تجدید علاقه به کامپوزیت‌های طبیعی!
پرکننده‌ها و الیاف طبیعی گیاهی جاذبه جدیدی پیدا کرده‌اند از آنجایی که کاربران خواهانِ کامپاندهای پلاستیکی پایدارتر و اغلب سبک‌تر هستند.
Jennifer Markaria گزارش می‌دهد.
فیلرها و الیاف گیاهی طبیعی یا تجدیدپذیر از ابتدای آغاز صنعت پلاستیک گزینه‌ای برای ترکیبات پلیمری بوده است. اما تمرکز اخیر بر کاهش ردپای کربن جلب توجه جدیدی به آنها است. در حالی که در برخی موارد، مواد گیاهی موجود تا به امروز فاقد خواص مکانیکی بوده تا جای‌گزین مستقیم الیاف شیشه شوند. فرمول‌سازان راههای زیادی برای جبران این موضوع پیدا کردند، چه راههای ترکیب با شیشه یا به‌کارگیری روشهای جدید برای بهبود خواص پایه مواد گیاهی. بخش خودرو سال‌ها است که در صدر کار برای ترکیب مواد طبیعی قرار گرفته و به دنبال افزایش استفاده از محتوای پایدار با حفظ عملکرد است. Alper Kiziltas کارشناس فنی فورد می‌گوید: چندین بازار، سیاست و عوامل فنی در حال آمدن هستند تا الیاف طبیعی را گزینه‌ای جذاب‌تر برای کاربردهای خودرویی کنند. این شامل تغییر در رفتار مصرف‌کننده، چارچوب‌های سیاست فعلی، افزایش استفاده از پلاستیک در خودروها، نگرانی‌های زنجیره تأمین برای الیاف شیشه و نوآوری‌های تحقیق و توسعه حاصل از تأمین‌کنندگان الیاف طبیعی است. Kiziltas همچنین بیان کرد: این در حال تبدیل شدن به یک استراتژی تجاری اصلی برای صنعت خودرو است تا با آینده منابع محدود مقابله کند. استفاده از الیاف طبیعی پایداری زیست‌محیطی شرکت ما را بهبود می‌بخشد. براساس مطالعات درونی ما و داده‌های شخص ثالث، قطعاً مزایای LCA (ارزیابی چرخه عمر) در مقابل مواد معدنی و الیاف وجود دارد. استفاده از این مواد در حال گسترده‌تر شدن است. Kiziltas اشاره می‌کند که گروه مواد در حال ظهور و پایداری در فورد، تحقیقات کامپوزیت‌های پایدار را از سال ۲۰۰۰ را اجرا کرده است که منجر به استفاده از طیف گستردهای از مواد تجدیدپذیر نظیر کنف، پوست برنج و سلولز میشود. برخی از آنها کاندیدهای بدیهی‌تری نسبت به دیگری هستند. آزمایشات اخیر فورد نشان داده است که پوست قهوه پس از فرآیند بیوکربونیزاسیون می‌تواند جای‌گزین تالک در کامپاندهای PP شود. آزمایش پوست قهوه به عنوان روشی برای استفاده از ضایعات کشاورزی جهت ایجاد یک محصول پایدار انجام شد. Kiziltas بیان کرد: در حالی که آزمایشات اولیه مشکلاتی از قبیل بو، جذب آب و کربنی کردن قهوه این نگرانی‌ها را حل کرد و سازگاری بهتر با ماتریس PP را نتیجه داد. سازگاری بهبود یافته همراه با کاهش آب دوستی پر کننده کربنی شده باعث کاهش جذب رطوبت توسط قطعه کامپوزیت میشود. تیم فورد فرمول PP را با استفاده از ۲۰ درصد کربن زیستی (پوست قهوه) برای فورد ۲۰۲۰ توسعه داد تا جای‌گزین تالک ۴۰% در چراغ جلو تزریقی شود. Kiziltas می‌گوید: با استفاده از پوست قهوه (کربن زیستی) وزن را ۱۷% و هزینه را ۵% کاهش دادیم، بدون این که فرآیند یا عملکرد قطعه قربانی شود.
فورد همچنین توانست از دمای فرآیند کمتری برای قالب‌گیری بخش بایوکامپوزیت استفاده کند که منجر به چرخه خنک‌سازی کوتاه‌تر و صرفه‌جویی انرژی میشود. یک صرفه‌جویی اضافی در حدود ۱۵% در انرژی مصرف شده به هنگام اکسترود کردن مواد حاوی کربن زیستی وجود دارد که دلیل آن روان‌کاری مواد آلی در مقایسه با رئولوژی مواد معدنی است. Kiziltas بیان می‌کند: به طور کلی ما نتایج این ماده کامپوزیت نوآورانه را در صرفه‌جویی کل انرژی ۲۵% تخمین زدیم. تیم تحقیق و توسعه فورد نیز در حال بررسی پرکننده‌های کربن زیستی است. با استفاده از پیرولیز زیست توده جهت دست‌یابی به ماده متخلخل تولید میشوند که به عنوان یک راه حل جهت بهبود پایداری گرمایی مواد طبیعی است. الیاف طبیعی دارای پایداری حرارتی کمتری نسبت به بسیاری از الیاف جای‌گزین مصنوعی، محدود شدن کاربرد آنها به دمای فرآیند پایین پلیمر (کمتر از ۲۰۰ درجه) و محیط‌های خودرو با دمای پایین هستند. مطالعات اخیر ما ثابت کرد که می‌توانیم با استفاده از کربن زیستی به عنوان پرکننده در کامپوزیت‌های ترموپلاستیک مهندسی مانند PA6 و PA66 استفاده کنیم.
نانو سلولز
Performance Biofilaments کانادا که با حمایت از ercer International و Resolute Forest Products می‌گوید: تکنولوژی فرآیند اختصاصی با بهره‌گیری از الیاف چوب آنها را به نانوفیبریل سلولز (NFC) با استحکام و خلوص بالا تبدیل می‌کند. مطابق گفته Geoff Fisher مدیر توسعه این شرکت، مواد NFC در ترموپلاستیک‌ها برای طیف وسیعی از کاربردها در حال ارزیابی هستند. عملکرد بیوفیلامنت‌ها اخیراً با یک سری آزمون‌های مرکز تحقیق و توسعه مواد خودرویی شخص ثالث در کانادا تکمیل شد. ما NFC خود را در یک سیستم هیبریدی با الیاف شیشه در آمیزه‌های PP ترکیب کردیم و نتایج امیدوارکننده‌ای به دست آوردیم. Fisher می‌گوید: هدف این سری آزمایش نشان دادن این که بتوانیم پایداری محتوا را در آمیزه PP افزایش دهیم (یعنی افزایش محتوای الیاف طبیعی و کاهش محتوای الیاف شیشه) و سطح بالایی از عملکرد را حفظ کنیم. این شرکت در حال ساخت یک کارخانه تجاری برای تولید NFC است که انتظار می‌رود تا پایان سال ۲۰۲۲ راه‌اندازی شود. Green Dot Bioplastics در ایالات متحده پلیمرهای زیستی و قابل کمپوست را تولید می‌کند. Terratek پلاستیک تقویت شده با الیاف طبیعی آن در خط تولید ۲۰۲۰ تجاری‌سازی شده است. این مواد کامپوزیتی زیستی از الیافی مانند سیزال، بامبو آمریکایی و الیاف جوت احیا شده برای جای‌گزینی الیاف شیشه در PP ،PE و PA استفاده می‌کند. در حالی که الیاف طبیعی جای‌گزینی ۱:۱ برای الیاف شیشه نیستند، آنها یک گزینه پایدار را در بسیاری از کاربردها فراهم می‌کنند که تقویت و سختی فراتر از مواد پر نشده مورد نیاز است. شرکت می‌گوید که هم کامپاند و هم مستربچ الیاف طبیعی را تأمین می‌کند. Mark Remmert مدیر عامل Green می‌گوید: عملکرد و تأمین، دو عامل کلیدی در انتخاب الیاف طبیعی هستند. ما باید بتوانیم از یک محصول تکرارپذیر و عملکرد آن برای مشتریانمان اطمینان حاصل کنیم. بامبوی آمریکایی یک چمن بومی با خواص فیزیکی مطلوب و شیوه‌های رشد پایدار است. سال گذشته Green Dot Bioplastics با توامندترین شرکت در زنجیره تأمین، Mayco International برای حذف اتلاف و ضایعات الیاف جوت از فرآیند Mayco شریک شد، تا یک ماده NFRP جدید ایجاد کند. Sarah Harbaugh مدیر فروش و بازاریابی شرکت می‌گوید: به جای ضایعات و دفن آن، از بهره‌گیری آنها و ترکیب در گرانول بیوکامپوزیت برای کاربردهای دیگر استفاده می‌کنیم. مطابق اظهارات Luis Roca Blay رهبر آمیزه‌سازی، سازمان تحقیقات اسپانیایی Aimplas، بسیاری از الیاف طبیعی را برای استفاده به عنوان افزودنی تقویت‌کننده در پلاستیک‌های کامپوزیتی زیستی را در طول سال‌ها بررسی کرد. نمونه‌های آن شامل: کنف، سیسال، کتان، جوت و … هستند. هنگام توسعه آمیزه از پلاستیک زیستی، او پیشنهاد می‌کند که استفاده از الیاف طبیعی مطلوب‌تر باشد؛ به طوری که بسیاری از اجزا تا حد امکان تجدیدپذیر و در برخی موارد قابل کمپوست باشد.
نگرانی کمپوستسازی
کمپوست‌پذیری ویژگی جذاب رو به رشد در اروپا به ویژه برای بسته‌بندی است. با این حال اقلام بسته‌بندی ساخته شده با استفاده از پلاستیک قابل کمپوست تقویت شده با پایه گیاهی الیاف ممکن است در دست‌یابی به استاندارد EN13432 برای کمپوست‌پذیری صنعتی مشکل داشته باشند، بسته به درصد الیاف استفاده شده و ضخامت بخش. او می‌گوید: آسیاب کردن بسته‌بندی قبل از کمپوستسازی راه حلی برای این مشکل ارائه می‌دهد. استحکام و وزن کامپوزیت عوامل کلیدی در بسیاری از مصارف نهایی هستند. Roca همچنین می‌گوید: الیاف طبیعی جای‌گزین مستقیمی برای الیاف شیشه در راستای خواص تقویت‌کنندگی نیست اما اضافه می‌کند که می‌تواند مواد تقویت‌کننده معدنی را جای‌گزین کند و وزن را کاهش دهد. سایر افزودنی‌ها مانند اصلاح‌کننده‌های ضربه ممکن است برای ایجاد تعادل ویژگی لازم استفاده شود. Aimplas اخیراً تأخیرانداز شعله در فرمولاسیون حاوی الیاف طبیعی را مورد مطالعه قرار داده است. Roca گزارش می‌دهد که در یک فرمول اثر منفی در به تأخیر انداختن شعله یافت نشد. جای‌گزینی پلاستیک با درصدی از الیاف طبیعی سبب کاهش انتشار گرما میشود. همچنین مطالعه فرمولاسیون‌های حاوی الیاف طبیعی و بازدارنده شعله مبتنی بر فسفر مورد بررسی قرار گرفت و تأیید شد که برهم‌کنشی مضر بین آنها نیست. انجمن تحقیقاتی نروژی RISE PFI می‌گوید که به پیشرفت در توسعه بیوکامپوزیت‌های تولید شده مبتنی بر پلیمرهای زیستی به عنوان مثال الیاف زیستی، نانوسلولز و لیگنین ادامه می‌دهد. Gary Chinga Carrasco رهبر دانشمند در Biopolymers و Biocoposite منطقه در اتحادیه می‌گوید: این‌ها در حال توسعه و ارزیابی برای طیف وسیعی از کاربردها از جمله زیربنا، خودرو، بسته بندی نوشیدنی و غذا، مراقبت‌های بهداشتی و ساخت افزایشی (چاپ سه‌بعدی) هستند. این انجمن دارای یک آزمایشگاه کاملاً مجهز به چاپ سه‌بعدی جهت حمایت از افزایش تقاضا است. شرکای صنعتی به دنبال زیست پایه و راه حل‌های مواد پایدار برای چاپ سه‌بعدی و همچنین قالب‌گیری تزریقی هستند. چاپ سه‌بعدی امکان خوبی را برای ساخت سازه‌های پیچیده‌ای که ساخت آن‌های با فرآیندهای مرسوم آسان نیست فراهم می‌کند. چاپ سه‌بعدی نه تنها برای نمونه‌سازی استفاده میشود بلکه از آن برای ساخت دستگاه‌های کاربردی برای کاربردهای خیلی خاص استفاده میشود. Chinga Carrasco می‌گوید: علاوه بر این مصرف مواد کاهش می‌یابد که یک مزیت بزرگ از نقطه نظر اقتصادی و زیست‌محیطی است. او همچنین اضافه کرد: بایوکامپوزیت‌های زیستی تجدیدپذیر هستند و اگر ضروری باشد می‌تواند زیست‌تخریب‌پذیر باشد. این در مقایسه با سایر پلیمرهای فسیلی پر شده سودمند است. این منطقه در حال رشد توسعه مواد پایدار است که همچنین با اقتصاد زیستی و چرخه‌ای مطابق است.
دستاوردهای قالب‌گیری
فراتر از چاپ سه بعدی، پروژه RISE PFI’s BioComp در حال توسعه مواد بایوکامپوزیت جدید و پایدار است تا جای‌گزینی برای پلاستیک‌های پایه نفتی (فسیلی) در بخش قالب‌گیری تزریقی باشد. این پروژه تا حدی توسط شورای تحقیقات نروژ تأمین میشود؛ همکاری بین RISE PFI و شرکت‌های alloc نروژی (یک شرکت محصولات ساختمانی)، Norske Skog Saugbrugs (تولیدکننده بایوکامپوزیت) و Plasto (قالب‌گیر تزریقی) است. این پروژه در سال ۲۰۲۱ آغاز شده است و شرکا می‌گویند پیشرفت چشم‌گیری داشته‌اند. مطابق گفته Dag Molteberg مدیر ارشد و توسعه Norske Skog Saugbrugs ساخت کارخانه جدید ارائه بایوکامپوزیت را به پایان رسانده است که دارای خروجی ۱۲۰ کیلوگرم بر ساعت در حداکثر سرعت (حدود ۱ تن در یک روز کاری عادی) است. این شرکت تأسیسات بزرگ مکانیکی حرارتی خمیر کاغذ (TMP) برای تولید کاغذ و بایوکامپوزیت با الیاف TMP از چوب صنوبر را تأمین خواهد کرد. یک قسمت از کارخانه برای خشک کردن، آماده سازی و گرانول سازی الیاف چوب استفاده میشود. بخش دوم سیستم ترکیب را در خود جای داده است که الیاف خرد شده (گرانول شده) با پلاستیک‌ها و افزودنی‌ها جهت تولید گرانول‌های بایوکامپوزیتی (با نام تجاری Cebico) ترکیب میشوند. سیستم اختلاط شامل مناطق گاززدایی جهت حذف رطوبت و ویژگی کنترل دما به خوبی تنظیم شده است. Molteberg می‌گوید: خط قابلیت خرد کردن هوا خشک شده و در زیر آب را دارد. قطر آمیزه‌های گرانولی بین ۳ تا ۵ میلی‌متر و طول آنها بین ۴ تا ۷ میلی‌متر است. Saugbrugs چندین تن از این مواد را از زمان تولید آزمایشی در دسامبر سال گذشته تولید کرده است. همچنین اضافه می‌کند: آزمایش مواد نشان می‌دهد که الیاف به خوبی در ماتریس پراکنده شده اند. استحکام کششی مطلوب و سختی خمشی بالا می‌دهد. پایداری ابعادی حرارتی از PE و PP پر نشده بهتر است و نتایج، جذب آب بسیار کم حتی در آب جوش را نشان می‌دهد. پارامترهای جریان مذاب نیز برای قالب‌گیری تزریقی قابل قبول هستند. Molteberg می‌گوید: مقدار الیاف در کامپوزیت‌ها می‌توانند بین ۲۰ تا ۶۰% وزنی متغیر باشند، اما به طور معمول بین ۳۰ تا ۴۰% است. جز ترموپلاستیک شامل PE یا PP خام و بازیافت شده و در این پروژه استفاده از مواد ترموپلاستیک مبتنی بر زیستی و زیست‌تخریب‌پذیر بررسی خواهد شد. Plasto قالب‌گیر تزریقی، گرانول‌های بایوکامپوزیتی را با استفاده از تجهیزات قالب‌گیری تزریقی خوکار با سرعت بالا فرآیند می‌کند. Runar stenerud مدیر پروژه Plasto می‌گوید: خط تولید برای تولید روزانه به صورت ۲۴ ساعته و بدون نیاز به اپراتور پیکربندی شده است و خروجی بالا و پایدار اجزای بایوکامپوزیت تولید شده را تضمین خواهد کرد. Stenerud بیان کرد: همکاری با RISE PFI در پروژه BioComp بینش ارزشمندی از خواص مکانیکی و فرآیندی مرتبط با خواص و همچنین چگونگی طراحی برای جابه‌جایی بهینه در پایان طول عمر را به ما اعطا کرد. درگیری توسعه مراحل اولیه مواد جدید نیز این فرصت را به ما می‌دهد تا بر مشخصات مواد تأثیر بگذاریم تا بهترین سازگاری ممکن را با محصول در دست توسعه و فرآیند تولیدمان تضمین کنیم. هدف شرکت محصولات ساختمانی Alloc بازاریابی محصولات امسال پروژه Biocomp است. Leif Kåre Hindersland مدیر تحقیق و توسعه شرکت می‌گوید: ما از تجربه کردن خرسندیم که تیم تحقیق و توسعه Rise PFI انجام داد که در این راستا می‌تواند برای بهبود عملیات ما منتقل شود و در تولید پنل و کف‌پوش دیواری با کیفیت و خلاقانه کمک کند.
لیگنین کاربردی
شرکت فنلاندی UPM Biofore دارای چندین کسب و کار الیاف و زیست توده است و UPM Formi آمیزه پلاستیکی تقویت شده با الیاف سلولز برای قالب‌گیری تزریقی و چاپ سه‌بعدی را برای چندین سال تولید کرده است. این شرکت اکنون در حال توسعه یک پرکننده دیگر و در حال ساخت یک پالایشگاه زیستی در Leuna آلمان است که چوب راش را می‌گیرد و آن را به قندها هیدرولیز می‌کند که برای تولید بیومنواتیلن‌گلایکول و بیومنوپروپیلن گلایکول و لیگنین مناسب برای تبدیل به پرکننده‌های کاربردی تجدیدپذیر (RFF) استفاده میشود. یکی از اهداف RFF جای‌گزینی دوده یا سیلیکا رسوبی است. Christian Hübsch مدیر فروش و بازاریابی UPM Biochemicals (گروه UPM مستقر در آلمان) می‌گوید: در ترموپلاستیک و ترموست الاستومرها، RFF ممکن است دارای دو استفاده مختلف باشد. یک کاربرد برای RFF، یک رنگدانه سیاه جای‌گزین دوده است. مورد دوم استفاده از درصد بالای RFF جهت افزایش محتوای تجدیدپذیر و کاهش ردپای کربن است. در حالی که ویژگیهای مکانیکی قابل قبول حفظ شود. Hübsch می‌گوید: تا الان ما ترکیبات با ۳۰-۴۰% درصد وزنی RFF در PE، PP ، PBAT و… ساخته‌ایم. در حالی که RFF اغلب برای جای‌گزینی پلیمر در فرمولاسیون آمیزه استفاده میشود، می‌توان برای جای‌گزینی پرکننده‌های مرسوم جهت سبک‌سازی استفاده کرد. Hübsch می‌گوید: با دانسیته تنها ۱/۳ گرم بر سانتی متر مکعب، RFF 50 تا ۶۰% از بسیاری پرکننده‌های سفید سبک‌تر است. همچنین اضافه می‌کند: RFF با ترکیبات مبتنی بر سلولز یا کامپوزیت‌های چوب-پلاستیک متفاوت است. آمیزه‌های ترموپلاستیک با درصد بالای RFF نشان دهنده یک کلاس جدید از مواد با پتانسیل عظیم آینده است. RFF اساساً بدون ترکیبات آلی فرار (VOC) است و ما در حال جمع‌آوری داده‌های لازم برای صدور گواهینامه تماس با غذا و آب آشامیدنی هستیم. UPM مرکز کاربرد را در سایت Leuna بازگشایی و آزمایش، توسعه و همچنین خدمات آمیزه‌سازی محصول را آغاز کرده است. Hübsch می‌گوید: ما شرکت خود را به عنوان یک شریک مستربچ و آمیزه‌ساز می‌بینیم. با این حال ما توسعه آمیزه‌های خودمان را انجام می‌دهیم. ما هر دو را برای مشتری خاص، برنامه‌های بهینه‌سازی ترکیب و مطالعات بنیادین دیگر به صورت موازی برای طیف گستردهای از پلیمرها و کاربردها اجرا می‌کنیم. انتظار می‌رود پالایشگاه زیستی صنعتی در اواخر سال ۲۰۲۳ راه اندازی شود و اولین مقادیر تجاری در اوایل سال ۲۰۲۴ در دسترس خواهد بود. در حال حاضر نمونه‌های مواد تا چند صد کیلوگرم توسط شرکای منتخب برای اهداف توسعه و تأیید آمیزه در حال آزمایش هستند. UPM می‌گوید که BioMotion RFF دارای CO2 خنثی است و انتظار می‌رود در مقیاس صنعتی CO2 منفی باشد. بر اساس آنالیز چرخه عمر تأیید شده شخص ثالث مطابق گفته Barbara Gall مدیر توسعه بازرگانی، پرکننده عمل‌کردی تجدیدپذیر در UPM Biochemicals فیلر بیش از ۹۴% محتوای کربن تجدیدپذیر خواهد داشت و خلوص بالا خواهد بود (VOC و محتوای گوگرد کم). Nymax Bio خط جدیدی از ترکیبات PA Avient است که دارای ۱۶ تا ۴۷% پرکننده از منابع گیاهی تجدیدپذیر مانند ذرت، کاه و گندم است. پایداری یک اولویت بالا برای برندهای مصرف کننده است. Matt Mitchel بازاریاب جهانی مواد مهندسی تخصصی شرکت می‌گوید: اکثر ابتکارات در راستای محصولات با سازگاری بیش‌تر با محیط زیست ساخته شده‌اند. Avient می‌گوید: در مقایسه با جای‌گزین‌های پلیآمید ۶۶ تقویت شده با الیاف شیشه مرسوم، گریدهای مشتقات زیستی، تابیدگی کمتر همراه با سطح ظاهری و رنگ‌پذیری مطلوب ارائه می‌کنند. فرمولاسیون‌های با جذب کم آب به نمایش پایداری ابعادی بسیار خوب و حفظ ویژگی پس از شرطی‌سازی گفته میشود. انتظار می‌رود گریدهای جدید، کاربرد در خودروسازی، صنعتی و ساختمانی پیدا کنند و می‌توان آن را با قالب‌گیری تزریقی و اکستروژن فرآیند کرد. آنها همچنین می‌توانند برای ارائه خواص کاربردی ویژه مانند جوشکاری لیزری یا تأخیر در شعله به صورت سفارشی فرموله شوند. مواد Nymax Bio در آسیا تولید میشوند اما در سطح جهانی در دسترس هستند.
کنف مناسب
مقررات در ایالات متحده در سال ۲۰۱۸ تغییر کرد تا اجازه رشد کنف را دهد. از آن زمان شرکت بیوتکنولوژی صنایع Heartland کار کرده است تا یک زنجیره تأمین کنف صنعتی قابل اعتماد ایجاد کند تا افزودنی‌های کربن منفی را برای پلاستیک‌ها فراهم کند. مطابق گفته John ElY CMO در Heartland ریسک‌زدایی و مقیاس‌پذیری دو متغیر کلیدی در خلق زنجیره تأمین قابل اعتماد هستند. ما رویه‌های عملیاتی ساده خلق کردیم که هر کشاورز برای داشتن محصول موفق (مثل ذرت و سویا) می‌تواند از آن پیروی کند. این مهم‌ترین پی‌گیری برای کاهش خطر بانک‌ها و آژانس‌های بیمه است. به علاوه که ما در کنار کشاورزان در مناطق مختلف آمریکا برای بهبود انعطاف‌پذیری یک محصول در مورد حوادث موجود آب و هوایی کار می‌کنیم. Ely می‌گوید: اولین برداشت عمده محصول ایالات متحده امسال پیش‌بینی میشود و انتظار دارد که قراردادهای تجاری را در سه ماهه چهارم ۲۰۲۲ برای افزودنی‌های کنف ببیند. Heartland در ماه ژانویه یک توافق توسعه مشترک با Ravago آمریکا را برای مهندسی کردن افزودنی‌های کنف برای کاربردهای آمیزه‌های پلیمری اعلام کرد. کامپاندهای پلاستیک پرشده با کنف گفته میشود که سبک‌تر، ارزان‌تر، پایدارتر با خواص گرمایی و آکوستیک افزایش یافته هستند. Ravago که بازیافت‌کننده، آمیزه‌ساز و توزیع‌کننده است Heartland را در فرمولاسیون افزودنی‌ها راهنمایی می‌کند که نیازی به ابزارآلات مجدد برای آمیزه‌ساز و قالب‌گیرها نخواهد داشت. کنترل کیفیت الیاف کنف heartland اندازه استوار، رطوبت و ناحیه سطح را فراهم می‌کند در حالی که فرآیند مهندسی اختصاصی فرآیند و پیوند با پلاستیک را بهبود می‌بخشد. Ely می‌گوید: هدف ارائه جای‌گزینی ۱:۱ به تولیدکنندگان است که هزینه کمتر همراه با دیگر ویژگیهای کاربردی است که یکسان نگه داشته شده است. به عنوان مثال این شرکت در حال کار بر روی کنف پرشده به عنوان جای‌گزینی برای ترکیبات PP حاوی ۲۰% تالک است. الیاف نیز در پلیمرهایی از قبیل PE، PVC، ABS و PET ارزیابی شده است. به گفته Ravago آمیزه PP حاوی ۲۰% کنف استحکام کششی تقریباً یکسانی با PP حاوی ۲۰% تالک خواهد داشت. به علاوه دارای ۲۰% مدول خمشی کمتر و ۲۰% مقاومت ضربه آیزود بیش‌تر است. Chuck taylor مدیر فنی و مدیر کسب و کار Ravago Manufacturing Americas می‌گوید: همچنین کاهش وزن قطعه تا حدود ۲۰% را ارائه می‌دهد. Taylor می‌گوید: جای‌گزینی الیاف شیشه با الیاف کنف مطلوب است اما هنوز ممکن نیست. ما باید یک شیمی با دوام جهت اصلاح کنف ایجاد کنیم تا به رزین برای ایجاد تقویت چسبانده شود. او گفت تا آن زمان کنف به عنوان پرکننده عمل خواهد کرد. با این حال مطابق گفته او مشتریان به طور فزاینده‌ای درخواست محصولات تجدیدپذیر و پایدار را می‌کنند و به نظر می‌رسد درک کنند که این راه حل‌ها ممکن است افزایش هزینه را به دنبال داشته باشد. او اضافه می‌کند: این تمایل به پرداخت برای پایداری به طور چشم‌گیری با آنچه که در گذشته دیده‌ایم متفاوت است.
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
عوامل پراکنده ساز و اتصال دهنده برای پلاستیک های پرشده
در صنعت پلاستیک پرکننده ها نقش مهمی را در رسیدن به استحکام، پایداری ابعادی، و دیگر خواص مورد نیاز برای کاربردهای مورد نظر، دارند. عمل کرد پلیمرهای تقویت شده نه تنها به مشخصات فیلر، بلکه به میزان پراکنش و نیز به بر هم کنش های ایجاد شده در سطح مشترک فیلر-پلیمر، بستگی دارد. پراکنش خوب پرکننده در یک رزین پلیمری برای دست یابی به عمل کرد مطلوب در کاربرد نهایی بسیار مهم است .به منظور پراکنش مؤثر ماده پرکننده، در ابتدا لازم است که در مورد عوامل پراکنده ساز و اتصال دهنده، چگونگی عمل کرد این مواد افزودنی در سطح پرکننده/پلیمر و نیز مزایای استفاده از آن ها در فرمولاسیون، در راستای ارائه عمل کرد بهتر و هزینه کمتر، بیش تر بدانیم.
چرا به عوامل پراکنده ساز و اتصال دهنده نیاز داریم؟
از چند دهه گذشته تا کنون، ترکیب مواد پرکنندهی معدنی و آلی در یک ماتریس پلیمری از اهمیت صنعتی قابل توجهی برخوردار بوده است. این افزودنی ها برای تولید کامپوزیت های جدید با خواص مطلوب جهت استفاده در کاربردهای خاص به ترکیب اضافه می شوند. رنگدانه ها، مواد پرکننده، و سایر مواد جامد با اندازه بسیار کوچک را می توان از طریق افزودن عوامل پخش کننده و عوامل اتصال، با سهولت بیشتری در ترکیبات پلاستیکی گنجاند. پخش کننده ها برای خیس کردن، پایداری و افزایش میزان افزودن رنگدانه ها و سایر مواد پرکننده بکار می روند. آنها معمولاً در کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت ها برای موارد زیر استفاده میشوند: پراکنش مناسب و افزایش سطح بر هم کنش بین پرکننده مورد استفاده و ماتریس پلیمری بنابراین، عوامل پراکنده ساز و نیز عوامل اتصالدهنده به تولید یک سوسپانسیون پایدار کمک می کنند تا بتوان بدون همزدن مکانیکی انها را فرآیند کرد و در نتیجه تجمع ذرات را تا حد امکان کاهش داد. در همین راستا: انرژی مورد نیاز برای پراکنش کاهش و همگنی محصولات نهایی بهبود می یابد. بعلاوه، در نتیجه پراکنش بیش تر، استحکام رنگ رنگدانه ها افزایش می یابد و منجر به افزایش بازده آنها خواهد شد. در هر غلظتی، عوامل پراکنده ساز و عوامل اتصال دهنده می توانند به طور موثری فرآیندپذیری، خصوصیات مکانیکی و زیبایی پلاستیک ها را افزایش دهند.
مزایای استفاده از عوامل پراکنده ساز در کامپوزیت ها:
- ویسکوزیته کمتر/بهبود جریان پلیمر جهت افزایش بازدهی به معنی پر کردن بهتر قالب، تولید قطعاتی با دیوارهی نازک تر (نمودار پایین).
- افزایش استحکام ضربه
- تنش تسلیم و ازدیاد طول تا پارگی بالا
- استحکام رنگ بالاتر در نتیجه پراکنش بهتر
- افزایش زیبایی
- مسدود شدن سطح پرکننده و عدم جذب مواد افزودنی دیگر از پلیمر
بهبود خواص ذکر شده پلاستیک ها را مناسب استفاده در کاربردهایی نظیر موارد زیر می سازند:
- بسته بندی
- قطعات الکترونیکی
- اتومبیل
- هوافضا
- لوازم خانگی
ساز و کار:
چسبندگی پلیمر به سطح پرکننده توسط عواملی بهبود می یابد که حداقل دارای دو گروه عاملی باشند. یک گروه به سطح پرکننده و گروه دیگر چسبندگی به پلیمر را ایجاد کرده و به طور مؤثری از تجمع ذرات پرکننده جلوگیری می کند.
ساختار کلی پراکنده ساز شامل یک گروه لنگر (A) است که باید به صورت شیمیایی با سطح فیلر پیوند برقرار کند و یک گروه بافر (B) که ذرات را از هم جدا کرده و در نتیجه ذرات به هم نمی چسبند. عوامل پراکنده ساز به ذرات می چسبند اما هیچ گونه برهم کنش قوی و خاصی با پلیمر اطراف ندارند. این مواد باعث افزایش همگنی شده و از ایجاد نقص هایی که در نقاط تجمع ذرات به وجود می آیند جلوگیری می کنند.
ساختار کلی عامل اتصال دهنده اما، از یک گروه لنگر (Anchor) (A)، یک گروه بافر/پل (Buffer/Bridge) (B) و یک گروه جفتکننده (Couplant) (C) تشکیل شده است. عوامل اتصال دهنده در اصل مولکول های هیدروکربن با زنجیره کوتاه هستند، که یک انتهای آن ها با پلیمر سازگار یا واکنش پذیر است در حالی که انتهای دیگر قادر به واکنش با الیاف یا پرکننده هاست.
این عوامل به ذرات می چسبند اما باید از طریق پیوندهای شیمیایی یا گره خوردگی های زنجیری به پلیمر هم متصل شوند تا استحکام را برای ماده به ارمغان بیاورند.
معمولاً الیاف یا ذرات پرکننده، قبل از قرار گرفتن در ماتریس پلیمر با عامل جفتکننده اصلاح شده و با یک لایه سطحی به صورت شیمیایی پوشش داده می شوند.
انواع پراکنده سازها
عوامل پراکنده ساز موجب بهینه شدن توزیع مواد پرکننده در ترکیبات می شوند. در طی فرآیند پراکنش، این مواد افزودنی به پوشاندن سطح تازه تشکیل شده از ذرات اولیه کمک می کنند. بدین ترتیب، آنها از تجمع و کلوخه شدن ذرات جلوگیری می کنند.
انواع پراکنده سازها مشابه انواع عوامل اتصال هستند چرا که در هر دو مورد، شیمی مورد نیاز برای اتصال ماده افزودنی به سطح پرکننده یکسان است.
انواع مختلف عوامل پراکنده ساز و عوامل اتصال دهنده شامل موارد زیر می شوند:
- ارگانوسیلان ها
- ارگانومتالیک ها (مانند تیتانات ها، آلومینات ها و زیرکونات ها)
- اسیدهای غیراشباع
- پلیمرهای دارای گروه عاملی اسیدی
- پراکنده سازهای پلیمری
- واکس ها ( پلی اتیلن، پلی پروپیلن، متالوسن، و …)
- و دیگر موارد…
هیچ عامل پخش کننده یا اتصال دهندهای مناسب همه سیستم های پرکننده-پلیمر نیست. برخی از این عوامل معمولاً بیش تر از سایرین کاربرد دارند، در حالی که برخی دیگر در موارد خاص استفاده می شوند.
عوامل اتصال دهنده و پخش کننده سیلانی
در طی اصلاح سطح یک ماده پر کننده یا رنگدانه با سیلان، یک واکنش بین گروه های عاملی ماده پرکننده یا رنگدانه (مانند گروه های OH) و گروه های آلکوکسی سیلان انجام می شود تا یک سطح عامل دار شده سیلانی ایجاد شود.
به منظور بهبود سازگاری پرکننده با ماتریس پلیمر، می توان سطح پرکننده را از طریق ایجاد برهم کنش های خاص یا واکنش شیمیایی بین گروه عاملی پلیمر و گروه عاملی آلی ارگانوسیلان، عامل دار کرد. عاملیت سیلان نیز باید متناسب با ماتریس پلیمر انتخاب شود.
اصلاح سیلانی همچنین به ایجاد یک لایه محافظ می انجامد که از کلوخه شدن مجدد ذرات جلوگیری می کند.
استفاده از عامل پخش کننده سیلانی در فرمولاسیون ترموپلاستیک، لاستیک و یا ترموست پرشده، مزایای زیادی به همراه دارد که در نهایت باعث فرآیندپذیری آسان تر و یا عمل کرد بهتر محصول نهایی می شود.
فرمول عمومی یک ارگانوسیلان دارای دو نوع گروه عاملی است:
(RnSiX(4-n
- R یک گروه عاملی آلی است که عامل اتصال را قادر به برقراری پیوند با رزین های آلی و پلیمرها می کند.
- X یک گروه قابل هیدرولیز، غالباً آلکوکسی، اسیلوکسی، آمین، و یا کلرین است.
یک عامل اتصالدهنده سیلانی در اصل به عنوان نوعی واسطه عمل کرده و سطح پرکننده را به ماتریس پلیمر متصل می کند. از طریق هیدرولیز، یک گروه فعال سیلانول تشکیل میشود که می تواند با سایر گروه های سیلانول از جمله گروه های روی سطح سیلیکا، سیلیس و سایر فیلرها (که در سطح خود گروه هیدروکسی دارند)، متراکم شده و پیوند سیلوکسان ایجاد کند. این ویژگی عوامل اتصال سیلانی را به گزینه ای مناسب برای بهبود استحکام مکانیکی و سختی کامپوزیت ها، ارتقای چسبندگی رزین ها، و همچنین اصلاح سطح مبدل می کند.
پخش کننده ها و عوامل اتصال آلی فلزی (organometallic) (تیتانات ها، زیرکونات ها، آلومینات ها)
پخش کننده ها و عوامل اتصال آلی فلزی بعنوان پل های مولکولی در سطح مشترک بین فیلرهای معدنی (مانند CaCo3، BaSO4، گرافیت، تالک، دوده، سیلیکا، و اکسیدهای فلزی) و پلیمرها عمل کرده و غالباً به منظور افزایش انعطاف پذیری به کار برده می شوند.
در خانواده عوامل اتصال دهنده آلی فلزی، تیتانات ها بیش از زیرکونات ها و آلومینات ها دارای محبوبیت هستند.
عوامل اتصال دهنده آلی فلزی غالباً از طریق پیوند کووالانسی، نیروهای وندروالس و پیوند هیدروژنی پیوند برقرار می کنند و هم برای ترموپلاستیک ها و هم برای رزین های ترموست مناسب هستند. همان طور که در بالا ذکر شد، این مواد افزودنی بر روی پرکننده هایی مانند کربن سیاه، گرافیت، سولفات باریم و سایر مواد پرکننده بدون گروه هیدروکسی مؤثر هستند.
پراکنده سازهای پلیمری
پخش کننده های پلیمری، که به آن ها Hyperdispersants نیز گفته می شود، مواد پلیمری هستند که برای سطوح عمل کردی به مراتب بالاتر طراحی شده اند. این مواد به طور معمول دارای وزن مولکولی بالاتری هستند و این بدان معنی است که ممکن است حاوی چندین گروه لنگر و زنجیره های پایدارکننده باشند. پراکنده سازهای پلیمری می توانند متناسب با طیف وسیعی از رنگدانه ها یا مواد پرکننده و در محیط های مختلف طراحی شوند.
در مقایسه با محلول های پخش کننده استاندارد مانند ، پراکنده سازهای پلیمری به دلیل ساختار و ویژگیهای خاصشان، مزایا و عملکرد بی نظیری را برای ترموپلاستیک ها، ترموست ها و رنگ دهنده های مایع ارائه می دهند. از جمله این مزایا می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کیفیت بالاتر – استحکام بالای رنگ
- انعطاف پذیری بهبودیافته
- بهبود فرآیندپذیری و افزایش تولید
بهترین عوامل پراکنده ساز برای پرکننده های مختلف به ترتیب:
انواع مختلفی از پرکننده ها در دسترس هستند که هر کدام به عوامل پراکنده ساز و اتصال دهنده متفاوتی نیاز دارند. این پرکننده ها عبارتند از:
- دوده
- کلسیم کربنات
- سیلیکای رسوبی
- آلومینیوم هیدروکسید
- تالک
- کائولین
- و موارد دیگر…
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 📧
رزین پلی پروپیلن فوم شونده جدید ExxonMobil با استحکام بالای مذاب
فوم‌های گرمانرم به فوم‌هایی اطلاق میشود که حاصل فوم‌سازی پلیمرهای گرمانرم (Thermoplastic) هستند. عنوان گرمانرم به پلیمرهایی گفته میشود که در اثر حرارت ذوب شده ولی ترکیب شیمیایی خود را حفظ می‌کنند. بنابراین می‌توان آنها را به دفعات فابل قبول ذوب و منجمد کرد و بازیافت نمود. میزا بلورینگی مهم‌ترین معیار طبقه‌بندی پلیمرهای گرمانرم است. بر این اساس پلیمرهای گرمانرم به دو دسته بی‌شکل (Amorphous) و نیمه بلورین (Semi-Crystalline) تقسیم‌بندی میشوند. گرمانرم‌های بی‌شکل شفاف بوده و در دمای کمتر از دمای گذار شیشه‌ای قابل استفاده هستند. از مهم‌ترین پلیمرهای بی‌شکل می‌توان به پلی‌استایرن (PS)، پلی‌کربنات (PC)، اکریلونیتریل‌بوتادی‌استایرن (ABS)، پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA) اشاره کرد. گرمانرم‌های نیمه‌بلوری به طور هم‌زمان، حاوی نواحی بی‌شکل و بلوری بوده و لذا مقاومت بیشتری در برابر حلال‌ها و مواد شیمیایی دارند. اگر فاصله صفحات بلوری از طول موج نور بیش‌تر باشد پلیمر کدر خواهد بود. از مهم‌ترین پلیمرهای نیمه بلوری می‌توان پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلی بوتیلن‌ترفتالات (PBT) و پلی‌اتیلن‌ترفتالات (PET) را نام برد.
در چند دهه گذشته، گروهی از محققین دریافتند که با قرار دادن حفره های خالی در ساختار پلیمرها می توان خواص ویژهای در محصولات تولیدی ایجاد کرد. امروزه این محصولات را با نام فوم های پلیمری می شناسیم. در واقع پلیمرهای عادی با قرار گرفتن عامل فوم زا به ساختارهای فومی تبدیل می شوند. از جمله مهم ترین مزایای فوم ها وزن کم، ﻧﺴﺒﺖ بالای اﺳﺘﺤﮑﺎم مکانیکی ﺑﻪ وزن، ﻋﺎﯾﻖ ﺣﺮارﺗﯽ، ﻋﺎﯾﻖ ﺻﻮﺗﯽ و ﺧﻮاص ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﺧﻮب است. فوم های پلیمری کاربرد بسیار گستردهای در صنایع مختلفی همچون خودروسازی، هوافضا، بسته بندی، عایق سازی تأسیسات، ساختمان و … دارند.
ExxonMobil، شرکت نفت و گاز آمریکایی و دومین شرکت نفتی و بزرگ جهان بر اساس میزان درآمد سالانه، به تازگی رزین پلی پروپیلن فوم شونده جدیدی را معرفی کرده است. این رزین با نام Achieve Advanced PP6302E1 هموپلیمر پلی پروپیلن با ساختاری شاخه ای، و گریدی با استحکام بالای مذاب (HMS) است که فرآیندپذیری بسیار مطلوبی را در اکستروژن، تزریق، و قالب گیری دمشی ارائه داده و از طرفی سفتی محصول را در مقایسه با فوم HMS PP استاندارد تا ۳۰ درصد افزایش می دهد. عایق صوتی و گرمایی است و قابلیت استفاده در کاربردهایی نظیر بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی، بسته بندی های صنعتی و نیز محصولات ساختمانی را داراست.
در گذشته، تنها فوم های تولیدشده از پلیمرهای آمورفی مانند پلی استایرن، پلی یورتان، و پلی(وینیل کلراید) به کار برده میشدند. این ماده جدید با خط تولید فوم PS و با عوامل فوم زای متنوعی قابل فرآیند بوده و به ماده اولیه کم تری هم برای تولید محصول از آن نیاز است. همچنین در صورت وجود امکانات لازم قابل بازیافت نیز هست. صاحبان برندها، و سازندگان تجهیزات اصلی، می توانند با استفاده از این ماده فرصت های جدیدی را برای تولید محصولاتی با وزن کم ایجاد کنند که در آن ها از مزیت های PP هم بهره مند شوند.
در بسته بندی مواد غذایی و آشامیدنی (مانند گوشت)، استفاده از این ماده بسیار مقرون به صرفه بوده و سفتی مطلوبی ارائه می دهد. همچنین فوم های جدید در این کاربرد، در کنار ویژگی عایق بودن دارای خواصی نظیر مقاومت طولانی مدت در برابر چربی و رطوبت نیز هستند. در بسته بندی های صنعتی، این ماده ارائه دهنده چقرمگی، پایداری دمایی، مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر رطوبت و همچنین وزن کم است. در کاربردهای ساختمانی (مانند عایق ها) نیز از ویژگی هایی نظیر دوام بالا و سهولت نصب به دلیل وزن کم، برخوردار هستند.
منبع خبر:
www.exxonmobilchemical.com
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 📧
ارتباط MFI با ویسکوزیته
رابطه MFI و ویسکوزیته
در حین تولید محصول پلیمری، تنها پارامتری از جریان شخص فرآیند کننده به آن دسترسی دارد، MFI است. اما MFI اندازه‌گیری تک‌نقطه‌ای ویسکوزیته در دما و سرعت برشی پایین نسبتاً پایین است. از آنجایی که مقادیر دما و سرعت برشی به کار گرفته شده در آزمون MFI اساساً با مقادیری که در فرآیندهای مقیاس بزرگ واقعی که با آنها می‌توان مواجه شد؛ متفاوت است، MFI به طور مستقیم به رفتار فرآیندی مرتبط نمی‌باشد. تا جایی که به فرآورش مربوط میشود، هر دو ویسکوزیته‌های برشی بالا و پایین مواد مهم هستند. خواص برشی پایین در کاربردهایی مهم هستند که استحکام مذاب و خمش از قبیل قالب‌گیری دمشی و پوشش‌دهی مورد اهمیت واقع میشوند. از طرف دیگر خواص برشی بالا به کاربردهایی مرتبط هستند که پایداری مذاب، شکست مذاب و تولید حرارت مهم هستند. MFI اغلب به عنوان یک پارامتر تعریف شده تجربی در نظر گرفته میشود.
رابطه معکوسی بین MFI و ویسکوزیته برشی صفر وجود دارد. مثلاً برای پلی‌اتیلن رابطه زیر وجود دارد:
رابطه بین MFI و ویسکوزیته ذاتی را به صورت زیر ارائه شد که از این طریق رابطه معکوس بین MFI و ویسکوزیته برشی صفر به شرح زیر است:
با استفاده از این تعریف که
روابط ۳ و ۴ می‌توانند به سادگی از روابط ۱ و ۲ مشتق شوند.
برای اکثر مذاب‌های پلیمری ترموپلاستیک (فرآورش شده در ناحیه پلاتو ویسکوزیته نیوتنی برشی پایین)، تخمین منطقی خوبی از ویسکوزیته برشی صفر می‌توان از داده‌های MFI از طریق معادله زیر به دست آورد.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
اهمیت شاخص جریان مذاب (MFI: Melt Flow Index / MFR: Melt Flow Rate)
شاخص جریان مذاب یک ویژگی از ترموپلاستیک‌هاست که خصوصیات محصول تولیدی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. MFI یک عدد کاربردی می‌باشد که سرعت جریان مذاب ترموپلاستیک را بیان می‌کند و معیاری از سیالیت یک ترموپلاستیک و تابعی از وزن مولکولی آن در دما و فشار مشخص است. این آزمایش بر اساس استاندارد ASTM D1238 (ISO 1133) و با استفاده از دستگاه پلاستومتر انجام می‌گیرد. دانستن MFI پلاستیک ها کمک می‌نماید تا بتوان پایه پلیمری را به درستی انتخاب نمود. برای این مهم ابتدا باید نوع پلیمر تشخیص داده شود تا با توجه به آن روش و شرایط آزمون مهیا گردد.
به طور مشخص مقدار گرم یک پلیمر ترموپلاستیک که در اثر فشار حاصل از یک وزنه معین در درجه حرارت مشخص از یک دای به طول mm8 و قطر mm0955/2 در مدت زمان ۱۰ دقیقه عبور نماید را نرخ جریان مذاب آن ترموپلاستیک می‌گویند.
این آزمون برای مواد اولیه (جهت تائید کیفیت مواد) و نیز برای محصول انجام میشود. به این صورت که MFI به دست آمده برای محصول مطابق استاندارد، نباید بیش‌تر از ۲۵% با MFI ماده اولیه تفاوت داشته باشد؛ در غیر این صورت فرآیند تولید، نیازمند تنظیمات جدید خواهد بود.
MFI در اصل ویسکوزیته در یک دما و تحت یک بار خاص (این بار می‌تواند از kg5/0 تا kg6/21 تغییر کند) هست. MFI در واقع میزان سیالیت یا Fluidity پلیمر را اندازه می‌گیرد. در صنعت این طور رواج یافته است که به عنوان مثال وقتی MFI بالاست بدین معناست که ویسکوزیته پلیمر پایین می‌باشد. با افزایش جرم مولکولی سیالیت پلیمر کم میشود و در نتیجه میزان خروجی مذاب پلیمری (MFI) نیز کم خواهد شد.
شاخص جریان مذاب با جرم مولکولی و ویسکوزیته رابطه عکس دارد. پلیمر با جرم مولکولی بالاتر، MFI کمتری دارد. هر چه مقدار MFI بیش‌تر باشد، جرم مولکولی پایین‌تر، مذاب پلیمری روان‌تر و ترموپلاستیک در دمای پایین‌تری فرآیند می‌گردد. ولی خواص مکانیکی ترموپلاستیک با MFI بالاتر، ضعیف‌تر می‌باشد. معمولاً مقدار MFI به گرید پلیمر ارتباط داده میشود و بر این اساس نوع فرآیند را انتخاب می‌کنند. این آزمایش برای تعیین میزان سهولت قالب‌گیری مواد پلیمری به طریق تزریق و اکستروژن صورت می‌گیرد. به طور کلی ترموپلاستیک با MFI بیش‌تر در قالب‌گیری تزریقی و ترموپلاستیک با MFI کمتر در قالب‌گیری دمشی و اکستروژن کار برد دارد.
لازم به ذکر است تغییرات زیاد در شاخص جریان مذاب می‌تواند نشانه‌ای از مناسب نبودن مواد اولیه جهت کاربرد مورد نظر باشد. برای پلاستیک‌هایی که دارای وزن مولکولی پایین هستند باید از وزنه‌های پایین استفاده نمود؛ زیرا اعمال وزنه بالا سبب ریزش و خروج ناگهانی مذاب از سیلندر و دای می‌گردد و نتایج حاصله قابل اعتماد نخواهد بود. همچنین اگر برای پلاستیک‌های دارای وزن مولکولی بالا این آزمون با وزنه کم انجام گیرد، به دلیل سیالیت پایین نمونه، مذاب از دای خارج نشده و MFI قابل محاسبه نمی‌باشد.
عوامل مؤثر بر MFI:
- توزیع وزن مولکولی
- درصد کومونومر
- درجه شاخه‌ای شدن زنجیر
- بلورینگی
- میزان انتقال حرارت در فرآورش ترموپلاستیک
کاهش در مقدار MFI، باعث ایجاد موارد زیر میشود:
- افزایش وزن کولکولی
- افزایشسختی
- افزایشاستحکام کششی
- افزایشدر استحکام نقطه تسلیم
- افزایشمقاومت در برابر خزش
- افزایشچقرمگی
- افزایش دمای نرم شدن
- افزایش مقاومت در برابر تنش ترک
- افزایش مقاومت شیمیایی
- کاهش جلا و براقیت
- کاهش نفوذپذیری
سرعت جریان مذاب نسبت عکس با ویسکوزیته مذاب در شرایط آزمون را دارد، اگرچه باید در نظر داشت که ویسکوزیته برای هر ماده‌ای بستگی به نیروی اعمالی دارد. همچنین نسبت‌های بین دو سرعت جریان مذاب برای یک ماده با استفاده از وزن‌های مختلف می‌تواند معیار اندازه‌گیری پهنا توزیع وزن مولکولی باشد.
با اعمال یک وزنه یکسان، هر چه MFI یک نمونه مذاب پلیمری بیش‌تر باشد بدان معناست که ویسکوزیته آن کمتر است. هر چه ویسکوزیته کمتر باشد، می‌توان نتیجه گرفت که وزن مولکولی آن نمونه پایین‌تر است. لذا می‌توان گفت که MFI ساده‌ترین روش استاندارد برای مقایسه نسبی وزن مولکولی ترموپلاستیک‌هاست.
توجه به این نکته مهم است که وقتی به یک پلیمر آمورف، افزودنی اضافه می‌گردد؛ همیشه میزان MFI اش کاهش پیدا می‌کند اما در پلیمرهای نیمه بلورین در بعضی از مواقع این اتفاق برعکس میشود. یعنی به عنوان مثال اگر به ترموپلاستیک PP فیلر اضافه شود، MFI آن نسبت به حالت خالصش بیش‌تر می‌گردد. دلیل این موضوع را بیش‌تر به لغزش زنجیره‌ها روی فیلر ربط می‌دهند. معمولاً برای تالک این اتفاق رخ می‌دهد.
هر چقدر ماده‌ای که تحت آزمون MFI می‌باشد، ساختار شیمیایی ساده داشته باشد و طول زنجیرهایش کوچک باشند مولکول‌ها به راحتی می‌توانند روی هم‌دیگر بلغزند و از دای خارج شوند و در نتیجه میزان MFI بالاتر است. در مقابل هر چه ریزساختار پیچیده‌تر دارای شبکه‌‌های سه بعدی فیزیکی و مولکول‌هایی با زنجیرهای بلند باشند حرکت سخت‌تر و با ممانعت بیشتری همراه هست به همین دلیل میزان MFI پایین‌تر میشود.
مشابه این تست برای الاستومرها هم تستی وجود دارد تحت عنوان Mooney Viscosity که در این تست رابر را در یک رئومتر Cone and Plate در دمای ثابت و سرعت چرخش ثابت مورد آزمون قرار می‌دهند و میزان جهندگی (resilience) را بعد از یک مدت زمان مشخص (معمولاً ۴ دقیقه) گزارش می‌کنند.
نکته جالبی که در مورد MFI وجود دارد این است که از این تست هیچ نتایجی در مورد ویسکوزیته پلیمر را نمی‌توان به طور مستقیم در حین فرآیند، شبیه‌سازی کرد؛ ولی تست خیلی کاربردی در بخش کنترل کیفیت کارخانجات محسوب میشود.
شاخص جریان حجمی
چنانچه شرایط برای اندازه‌گیری شاخص جریان مذاب مناسب نباشد، شاخص جریان حجمی پلیمر را اندازه‌گیری می‌کنند. اگر میزان MFI به دست آمده در چگالی ترموپلاستیک مورد نظر ضرب شود؛ پارامتری با نام MVI (Melt Volume Index/ Melt Volume Rate) حاصل می‌گردد. اخیراً بیش‌تر از داده‌های حجمی نسبت به جرمی استفاده می‌کنند. بدین صورت که طول سیلندر و شعاع آن موجود می‌باشد، پس می‌توان حجم را محاسبه کرد. با حرکت پیستون به سمت پایین این حجم در حال تغییر است که با داده‌های آن می‌توان مقادیر MVR را حساب کرد. توجه به این نکته ضروریست که باید چگالی را به صورت دقیق در دمای مشخص مورد نظر دانست که داده‌ها برای اکثر ترموپلاستیک‌ها موجود است. مزیت روش مذکور این هست که به جای یک داده از چندین داده استفاده میشود، پس خطای کمتری دارد و همچنین خطاهایی مثل وجود حباب داخل نمونه یا سیلندر نیز کاهش می‌یابد. البته ناگفته نماند که با اطمینان نمی‌توان گفت که این روش نسبت به روش متداول بهتر است؛ چون روش اول بسیار جا افتاده و در اصل خواص توده (bulk) را می‌دهد؛ ولی روش حجمی به داده چگالی وابسته است و بیش‌تر برای کارهای آزمایشگاهی یا بخش کنترل کیفیت کارخانجات که تغییرات دمایی پلیمر رو دقیقاً می‌دانند، مناسب است.
جدول ذیل طرح کلی از اثر افزایش MFI بر روی اکثر ویژگیهای فیزیکی متداول خواص محصول نهایی را نشان می‌دهد.
کاربردهای نهایی پلی‌اتیلن (Polyethylene) از طریق بررسی MFI
کاربردهای نهایی پلی‌پروپیلن (Polypropylene) از طریق بررسی MFI
MFI نسبتاً به تغییرات توزیع وزن مولکولی غیر حساس است. اما MWD تأثیر عمیقی در رفتار ویسکوزیته برشی پایین دارد. از این رو MFI در چنین مواردی واقعاً نمی‌تواند ویسکوزیته برشی صفر را حتی با دقت قابل قبول پیش‌بینی کند. بنابراین روش مذکور می‌تواند شامل خطاهای حتی بیش‌تر از ۵۰% باشد. لذا پیش‌بینی ویسکوزیته برشی صفر از MFI باید با نهایت احتیاط انجام شود.
علت عدم ذکر MFI در داده‌برگ (Data Sheet) پلیمرهایی که در حالت مذاب به شدت به رطوبت حساس هستند مثل پلی آمیدها، پلی‌اتیلن‌ترفتالات و… این است که معمولاً MFI این پلیمرها به دلیل شرایط محیط و این که میزان رطوبت از حالت تعادلی بیش‌تر یا کمتر باشد، امکان تغییر جرم مولکولی هست و تکرارپذیری قابل قبولی ندارد. معمولاً در این موارد از ویسکوزیته ذاتی (Inherent Viscosity, Intrinsic Viscosity) استفاده میشود.
لازم به ذکر است به جای مشخصه MFI که مختص پلاستیک‌هاست، برای PVC مشخصه‌ای به نام K-Value وجود دارد که با جرم مولکولی متناسب است و طبق یک جدول معین به ازای هر K-Value جرم مولکولی مشخص میشود. K-Value معیاری از جرم مولکولی PVC است و از میزان ویسکوزیته پلیمر حل شده در یک حلال به دست می‌آید. همچنین شاخص K-Value معیاری است از فرآیدپذیری PVC که از ۲۰ تا ۸۰ متغیر است و هر چه این مقدار بیش‌تر باشد، خواص بهتر و فرآیندپذیری ضعیف‌تر است. با افزایش K-Value، وزن مولکولی و ویسکوزیته PVC افزایش می‌یابد و فرآیندپذیری سخت‌تر می‌گردد. شاخص K-Value در اصل نشأت گرفته از ویسکوزیته ذاتی می‌باشد. عدد K-Value مربوط به ضریبی است که به ویسکوزیته ارتباط دارد و گرید PVC را مشخص می‌کند. در تست ویسکوزیته با روش آبلود این ضریب برای تعیین ویسکوزیته مورد نیاز است.
محدویت‌های آزمون MFI
- این تست به علت تک نقطه‌ای بودن اطلاعات محدودی را در اختیار می‌گذارد.
- محدوده دمایی آو: از ۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد
- میزان بار پیستون: از ۵/۰ تا ۶/۲۱ کیلوگرم
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
آزمون شعله پلیمرها- UL94- Glow Wire
جهت شناسایی ترموپلاستیک‌ها و ترکیبات آنها روش مستقیم (تماس مستقیم با شعله) که بر اساس استاندارد UL-94 انجام می‌گیرد و روش غیر مستقیم (تماس با یک سیم با دمای مشخص) که بر اساس استاندارد (IEC Glow Wire Test: International Electrical Commission) انجام می‌گیرد، به کار می‌رود.
گسترده‌ترین استانداردهای عملکرد قابل قبول اشتعال‌پذیری برای مواد پلاستیک، مقادیر UL94 هستند. این مقادیر قصد دارند تا قابلیت ماده را در برافروختن شعله، هنگامی که محترق میشود، تعیین کنند. چندین روش بر اساس نرخ سوختن، زمان آتش گرفتن، قدرت مقاومت در برابر چکیدن و مشتعل بودن در حالت چکیدن یا نچکیدن، به کار گرفته میشوند. هر ماده مورد آزمایش ممکن است بسته به رنگ و یا ضخامت چندین مقدار را به خود اختصاص دهد. وقتی ماده‌ای را برای کاربردی در نظر می‌گیریم، مقدار UL باید برای نازک‌ترین مقطع دیواره موجود در قطعه پلاستیکی قابل استفاده باشد. مقدار UL بایستی همواره با توجه به ضخامت ثبت شود: گزارش نمودن UL بدون ذکر ضخامت نامطلوب است.
خلاصه‌ای از دسته‌بندی‌های مقادیر UL94
HB- سوختن کند روی یک آزمونه افقی
نرخ سوختن >(mm/min)76 برای ضخامت < mm3
نرخ سوختن >(mm/min)38 برای ضخامت > mm3
در جایی که اشتعال
V-0- سوختن در مدت ۱۰ ثانیه در ازمونه قائم بدون چکیدن قطره‌ای متوقف میشود.
V-1- سوختن در مدت ۳۰ ثانیه در آزمونه قائم بدون چکیدن قطره ای متوقف میشود.
V-2- سوختن در مدت ۳۰ ثانیه در آزمونه قائم و با چکیدن ذرات مشتعل متوقف میشود.
۵VA- آزمون‌های پلاکی می‌توانند فاقد سوراخ ورود شعله بوده و مقادیر UL حداکثر را دارند.
۵VB- آزمونه‌های پلاکی که یک سوراخ ورود شعله دارند.
UL94HB
در جایی که اشتعال‌پذیری یک ضرورت ایمنی باشد، طبیعتاً مواد HB مجاز نیستند. در مجموع، مواد طبقه‌بندی شده HB برای مصارف الکتریکی به غیر از مقاصد تزئینی و/یا مکانیکی توصیه نمی‌شوند. بعضی وقت‌ها سوء تفاهم ایجاد میشود: مواد غیر Fiberglass Reinforced (یا موادی که برای Fiberglass Reinforced در نظر گرفته شده‌اند) به طور خودکار نیازمندی‌های HB را دربر نمی‌گیرند. UL94HB اگرچه کم‌ترین رده شعله‌پذیری شدید است، باید به وسیله آزمایش کنترل شود.
UL94V0, V1, V2
آزمون‌های عمودی با همان آزمونه‌هایی که در روش HB به کار می‌روند، انجام می‌گیرد. زمان‌های سوختن، زمان‌های شعله‌ور بودن، وقتی چکیدن اتفاق می‌افتد و چنانچه پارچه کتانی زیرین شعله‌ور شود یا نشود، همگی یادداشت‌برداری میشود. برای تشخیص V1 از V2 قطرات مشتعل شده به عنوان یکی از مهم‌ترین منابع انتشار آتش یا شعله ها شناخته میشوند.
UL94-5V
این رده شدیدترین گروه از کل طبقه‌بندی UL است و با دو مرحله سر و کار دارد:
مرحله ۱: یک مرحله استاندارد قابل اشتعال به صورت قائم نصب شده و در معرض ۵ بار استفاده از شعله (mm127) با فاصله زمانی ۵ ثانیه قرار می‌گیرد. برای تأیید نهایی، هیچ آزمونه میله ای بیش از ۶۰ ثانیه و پس از ۵ مرتبه اعمال شعله، با شعله یا سرخی احتراق نمی‌شود. همچنین به هیچ قطره سوخته شده‌ای مجال اینکه پارچه کتانی تعبیه شده در زیر آزمونه‌ها را محترق نماید، داده نمی‌شود. کل روش آزمون با ۵ میله آزمون تکرار میشود.
مرحله۲: پلاکی یا ضخامت مشابه میله در وضعیت افقی با همان شعله مورد آزمایش قرار می‌گیرد. کل آزمون با سه پلاک تکرار میشود. از این آزمون افقی دو طبقه‌بندی نتیجه میشود: ۵VA و ۵VB.
- ۵VB: سوراخ‌هایی را که شعله از آنها عبور می‌کند، ایجاد می‌نماید.
- :۵VA اجازه ایجاد سوراخ نمی‌دهد.
UL94-5V در بین آزمون‌های UL سخت‌گیرانه‌ترین آزمون است که برای جعبه‌های آتش روی ماشین‌های اداری بزرگ در نظر گرفته شده است. برای چنان کاربردهایی با ضخامت دیواره کمتر از (mm5/1)، باید انواع مواد پرشده با شیشه، مورد استفاده قرار گیرند.
اشتعال‌پذیری (CSA) (CSA C22.2 NO.0.6, Testa)
این آزمون دست‌یابی به اشتعال‌پذیری استاندارد کانادایی، با روشی مشابه آزمون UL94-5V انجام میشود. در هر حال این آزمون سخت‌تر است: هر بار با اعمال شعله ۱۵ ثانیه فاصله زمانی نیاز دارد. به علاوه در طول چهار بار اعمال شعله نخست باید آزمونه به مدت ۳۰ ثانیه مشتعل باشد و پس از دفعه پنجم به مدت ۶۰ ثانیه (در مقایسه با UL94-5V با پنج بار اعمال شعله و ۵ ثانیه فاصله برای هر کدام)
نتایج آزمون انجام شده مطابق با این آزمون CSA باید با توجه به UL94-5V در نظر گرفته شوند.
شاخص اکسیژن حبس شده (ISO 4589) (ASTM D2863)
هدف آزمون شاخص اکسیژن، اندازه‌گیری اشتعال‌پذیری نسبی مواد به کمک سوزاندن آن ها در یک محیط کنترل شده، می‌باشد. شاخص اکسیژن حداقل سطح اکسیژن موجود در فضایی که می تواند شعله را روی یک ماده ترموپلاستیک حفظ کند، بیان میشود.
جوّ آزمون یک مخلوط کنترل شده خارجی از نیتروژن و اکسیژن است. یک آزمونه بسته شده به تکیه‌گاه به وسیله شعله تیزی که بعداً کنار کشیده میشود محترق می گردد. در صورت اجرای موفقیت‌امیز آزمون، تجمع اکسیژن تا نقطه‌ای که آزمونه نتواند بلدتر از تکیه‌گاه احتراق باشد، کاهش می‌یابد.
شاخص اکسیژن حبس شدهه یا LOI به عنوان حداقل تجمع اکسیژن که در آن ماده برای مدت ۳ دقیقه خواهد سوخت یا بتواند آزمونه را بیش از یک طول mm50 شعله ور نگه دارد، تعریف شده است. مقادیر LOI بزرگ‌تر، احتمال سوختن کمتر را در پی دارند.
آزمون سیم ملتهب (glow wire ignition test)
یکی از روشهای بررسی و ارزیابی پایداری پلاستیک‌ها در برابر شعله و حرارت می‌باشد. آزمون Glow Wire حداقل دمای مورد نیاز جهت شعله‌وری یک قطعه پلاستیکی در تماس با سیم ملتهب را اندازه‌گیری می‌کند. در این آزمون، سیم ملتهب با نیروی ۱ نیوتنی به مدت ۳۰ ثانیه به داخل قطعه پلاستیک نفوذ کرده و رفتار قطعه پلاستیک مورد بررسی قرار می‌گیرد. در آزمون مذکور یک رشته سیم ملتهب که دارای دمای مشخص در رنج ۵۵۰ تا ۹۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد؛ تحت شرایط استاندارد در تماس با قطعه ترموپلاستیک قرار گرفته و رفتار سوختن قطعه مورد بررسی قرار می‌گیرد. بر اساس نوع کاربرد قطعات پلاستیکی دمای سیم ملتهب تغییر می‌کند و قطعه تحت شرایط استاندارد مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
سیم ملتهب (۱-۲-۶۹۵IEC )
آزمون سیم ملتهب تنش های حرارتی را که ممکن است توسط منابع گرما یا احتراق مانند مقاومت‌های الکتریکی (Resistores) با بار بیش از حد مجاز یا عناصر افروختنی تولید شوند، شبیه‌سازی می‌کند.
یک نمونه از جنس مواد عایق‌بندی با نیرویی معادل ۱ نیوتن به مدت ۳۰ ثانیه و به طور قائم در مقابل نوک یک سیم ملتهب که با انرژی برق حرارت داده شده نگه داشته میشود. حرکت نوک سیم ملتهب درون آزمونه محدود شده است. پس از عقب کشیدن آزمونه زمان برافروخته شدن شعله ها، به علاوه حضور هر گونه قطرات مشتعل یادداشت میشوند. در یکی از شرایط زیر، آزمونه را در برابر آزمون سیبم ملتهب مقاوم فرض می‌کنند.
- اگر هیچ سعله یا برافروختگی وجود نداشته باشد.
- شعله‌ها یا افروختگی‌های آزمونه، از محیط و لایه زیرین در مدت ۳۰ ثانیه بعد از دئر کردن سیم ملتهب خاموش شوند و قطعات اطراف و لایه زیرین به هیچ طریق کاملاً آتش نگیرد. در صورت استفاده از دستمال کاغذی نباید هیچ احتراقی در مورد این کاغذ یا هیچ سوختگی سطح چوبی وجود داشته باشد.
قطعات یا احجام موجود در زندگی واقعی به روش مشابهی آزمایش میشود. سطح دمای نوک سیم ملتهب بستگی به چگونگی استفاده از قطعه نهایی دارد:
- با حفاظ یا بدون حفاظ
- به طور پیوسته تحت بارگذاری یا غیر از آن
- نزدیک یا دور از یک نقطه تأمین مرکزی استفاده شده باشد.
- در تماس با یک قطعه (زنده) یا در جریان و یا به عنوان یک پوشش یا حصار استفاده شود.
- تحت شرایط با شدت کمتر و بیش‌تر
بسته به سطح سختی مورد نطر برای محیط اطراف قطعه نهایی، دماهای آزمون زیر ترجیح داده میشوند.
۵۵۰، ۶۵۰، ۷۵۰، ۸۵۰، یا ۹۶۰ درجه سانتی‌گراد. دمای آزمون مناسب باید با تخمین خطر تخریب ناشی از حرارت غیرعادی، احتراق یا انتشار آتش انتخاب گردد.
شعله سوزنی: (IEC 695-2-2)
این آزمون اثر شعله‌های کوچک که ممکن است از شرایط بروز عیب در تجهیرات الکتریکی ناشی شوند را شبیه‌سازی می‌کند. برای برآورد کردن گسترش احتمالی آتش (ذرات سوزان یا ملتهب) هم لایه‌ای از ماده یا قطعات در معرض آتش که به طور طبیعی اطراف آزمونه را دربردارند و هم یک لایه تنها از دستمال کاغذی زیر آزمونه قرار می‌گیرند. شعله آزمون برای یک دوره زمانی معین با آزمونه اعمال می گردد: معمولاً ۵، ۱۰، ۲۰، ۳۰، ۶۰، یا ۱۲۰ ثانیه. سطوح شدت با لوازم ویژهای می‌تواندد ترتیب داده شوند.
به جز موارد تعیین شده در مشخصات مربوطه، اگر یکی از شرایط چهارگانه زیر رخ دهد آزمونه در مقابل شعله سوزنی مقاوم خوانده میشود:
- اگر آزمونه محترق نشود.
- اگر ذرات سوزان یا ملتهب ریزنده از آزمونه و یا شعله‌ها، آتش را به قطعات اطراف یا به لایه تعبیه شده در زیر آزمونه انتشار ندهند و اگر هیچ شعله یا برافروختگی در آزمونه در پایان اعنال شعله آزمون وجود نداشته باشد.
- اگر مدت سوختن کمتر از ۳۰ ثانیه باشد.
- اگر وسعت سوختن از مقدار تعیین شده در مشخصات مربوطه تجاوز نکرده باشد.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
🔎روشهای پایه شناسایی ترموپلاستیک‌ها
برای تشخیص نوع پلاستیک‌ها روشهای متعددی وجود دارد. از جمله روشهای پایه و سریع می‌توان به بررسی شکل ظاهری، بررسی انحلالپذیری در حلالهای شیمیایی، تعیین چگالی، تعیین نقطه ذوب، تعیین مقدار pH، آزمون پیرولیز، آزمون رنگ و آزمون شعله اشاره کرد.
بررسی شکل ظاهری:
منظور از شکل ظاهری بیش از هر چیز شفافیت و براقی (صافی) ظاهری محصول می باشد. اصولاً تمام ترموپلاستیک‌هایی که بافت ساختمان مولکولی آنها به شکل آمورف می باشد مانند PS و PC شفاف و بعضی تا حدودی رنگین (زرد رنگ) می‌باشند. عموماً براقیت سطوح محصولات ترموپلاستیک‌های آمورف نسبت به سایر ترموپلاستیک‌ها بیش‌تر می‌باشد.
بررسی انحلالپذیری در حلالهای شیمیایی (Solubility):
تأثیرات مختلف حلالهای شیمیایی بر روی مواد مختلف پلیمری، روش دیگری برای شناسایی نوع ترموپلاستیک می‌باشد. برای انجام این آزمایش کافی است تا مقداری از ترموپلاستیک مورد نظر را با مقداری از حلال مخصوص در یک لوله آزمایش مخلوط و جهت انحلالپذیری به آن زمان داده شود. حلالهای شیمیایی می‌توانند پلیمر را کاملاً در خود حل کنند یا تأثیر ناچیزی بر آن داشته باشند و یا اینکه بر ماده پلیمری کاملاً بی‌اثر باشند. تأثیر ناچیز حلال شیمیایی بر پلیمر اغلب تأثیر سطحی است که نشانه آن کدری و چسبندگی سطح محصول می‌باشد. عموماً این حلال‌ها بر روی ترموپلاستیک‌هایی مانند پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلیآمید (PA) و پلی‌کربنات (PC)بی‌اثرند و یا اینکه تأثیر خیلی کمی دارند. حلالیت نه تنها به اجزای شبکه تشکیل‌دهنده یک ترموپلاستیک بلکه به درجه پلیمرشدن، میزان شاخه‌ای بودن، شبکه‌ای بودن و ایزومری، مظم فضایی و بلورینگی بستگی دارد. مهم‌ترین سؤالاتی که در این آزمون باید مد نظر قرار گیرند عبارتند از: آیا پلیمر در حلال حل میشود؟ متورم میشود؟ محلول ویسکوز می‌باشد؟ تغییر رنگی در محلول ایجاد میشود؟ برای آزمون حلالیت حلالهای زیر را مورد بررسی قرار می‌گیرند: آب، اتانول، متانول، ایزوپروپانول، اسید سولفوریک غلیظ، اسید استیک گلاسیال، محلول سود ۱ مولار، تولوئن، کرزول، اتیل استات، سیکلوهگزان، ۲،۱ -دی کلرواتان، متیلن‌کلراید، کلروفرم، تتراکلریدکربن، دی‌متیل و استون.
تعیین چگالی (Density):
یکی از شاخص‌های مهم برای شناسایی نوع ترموپلاستیک، تعیین چگالی ترموپلاستیک می باشد. تعیین چگالی توسط سه روش اختلاف حجم، اختلاف وزن (جرم) و روش غوطه‌وری یا تعلیق انجام می‌گردد. معمول‌ترین روش جهت مشخص کردن چگالی یک پلیمر، روش غوطه‌وری است. در این روش نمونه پلیمری در مایعی با چگالی معین غوطه‌ور می‌گردد. رفتار نمونه بر اساس این که چگالیش کمتر از مایع، برابر با مایع و بیش‌تر از مایع باشد؛ به صورت قرار گرفتن روی سطح مایع، معلق در داخل مایع و نشستن در کف ظرف متفاوت خواهد بود.
تعیین نقطه ذوب (Melting Point):
با گرم کردن تدریجی ترموپلاستیک در یک لوله آزمایش می‌توان نقطه ذوب ترموپلاستیک مورد نظر را به دست آورد. لازم به ذکر است ترموپلاست هایی وجود دارند که تجزیه شدنشان سریع‌تر از مرحله ذوب شدنشان است مانند PVC و یا اینکه قبل از ذوب شدن تبخیر می‌گردند مانند PMMA.
تعیین pH:
توسط آزمایش مذکور در بخش نقطه ذوب می‌توان مقدار pH یک ترموپلاستیک را تعیین کرد. به این صورت که با قرار دادن کاغذ اندیکاتور (Indikator) بر بالای لوله آزمایش و تأثیر گاز متصاعد شده از لوله بر آن که منجر به تغییر رنگ اندیکاتور می‌گردد، می‌توان مقدار pH محصول را مشخص کرد.
آزمون تجزیه حرارتی (پیرولیز) (Pyrolysis):
مقداری از ترموپلاستیک (متناسب با چگالی پلیمر) را در لوله آزمایش قرار داده و سپس در آن را با پنبه بسته و لوله آزمایش را روی شعله ملایم گرفته اثر بخارات حاصل از سوختن بر روی کاغذ pH، اسیدیته نمونه را مشخص می‌کند.
آزمون رنگ (Color):
آزمون رنگ، بر اساس واکنش ترموپلاستیک با معرف است که منجر به تشکیل رنگ ناشی از تولید فرآورده میشود. واکنش‌های تشکیل رنگ همچنان مفیدترین آزمون برای شناسایی مشخصات ساختاری و گروه‌های عاملی حتی در آزمایشگاه‌هایی که دارای تجهیزات پیشرفته هستند، می‌باشند. از مزایای آزمون رنگ می‌توان به حساسیت، مهارت، صرفه اقتصادی، زمان، مکان و حداقل تجهیزات با کاربری آسان اشاره نمود.
آزمون شعله (Flame Test):
آزمون شعله را می‌توان جهت شناسایی ترموپلاستیک‌ها به کار برد. چراکه شعله تولیدی حاصل از سوختن ترموپلاستیک‌ها، مشخصه‌های مختلفی را بسته به ساختار ماده نشان می‌دهد. به منظور بررسی رفتار یک ترموپلاستیک در برابر شعله کافی است تا مقدار کمی از نمونه را به کمک اسپاتول بر روی شعله ملایم چراغ بونزن قرار دهید. سوالاتی را که باید حین انجام آزمون شعله به آن توجه داشت: آیا نمونه شعله‌ور میشود؟ یا به تدریج و به آرامی می‌سوزد؟ آیا پس از حذف شعله، خاموش میشود یا به سوختن ادامه می‌دهد؟ آیا در اثر سوختن گاز آزاد می‌کند؟ گاز آزاد شده روی کاغذ pH مرطوب چه اثری دارد؟ شعله آن چه رنگی است؟ آیا دوده تشکیل میشود؟ بوی حاصل از سوختن چیست؟ آیا در حین سوختن قطرات کوچک تولید می‌کند؟ پس از خاموش کردن شعله بو و خاکستر ماده باقی‌مانده بررسی میشوند. در نهایت مشاهدات با اسناد علمی تطابق داده میشوند. جدول زیر بیان‌کننده خصوصیات پلیمرها در تماس با شعله می‌باشد.
جهت شناسایی ترموپلاستیک‌ها و ترکیبات آنها روش مستقیم (تماس مستقیم با شعله) که بر اساس استاندارد UL-94 انجام می‌گیرد و روش غیر مستقیم (تماس با یک سیم با دمای مشخص) که بر اساس استاندارد (IEC Glow Wire Test: International Electrical Commission) انجام می‌گیرد، به کار می‌رود. علاقه‌مندان به این مبحث می‌توانند در مقالات بعدی همراه ما باشند.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
شناسایی پلاستیک ها بر اساس روش های پایه و اولیه
برای تشخیص نوع پلاستیک‌ها روشهای متعددی وجود دارد. از جمله روشهای پایه و سریع می‌توان به بررسی شکل ظاهری، بررسی انحلالپذیری در حلالهای شیمیایی، تعیین چگالی، تعیین نقطه ذوب، تعیین مقدار pH، آزمون پیرولیز، آزمون رنگ و آزمون شعله اشاره کرد. اما در این بین روش سوزاندن از جمله روشهای آسان و قابل دسترس برای تشخیص اولیه نوع پلیمر می باشد.
نمودار زیر دسته بندی دقیقی از شناسایی پلیمرها بر اساس روش سوزاندن فراهم کرده است.
✒️ دانلود فایل به صورت PDF از طریق لینک امکان پذیر است.
همراهان عزیز می توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
جدولی تناوبی ترموپلاستیک‌ها
ویژگیهای متداول پلاستیک‌های دارای مصارف عمومی، مهندسی و فوق مهندسی و محدوده عمل‌کردی آنها
ترموپلاستیک‌ها:
در مواد ترموپلاست زنجیره‌های پلیمر با نیروی ضعیف واندروالس کنار هم قرار گرفته‌اند. به این دلیل در اثر حرارت‌دهی این نیروها ضعیف شده و پلیمر به ماده‌ای نرم و انعطاف پذیر تبدیل میشود. در صورت افزایش بیش‌تر دما، ماده مذاب ویسکوز میشود. قطعات تولید شده از مواد ترموپلاستیک را می‌توان به دفعات خرد و دوباره مصرف نمود و شکل جدیدی به آنها داد. البته این گونه مواد (ضایعات/آسیابی) هر بار که حرارت ببینند و مجدداً شکل بگیرند، مقداری از خواص مکانیکی آنها افت می‌کند. بهترین ویژگی ترموپلاستیک‌ها وابستگی آنها به حرارت است که برای فرآیندپذیری آنها بسیار اهمیت دارد. البته از طرفی نقطه ضعف هم محسوب میشود چرا که در محدوده دمایی خاصی کاربرد دارند. نمونه‌هایی از این مواد پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌آمیدها، پلی‌کربنات و…
مواد ترموپلاستیک به دو دسته تقسیم میشوند:
آمورف: زنجیره‌های پلیمری این مواد به صورت غیر یکنواخت و نامنظم آرایش یافته‌اند و در محدوده وسیعی از دما متحرک هستند. مواد آمورف نقطه ذوب خاصی ندارند و با افزایش دما شروع به نرم شدن می‌کنند. لازم به ذکر است که فرضیه عدم وجود هیچ گونه نظم و بلورینگی در پلیمر آمورف صحیح نیست. پلیمر آمورف، پلیمری است که نظم بلورینگی از نوع long range order نداشته باشد. یعنی پلیمر آمورف می‌تواند نواحی پُر نظم داشته باشد ولی این نواحی باید به صورت short range order باشند.
کریستال: در برخی ترموپلاستیک ها به دلیل نظم ساختاری (کانفورماسیون و گانفیگوراسیون) زنجیرهای پلیمر می‌توانند کنار یک‌دیگر منظم شوند و ساختار نیمه بلوری را به وجود بیاورند. با رشد درصد بلورینگی تراکم ساختار زیاد شده و چگالی افزایش بالاتر خواهد بود.
چگالی بخش بلورین پلیمر از چگالی بخش آمورف آن بیش‌تر می‌باشد. البته در این مورد استثناء نیز وجود دارد که می‌توان به (Poly(4-methyl-1-pentene و Syndiotactic Polystyrene اشاره کرد. دلیل این تعارض، فشردگی نامؤثر گروه‌های آویز حجیم در پلیمرهای مذکور است که سبب کاهش چگالی نواحی بلورین نسبت به نواحی آمورف میشود.
پلیمرهای آمورف شفاف اما پلیمرهای بلوری معمولاً مات و کدر هستند. هر چه اندازه بلورها بیش‌تر باشد تفرق نور بیش‌تر بوده و پلیمر کدرتر است. اگر اندازه بلورها ریز باشد می‌توان یک پلیمر بلورین شفاف داشت مانند پلی‌اتیلن.
پلیمرهای آمورف ترد و شکننده (Brittle) می‌باشند اما پلیمرهای نیمه بلوری ضربه‌پذیری خوبی دارند. یکی از راههای مقاوم‌سازی پلیمرها در برابر ضربه، چقرمه کردن (Toughening) آن‌هاست.