگین طراحی هندسی قالب یا die کلگی اکسترودرها می‌باشد. عموماً برای تولید لوله‌های پلی‌اتیلنی می‌توان از تمامی قالب‌های حلقوی موجود در بازار استفاده نمود.

انواع طراحی قالب برای اکسترودرهایی با خروجی مذاب حلقوی

این قالب‌ها نسبت به یکدیگر دارای محاسن و معایبی هستند که فقط در خط تولید و با توجه به اندازه لوله (قطر خارجی-داخلی) و سایر ویژگی‌ها و به خصوص ویژگی‌های فیزیکی-مکانیکی محصول تمام شده قابل بررسی، نتیجه‌گیری و انتخاب می‌باشند.

از قالب Mandrel support die که به نام قالب‌های عنکبوتی نیز شناخته می‌شوند و دارای شاخه‌های اتصال هسته قالب یا support ring می‌باشند اغلب یرای تولید موادی مثل PVC که دارای ویسکوزیته مذاب بالایی می‌باشد، استفاده می‌شود.

برش سطحی شاخک‌های یک قالب عنکبوتی (Mandrel Support)

قالب عنکبوتی جعت تولید لوله‌های PVC

امروزه متداول‌ترین قالب لوله‌های پلی‌اتیلنی و چند جداره برای اندازه‌های گوناگون قالب حلزونی یا Spiral Mandrel می‌باشد.

نحوه توزیع مذاب در قالب‌های حلزونی (Spiral Mandrel)

عامل اصلی این انتخاب هم بیش‌تر بودن جریان مذاب خروجی است که مانع از تشکیل خط جوش در طول لوله می‌گردد. خط جوش یکی از بدترین نواقص کیفی در تولید لوله‌های پلیمری است. بنابراین قالبی که بتواند به طور تضمینی این نقص کیفی را برطرف کند بهترین قالب انتخابی قلمداد می‌گردد.

تجارب نشان داده‌اند که قالب حلزونی یا spiral mandrel هم در تولید لوله‌های تک‌جداره و هم در تولید لوله‌های چند جداره از کارایی بالایی برخوردار است و اصولاً برای هر خط تولید لوله جلوگیری از تشکیل خط جوش مورد نظر باشد، استفاده از قالب حلزونی توصیه می‌گردد.

عموماً جهت تولید لوله‌های دو جداره لازم است که از پلیمرهای مختلف استفاده شود مثلاً جداره داخلی از PE و جداره خارجی یا لایه‌ محافظ که از ماده دیگری انتخاب می‌گردد. در این گونه مواد و با توجه به موفولوژی مختلف مواد مصرفی ضروریست که حجم کانال توزیع مذاب در کلگی لوله‌های چند جداره نسبت به لوله‌های تک جداره یا ضریب بزرگ‌تری در نظر گرفته شود تا در ادامه خط و در زمان خنک‌سازی لوله، تنش‌های حاصل بین مواد مختلف متعادل گشته و صافی و یکنواختی سطح لوله تضمین گردد. این امر به خصوص در هنگام فرآیندهای گریدهای PE80 و PE100 از اهمیت بیش‌تری برخوردار می‌باشد.

روش دیگری که برای تولید لوله‌های دوجداره یا لوله‌هایی با جداره محافظ خارجی رایج است روش دو مرحله‌ای است که به نام روکش‌دهی عمودی شناخته می‌شود و همانند روش روکش‌دهی سیم‌های برق و مخابرات و یا سیم‌های فولادی است که از یک طرف لوله تولید شده (جداره اول) به کگلی تغذیه می‌شود و از طرف دیگر جداره دوم توسط اکسترودری که با مواد روکشی تغذیه شده است عمود به لوله اول به کلگی وارد شده است و روی جداره اول را می‌پوشاند.

اتصال لایه‌ها در این روش نمی‌تواند از کیفیت و استحکام خوبی برخوردار باشد و لذا جهت دست‌یابی به لوله‌های دو جداره‌ای با ویژگی‌های بسیار خوب ضروریست که از روش تک مرحله‌ای کواکستروژنی استفاده گردد.

قالب حلزونی برای لوله‌های دو جداره

در سیستم کواکستروژنی در حالی که مذاب مربوط به جداره خارجی به وسیله یک تقسیم‌کننده ستاره‌ای توزیع می‌گردد، مذاب جداره داخلی به وسیله کانال جانبی و از طریق یک تقسیم‌کننده روی کانال رینگ کشیده می‌شود به طوری که هر دو مذاب در قسمت die روی یک‌دیگر می‌نشینند و به این ترتیب کیفیت اتصال لایه‌ها به مراتب بهتر خواهد شد.

لوله‌های سه جداره

به طور کلی از لوله‌های سه جداره بیش‌تر در صنعت اتومیبل‌سازی و یا در ساخت تجهیزات پزشکی و همین‌ طور تولید لوله‌های کانالی، لوله‌های محافظ کابل‌های برق و مخابرات، لوله‌های شوفاژ و یا لوله‌های فشار قوی با قطری تا mm63 استفاده می‌شود. قالب لوله‌های سه جداره در مقایسه با لوله‌های تک جداره از پیچیدگی‌های بیش‌تری برخوردار است. تصویر زیر نشان‌دهنده قالبی برای تولید لوله‌های زمینی شوفاژ از PE-X با جداره خارجی از EVOH و لایه میانی از مواد نگه‌دارنده است.

جداره‌های نازک به وسیله کواکسترودرهای طرفین به اکسترودر مادر تغذیه و سپس بر اساس تنظیمات ضخامت جداره از طریق مجاری مخصوص در قالب، تقسیم می‌گردند. به منظور جلوگیری از انباشت مذاب EVOH که ویسکوزیتی کم‌تری نسبت به PE دارد لازم است که خروج مذاب EVOH طوری تنظیم شود که قرارگیری لایه خارجی روی مذاب PE چند لحظه قبل از خروج لوله از قالب اتفاق بیفتد. لوله‌های سه لایه EVOH و PE-X را هم می‌توان به روش‌های دیگری مثل روکش‌دهی و در چندین مرحله عملیاتی تولید نمود.

قالب حلزونی متصل به کواکسترودر جهت تولید لوله‌های سه جداره

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Die, EVOH, HDPE, Mandrel support die, PE-X, PE100, PE80, PVC, Spiral Mandrel, support ring, اکسترودرهای خط تولید, پلی‌اتیلن شبکه ای شده, تانک‌های خنک‌کننده, سیلندر, صنعت اتومیبل‌سازی, فرآورش لوله‌های پلی‌اتیلن, قالب حلزونی, قالب لوله‌های تک‌جداره, قالب‌های عنکبوتی, کاترپیلار, کالیبراتورها, کواکستروژنی, لوله‌های پلیمری, لوله‌های سه جداره, ماشین‌آلات خط تولید لوله‌های تک‌جداره PE | پاسخ دهید:

لوله‌های پلی‌اتیلنی-قسمت اول

منتشر‌شده ۱۴۰۰/۰۴/۰۹ | توسط فرا پلیمر شریف

دلایل زیادی برای افزایش روزافزون تولید لوله‌های پلیمری نسبت به لوله‌های مشابه از جنس فلز، چدن و یا بتون وجود دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از

سهولت در تولید، حمل و نصب
کاهش اتصالات به دلیل قابلیت انحناءپذیری و جوش‌پذیری آسان پلیمر
استحکام در مقابل زلزله و رانش زمین به دلیل انعطاف‌پذیری بیش‌تر پلیمرها
مقاومت شیمیایی خوب در مقابل مواد شیمیایی مانند محلول نمک‌ها، اسیدها
قلیایی‌های رقیق و همین‌ طور مقاومت مناسب در خاک‌های اسیدی
ویژگی مثبت ایزولاسیونی و عدم زنگ‌خوردگی در مقایسه با لوله‌های فلزی
کاهش وزن نسبت به لوله‌های مشابه در متراژ مساوی

شاید یکی از مهم‌ترین عوامل در توسعه روزافزون لوله‌های پلیمری قیمت مناسب مواد مصرفی آن‌ها مثل PE، PP، PVC، PA، ABS و PC باشد که نسبت به مواد اولیه لوله‌های چدنی، استیلی، آهنی و… به مراتب ارزان‌ترند.

علاوه بر آن وجود ویژگی انعطاف‌پذیری در لوله‌های پلیمری نسبت به لوله‌های غیر قابل انعطاف مشابه یکی دیگر از دلایل مهم در رشد روزافزون لوله‌های پلیمری به حساب می‌آید و همین عوامل باعث شده‌اند که وسعت و سرعت جای‌گزینی و استفاده از لوله‌های پلیمری به جای لوله‌های فلزی روز به روز بیش‌تر و بیش‌تر گردد.

در حال حاضر عمده‌ترین کاربرد لوله‌های پلیمری عبارت است از استفاده آن‌ها در صنایع آب‌رسانی، آب‌یاری، فاضلاب، گاز، تأسیسات شیمیایی، حفاظ کابل‌های برق و مخابرات (هوایی، زمینی و دریایی) و… .

از میان گروه‌های شناخته شده پلیمری، گروهی که بیش از همه در صنعت لوله‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد گروه ترموپلاست‌ها هستند که در این گروه نیز می‌توان از PP و PE و PVC به عنوان پرمصرف‌ترین پلیمرهای ترموپلاست در صنعت لوله‌های پلیمری نام برد. از پلیمرهای دیگر اغلب جهت تولید لوله‌هایی با کاربرد ویژه استفاده می‌شود.

از لوله‌های PVC اغلب جهت انتقال آب، فاضلاب منازل و یا لوله‌ خرطومی برای محافظت از کابل‌های برق و تلفن استفاده می‌شود در حالی که لوله‌های پلی‌اتیلنی که در این بخش منحصراً به آن پرداخته می‌شود بیش‌تر جهت آب‌رسانی، آب‌یاری در محیط‌های باز و یا در محیط‌های تحت فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پلی‌اتیلن PE

پلی‌اتیلن پلیمری است غیر قطبی و نیمه کریستال که ویژگی‌ها و ساختار مولکولی آن بیش از هر چیز تابعی از نوع فرآیند پلیمریزاسیون مونومر اولیه یعنی مولکول اتیلن و کومونومرهای مربوطه باشد.

تعیین‌کننده‌ترین پارامترهای تأثیرگذار در تشکیل نوع ساختار مولکولی پلی‌اتیلن در هنگام واکنش عبارتند از

شرایط واکنشی مثل درجه حرارت و فشار راکتور و نوع کاتالیست مصرفی
نوع و میزان (درصد) کومونومرهای مصرفی مانند بوتن ۱، هگزان ۱ و اکتان ۱٫

وجود پارامترهای متعدد در زمان پلیمریزاسیون عواملی هستند که می‌توانند باعث تغییراتی ساختاری در پلی‌اتیلن‌های تولیدی گردند.

این تغییرات ساختاری بیش از هر چیز خود را در رفتار مکانیکی، فیزیکی، شیمیایی پلی‌اتیلن نشان می‌دهند. به طور کلی معرف شناسایی رفتاری پلی‌اتیلن‌ها در پارامتر مهم چگالی و درجه بلورینگی یا درصد بلورینگی می‌باشد که سعی گردیده است به صورت شماتیک در جدول زیر نشان داده شود.

پلی‌اتیلن‌های دیگری هم مثل VLD PE (پلی‌اتیلن شفاف با چگالی بسیار پایین) هستند که به دلیل درصد بلورینگی بسیار پایین اغلب قرار می‌گیرد و یا نوع دیگری به نام PE-UHMW (پلی‌اتیلن با چگالی ۰/۹۴-۰/۹۳) و جرم مولکولی بسیار بالا تا جایی که اغلب از آن نه به عنوان یک ترموپلاست بلکه به عنوان یک ماده ترموالاست نام برده می‌شود و از آن بیش تر در موارد خاص استفاده می‌گردد.

همان گونه که از جدول فوق مشخص است، نزدیکی زنجیره‌های مولکولی HDPE در مقایسه با زنجیره‌های مولکولی گریدهای MDPE، LLDPE و LDPE از تراکم و فشردگی بیش‌تری برخوردار است. از طرف دیگر افزایش تراکم مولکولی باعث افزایش درصد بلورینگی پلیمر خواهد شد که همین امر عامل افزایش برخی ویژگی‌های مکانیکی-شیمیایی گرید HDPE نسبت به گریدهای دیگر می‌گردد.

پلی‌اتیلن‌های گرید لوله می‌توانند با توجه به عوامل تأثیرگذار در واکنش پلیمریزاسیون دارای ماکرومولکول‌هایی با ۱ الی ۷ شاخه در ۱۰۰۰ اتم کربن گردند.

نوسان تعداد شاخه‌ها در ۱۰۰۰ اتم کربن عامل اصلی نوسانات درصد بلورینگی و چگالی پلی‌اتیلن می‌باشد. بنابراین هر چه درصد بلورینگی پلی‌اتیلن در حین واکنش بیش‌تر گردد به همان نسبت توزیع میانگین جرم مولکولی یا MWD آن بیش‌تر می‌شود که همین امر از یک طرف عامل بهبود ویژگی‌های شیمیایی-مکانیکی پلی‌اتیلن می‌گردد و از طرف دیگر منجر به سخت‌تر شدن عملیات فرآیندی آن و افزایش انرژی به خصوص در مرحله ذوب‌سازی و شکل‌دهی محصول می‌شود.

لذا به منظور بهینه‌سازی هم‌زمان شرایط فرآیندی و نیز بهبود ویژگی‌های ذاتی پلی‌اتیلن‌های گرید لوله طرحی تحت نام bimodal به کمک کاتالیست‌های متالوسنی در چند دهه گذشته ابداع و اجرا گردیده است که توسط آن می‌توان به طور هم‌زمان زنجیره‌های بلند جهت بهبود ویژگی‌های مکانیکی-شیمیایی و زنجیره‌های کوتاه جهت بهبود شرایط فرآیندی در پلی‌اتیلن ایجاد نمود.

مقایسه زنجیره‌های مولکولی در یک PP-MD و یک PE-Bimodal

Bimodal نامیدن آن نیز به این دلیل است که هم‌زمان در دو راکتور جداگانه ماکرومولکول‌های بلند کوپلیمری و ماکرومولکول‌های کوتاه هموپلیمری تشکیل می‌شوند که پس از ادغام این دو راکتور در یک راکتور مشترک، پلیمری تشکیل می‌شود که میانگین جرم مولکولی آن دو قله‌ای بوده و به آن پلی‌اتیلن متالوسنی می‌گویند.

توزیع جرم مولکولی دو قله‌ای PE-bimodal

LLDPE و LDPE موادی هستند که بیش‌تر در تولید فیلم‌های پلی‌اتیلنی و به مقدار کم هم در ساختار کابل‌های برق و مخابراتی کاربرد دارند در حالی که گرید HDPE اغلب جهت تولید ظروف و مخازن کوچک و بزرگ به روش قالب‌گیری بادی و یا تولید لوله‌های انتقال آب و گاز کاربرد دارد.

گریدهای HDPE که برای موارد فوق مورد استفاده قرار می‌گیرند اغلب از نوع گریدهای PE80، PE100، و PE125 می‌باشند.

یکی از دلایل عمده جهت تهیه پلی‌اتیلن‌هایی با ویژگی‌های برتر، دست‌یابی به کاهش قیمت محصول تمام شده می‌باشد. مثلاً با استفاده از گریده‌ای مناسب مثل PE100 یا PE80 می‌توان ضخامت (وزن) جداره لوله را کاهش داد. کاهش وزن لوله یعنی کاهش مواد اولیه و در نهایت کاهش قیمت محصول نهایی.

روش دیگری که به وسیله آن می‌توان برخی از ویژگی‌های پلی‌اتیلن‌های تولیدی را بهینه نمود، crosslink یا روش مشبکی کردن پلی‌اتیلن می‌باشد.

با این روش ارتباط فیزیکی بین ماکرومولکول‌های خطی پلی‌اتیلن به ارتباطی عرضی و شیمیایی تبدیل می‌گردد که همین باعث افزایش برخی خواص شیمیایی-مکانیکی PE می‌شود. مانند:

بهبود استحکام اصطکاکی و نیز افزایش مقاومت محصول در برابر خوردگی
افزایش مقاومت کهنگی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید محصول
افزایش مقاومت گرمایی
افزایش مقاومت مکانیکی محصول در برابر فشارهای بیش‌تر
بهبود بسیار خوب مقاومت شیمیایی محصول
افزایش بسیار خوب مقاومت ضربه‌پذیری محصول (نمونه شکاف‌دار)
قابلیت انعطاف‌پذیری بیش‌تر محصول
امکان افزایش طول کلاف لوله در متراژهایی تا ۶۰۰m
افزایش امکانات بیش‌تر اتصالی
کاهش وزن لوله نسبت به لوله‌های مشابه هم‌‌اندازه
امکان قرارگیری لوله در زیر خاک بدون نیاز به زیرسازی با ماسه

اتصال بین زنجیره‌های مولکولی PE (PE مشبکی یا PE سه بعدی)

پلی‌اتیلن‌های شبکه‌ای عموماً با علامت PE-X نشان داده می‌شوند و برای آن که نوع روش عملیاتی مشبکی یا سه بعدی شدن نشان داده شود از حروف دیگری استفاده می‌گردد که هر کدام نشان‌گر عامل یا روش عملیاتی شبکه‌ای کننده PE می‌باشند.

روش‌های مشبکی کردن پلی‌اتیلن

PE-Xa یا پلی‌اتیلن مشبک شده با پراکسید (روش Engel)

پراکسیدها موادی هستند که بر اثر گرما تجزیه شده و رادیکال‌های آزاد تولید می‌کنند. رادیکال‌های آزاد می‌توانند در دمایی حدود ۲۲۰-۱۹۰ درجه سانتی‌گراد از مولکول‌های پلی‌اتیلن مجاور هیدروژن جذب کرده و پیوند فیزیکی بین دو زنجیره مولکول را به پیوند شیمیایی تبدیل می‌کند.

مهم‌ترین پراکسید مصرفی برای این منظور ماده DH BP می‌باشد که در دمای محیط به حالت مایع است ولی در دمای ۲۲۰-۱۸۰ درجه سانتی‌گراد تجزیه می‌گردد.

از این روش بیش‌تر جهت بهبود خواص شیمیایی-مکانیکی لوله‌های انتقال آب و گاز استفاده می‌شود. مهم‌ترین نکته در این روش رعایت شرایط مناسب دمایی فرآیند می‌باشد.

از آن‌جا که پراکسیدها در دمای بالا تجزیه می‌شوند لذا ضروری است که سیستم دمایی خط اکسترودر به گونه‌ای تنظیم گردد که تجزیه پراکسید و تشکیل رادیکال‌های آزاد فقط در زمان عبور جریان مذاب از دهانه کلگی امکان‌پذیر گردد یعنی فقط در زمان خروج مذاب از کلگی و نه قبل از آن.

تجارب نشان داده‌اند پلی اتیلن‌هایی که با پراکسیدها crosslink شده‌اند نسبت به روش‌های دیگر از مقاومت سرمایی-دمایی بهتری برخوردارند به گونه‌ای که می‌توانند محدوده دمایی از ۵۰- الی دمای ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد را به راحتی تحمل نمایند.

PE-Xb یا پلی‌اتیلن مشبک شده با سیلان (روش Silan)

مشبکی شدن PE در این عملیات که به روش تک مرحله‌ای نیز معروف است. ابتدا با تهیه آلیاژی از گرانول معمولی PE با مایع سیلانی شروع می‌شود و سپس آلیاژ آماده شده به خط تولید تغذیه و فرآورش می‌گردد.

عامل شبکه‌ای‌کننده پلی‌اتیلن در این روش اغلب ترکیبات سیلانی (کوپلیمر) و افزودنی‌های واکنشی دیگری همچون کاتالیزورها، آنتی‌اکسیدان‌ها و… می‌باشند که براساس کاربردشان جهت کنترل واکنش‌ها، جلوگیری از اکسیداسیون و یا مواد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در برخی مواقع جهت بهبود عملیات آمیزه‌سازی افزودنی‌های با گرانول PE و بالا بردن درجه اختلاط فیزیکی-مکانیکی آلیاژ پلی‌اتیلنی از اکسترودرهای دومارپیچه استفاده می‌شود و در صورت عدم دسترسی به چنین اکسترودری از اکسترودرهایی استفاده می‌شود که مارپیچ آن‌ها مجهز به المان‌های مخصوص اختلاط و برش باشد.

در این گونه اکسترودرها انتقال آمیزه باعث افزایش دما و فشار بر آمیزه گردیده که همین امر منجر به تشکیل پیوندهای عرضی در بین ماکرومولکول‌های خطی PE می‌شود یعنی میزه قبل از خروج از اکسترودر، crosslink شده است.

این روش بیش‌تر جهت تولید محصولاتی مانند لوله، پروفیل و کابل‌های برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سرعت فرآیندی بالا، مصرف کم انرژی، قابلیت تکرار فرمولاسیون و همین طور هزینه پایین تولید از محاسن روش تک مرحله‌ای می‌باشد. ضمن آن که ساختار شبکه‌ای لوله‌هایی که با این روش مشبکی می‌شوند نسبت به روش‌های دیگر از انعطاف‌پذیری بیش‌تری هم برخوردارند.

معرفی و شناسایی پلی‌اتیلن‌های مشبک شده با سیلان اصولاً با علامت PE-Xb انجام می‌گیرد ولی در برخی مواقع با علامت اختصاری SXL نیز معرفی می‌گردند.

روش دیگری به نام Siopls برای مشبکی کردن پلی‌اتیلن وجود دارد که به آن روش دو مرحله‌ای نیز می‌گویند. در این روش ابتدا رزین سیلانی با یک مستربچ کاتالیستی ترکیب شده و در نهایت آمیزه‌ آماده‌سازی شده جهت فرآیند به اکسترودری که با پلی‌اتیلن معمولی تغذیه می‌گردد، منتقل می‌شود.

روش دیگری که برای مشبکی کردن PE مورد استفاده قرار می‌گیرد استفاده از مواد Azo است. پلی‌اتیلن‌هایی که توسط این مواد مشبکی به نام PE-Xd شناخته می‌شوند.

یکی از مهم‌ترین فاکتورهای تعیین‌کننده برای پلی‌اتیلن‌های مشبکی شده عبارت است از تراکم یا چگالی شبکه ماکرومولکولی.

چگالی شبکه ماکرومولکولی نه تنها با روش‌های مختلف مشبکی شدن تغییر می‌کند. بلکه در حین فرآیند یک روش مشخص هم می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلف قرار بگیرد و لایه‌های سطوح مختلف از درجه تراکم متفاوتی برخوردار گردند.

اگرچه که ویژگی‌های پلی‌اتیلن Crosslink نسبت به ویژگی‌های پلی‌اتیلن معمولی بهتر است ولی تجارب نشان داده اند که مشبکی شدن قسمت یا قسمت‌هایی از محصول پلی‌اتیلنی می‌تواند حتی عامل تخریب یا عامل تشکیل نواقصی در قسمت‌هایی که عاری از پیوندهای عرضی هستند نیز گردد. این پدیده یکی از معایب بزرگ پلی‌اتیلن‌های مشبکی شده می‌باشد.

تشکیل بیش از حد شبکه مولکولی و یا به عبارتی تراکم زیاد پیوندهای عرضی نه تنها باعث بهبود ویژگی‌های محصول نمی‌شود بلکه ممکن است به دلیل کاهش مولکول‌های خطی و در نتیجه کاهش انعطاف‌پذیری محصول منجر به تردی و شکننده شدن زودهنگام محصول نیز گردد یعنی با افزایش درجه تراکم شبکه، ممکن است که برخی ویژگی‌های مکانیکی محصول نهایی نیز کاهش یابد.

از طرف دیگر کاهش تراکم شبکه ماکرومولکولی هم ممکن است نواقصی در محصول نهایی ایجاد نماید. به عبارت دیگر ممکن است پلی‌اتیلن مشبکی شده به دلیل تراکم ضعیف پیوندهای عرضی رفتاری مشابه پلی‌اتیلن‌های غیر مشبکی از خود نشان دهد. از آن‌جا که ساختار مولکولی (مورفولوژی پلیمر) و همین طور ویژگی‌های مهم مکانیکی-شیمیایی محصول نهایی بیش از هر چیز تابعی از شرایط شکل‌گیری و رشد درجه بلورینگی پلی‌اتیلن می‌باشد، بنابراین تعیین‌ و تشخص زمان تشکیل پیوندهای عرضی بین زنجیره‌ها از اهمیت به سزایی برخوردار است یعنی تشخیص این مهم که ماکرومولکول‌ها در زمان تشکیل شبکه (تشکیل نقاط اتصال) در چه حالت فیزیکی قرار دارند، بسیار اهمیت دارد.

ولی در روش مشبکی کردن PE با تشعشعات و ، ماده پلی‌اتیلن برخلاف روش Engle در حالت فیزیکی جامد یا فاز جامد قرار دارد (محصول تمام شده). بنابراین در چنین شرایطی ممکن است فقط در قسمتی از سطح جامد محصول پیوندهای عرضی ایجاد گردد یعنی فقط قسمت‌هایی ممکن است دارای پیوندهای عرضی گردند و مشبکی شوند که مستقیماً تحت تابش اشعه قرار می‌گیرند.

بنابراین تشکیل پیوندهای عرضی در این روش فقط در بین ماکرومولکول‌های لایه‌های سطحی و آن هم در مناطقی که ماکرومولکول‌ها به صورت آمورف (ساختار نامنظم) دارند، اتفاق خواهد افتاد یعنی در زمانی که مولکول‌های آمورف مشبکی می‌شوند ماکرومولکول‌های بلورین شده به همان شکل و بدون تغییر باقی خواهند ماند.

در این حالت است که نقاط پیوند خورده به صورت نامنظم و به طور غیر یکنواخت در محصول تقسیم‌ می‌شوند که همین بی‌نظمی و غیر یکنواختی در پیوندهای عرضی عامل افت کیفی پارامترهای مکانیکی-شیمیایی در محصول تمام شده خواهند شد.

یکی دیگر از نقاط ضعف پیوند عرضی با اشعه عبارت است از احتمال تردی، ترک‌خوردگی و شکنندگی سطوح سطوح تمام شده به خصوص در مناطقی که نسبت به مناطق دیگر ضخامت بیش‌تری دارند.

هرگاه لازم باشد که ضخامت بیش‌تری از محصول با تابش اشعه مشبکی شود یعنی لازم باشد که سطوح زیرین تمام محصول تمام شده نیز دارای پیوند عرضی گردند در این صورت یا باید اشعه با مقدار بیش‌تری به محصول تابیده شود یا این که مدت زمان تابش اشعه بیش‌تر گردد.

با تابش بیش‌تر اشعه می‌توان لایه‌های زیرین را مشبکی کرد ولی همین امر باعث می‌شود که لایه سطحی محصول بر اثر طولانی شدن زمان تابش و یا مقدار زیاد تابش ترد و شکننده گردد.

از آنجا که تمام لوله‌های پلی‌اتیلنی PEX نیستند و هنوز هم بیش‌ترین درصد لوله‌های پلی‌اتیلنی بدون عملیات جانی تولید می‌گردند بنابراین بررسی پارامترهای کنترلی به عنوان ماده اولیه و همین طور بررسی نتایج آزمایش‌های کنترلی روی لوله‌ پلی‌اتیلن به عنوان محصول نهایی همیشه از اولویت‌ها محسوب می‌شوند که در این‌جا مختصراً به آن پرداخته می‌شود.

info@fara-ps.com

ارسال شده در مقالات | برچسب‌شده Azo, Bimodal, PE-Xa یا پلی‌اتیلن مشبک شده با پراکسید, PE-Xb یا پلی‌اتیلن مشبک شده با سیلان, PE-Xc یا پلی‌اتیلن مشبک‌ شده با تشعشعات, PE100, PE125, PE80, VLD PE, ایزولاسیونی, پروفیل, پلی‌اتیلن شفاف با چگالی بسیار پایین, پلیمریزاسیون, ترکیبات سیلانی, خوردگی, درجه بلورینگی, روش Engel, روش Silan, روش‌های مشبکی کردن پلی‌اتیلن, قالب‌گیری بادی, کابل‌های برق, کاتالیست‌های متالوسنی, لوله‌های PVC, لوله‌های استیلی, لوله‌های پلی‌اتیلنی, لوله‌های پلی‌اتیلنی PEX, لوله‌های پلیمری, لوله‌های چدنی, مشبکی شدن PE, مقاومت ضربه‌پذیری, مورفولوژی | پاسخ دهید: