فرایند تولید پروفیل UPVC

Posted by roueen in اکستروژن پلاستیک on June 18, 2015 with Comments Off on فرایند تولید پروفیل UPVC

درمرحله اول PVC و افزودنيهاي ديگر،

با درصد مشخصي توسط دستگاه ميكسر تركيب سرد و گرم مي شوند. مواد تركيب شده بين 16 تا 24 ساعت دردماي محيط مي ماند تا الكتريسيته ساكن حاصل از ميكس از بين برود و دماي آن با دماي محيط يكسان شود. مواد پس از مرحله ميكس به صورت اتوماتيك وارد دستگاه هاي اكسترودر ميشود. پس از تنظيم و نصب قالب پروفيل مورد نياز و همچنين قسمتهاي كاليبراتور و تانكهاي خنك كننده مي بايست دماي سيلندر و دستگاه اكسترودر و قالب به حد معين برسد اين ميزان دما بسته به نوع سطح مقطع پروفیل متفاوت است كه معمولاً براي سيلندر بين 165 تا 185 و براي قالب بين 198تا 202 درجه ميتواند متغير باشد .

اما متاسفانه برخی از صنعتگران ایرانی فقط به مواد تشکیل دهنده محصول تولیدی توجه دارند و به فرایندهای تولید از قبیل دمای مورد نیاز برای هر قسمت ، شرایط تولید در خلاء یا در محیط حاوی گازهای خاص ، مدت زمان و سرعت انجام هر فرایند ، میزان فشار ، ترتیب ترکیب مواد، مقدار هر ماده و … توجه ندارند ، در اینصورت با وجود استفاده از مواد یکسان نتیجه مطلوب حاصل نمی شود .

دستگاه اكسترودر شامل دو عدد مارپيچ با چرخش غير همسو مي باشد كه مواد رابه صورت يكنواخت از قسمت سيلو به طرف قالب هدايت مي كند. سيلندر دستگاه شامل چهار قسمت مي باشد كه هر كدام به ترتيب وظيفه پيشگرم كردن مواد ، پلاستيسيته كردن ( تبديل مواد به شكل خميري )، خروج گازهاي متصاعد شده و در نهايت شكل گيري پروفیل را به عهده دارند .پس از خروج پروفیل از قسمت كاليبره و تانكهاي خنك كننده اطلاعات مربوط به پروفیل روي آن حك مي شود.

سرانجام  پروفیل UPVC وارد قسمت اره شده و در ابعاد مورد نظر برش داده و بسته بندي مي گردد.

به علت خواص فيزيكي متفاوت اين ماده جديد اصطلاحا به آن يك ماده غير پلاستيك (Unplasticised) اطلاق مي شود.

سبكي وزن، خمش پذيري، عدم اشتعال، عايق بودن در مقابل حرارت و الكتريسيته، مقاومت در برابر مواد شيميايي و بيولوژيك، قابليت تبديل به سطوح سيقلي، قابليت تلفيق با مواد افزودني مختلف و بالاخره انعطاف پذيري در به كاربردن طرح هاي متعدد، UPVC را به یک نوع ترموپلاست مدرن که مناسب ترين جايگزين براي آلياژهاي فلزي و غير فلزي در صنعت در و پنجره سازي است تبديل نموده است .

مواد تشكيل دهنده پروفیل UPVC

اصلی ترین ماده مورد نیاز جهت تولید پروفیلهای یو پی وی سی , (PolyVinil Choloride ) یا PVC با K-Value حدود ۶۵می باشد . پی وی سی یا پلی وینیل کلرايد یکی از قدیمی‌ترین و پر مصرف ‌ترین انواع پلیمرها در جهان است که از پلیمریزاسیون مونومر وینیل کلراید (VCM) بدست می‌آید و تقریبا ۸۵% از ترکیب پروفيلهای UPVC را تشکیل می دهد.

پي وي سي ترکيبي از مشتقات نفت خام و گاز کلر می باشد که طي فرآيند پليمريزاسيون توليد مي شود. در فرآیند پلیمریزاسیون پیوند دوگانه بین کربن- کربن شکسته می‌شود و از اتصال مونومرهای وینیل کلراید به یکدیگر پلیمر پی وی سی تشکیل می‌گردد.

اين ماده در دو نوع امولسيون و سوسپانسون توليد می گردد که نوع سوسپانسيون، به دو گروه سخت و نرم تقسيم مي شود. نوع سخت داراي K- Value یا شاخص وزن ملکولي 67 – 65 و نوع نرم آن بين 71 – 68 است.

پي وي سي نوع سخت به دليل ميزان کم جذب مواد نرم کننده (DOP) به نوع Unplastisized معروف است .

منظور از UPVC  همان پلی وینیل کلراید غیر پلاستیک شده است Normal 0 false false false EN-US X-NONE FA یعنی Unplasticized Poly Vinyl Chlorideاین ماده خواص فیزیکی متفاوتی را نسیت به پی وی سی دارا می باشد.

در فرآیند تولید UPVC برای بالا بردن کیفیت محصول نهایی مواد افزودنی خاصی به پودر پی وی سی (پلی وینیل کلراید) افزوده می شود که باعث ایجاد خواص جامد در آن می شود این افزودنی ها از قرار زیرند:

ضربه گیرها (Impact Modifier)ضربه گیرها یا مقاومت دهنده ها باعث ایجاد خواص مکانیکی در محصول می گردند و مقاومت یو پی وی سی را در برابر ضربه و چکش خاری افزایش داده و باعث افزایش انعطاف پذیری آن می گردند.
تثبیت کننده ها یا مواد ضد احتراق (Heat Stabilizers)ثبات دهنده یا Stabilizer باعث ایجاد مقاومت در برابر حرارت در پروسه تولید (اکستروژن) و همچنین مقاومت محصول نهایی در برابر حرارت محیط می گردد .  تثبیت کننده های حرارتی مقاومت پروفیل را در مقابل  حرارت افزایش داده باعث جلوگیری از آسیب دیدن درب وپنجره ها در مجاورت هوای آزاد وحرارت حاصل از تابش خورشید می گردند. تثبیت کننده های رنگی از تعقییرات رنگ وخراب شدن پروفیل در مقابل اشعه ماورا بنفش UV جلوگیری می کند.
پر کننده ها(Fillers)

فیلرها نیز بمنظور افزایش خواص مکانیکی و همچنین کاهش قیمت تمام شده محصول استفاده می شوند. کربنات کلسیم   (CaCO3)  یکی از رایج ترین فیلرهای قابل استفاده در این صنعت می باشد که دانه بندی و همچنین پوشش دار بودن (Coated) آن باید رعایت شود.معادن کربنات کلسیم به وفور در ایران وجود دارد و شرکت های مختلف در استخراج و دانه بندی آن فعالیت می کنند البته اندازه دانه بندی شرکت های ایرانی به دقت دانه بندی شرکت های خارجی نمی باشد و عموما مش بندی ها واقعی نمی باشند .

فیلرها مقاومت ، الاستیسیته ، چروکیدگی وسایر خواص محصول نهایی را تحت تاثیر قرارمیدهند .
کمک کننده ها  (Processiny Aids)

کمک فرایندها بمنظور تسهیل در ذوب وشکل دهی مواد بکار میروند .
روان کننده های داخلی و خارجی (Internal & External Lubricants)
روانسازها یا Lubricants جهت کمک به جریان مواد در قالب حین عملیات  اکستروژن و همچین جهت ایجاد سطح صیقلی وشفاف درپروفیل تولید شده بکار برده می شود .
رنگ های صنعتی  (Pigment)

رنگ دانه ها جزئی از ترکیب محصول هستند که باعث ایجاد تنوع در مصول نهایی می شوند . رنگ دانه دی اکسید تیتانیوم (TiO2)  باعث ایجاد مقاومت در برابر رنگ پریدگی در اثر اشعه UV خورشید می گردد و نقش مهمی را در پروفیلهای یو پی وی سی ایجاد می کند . دی اکسید تیتانیوم علاوه بر باز تابش اشعه ماورای بنفش باعث تنظیم شفافیت رنگ پروفیل نیز می گردد.

به  ترموپلاست جدید بوجود آمده که ترکیب جدیدی از ماده اولیه PVC است ؛ به علت خواص فیزیکی متفاوت اصطلاحا یک ماده غیر پلاستیک اطلاق می شود.
عدم وجود هر یک ازافزودنی ها و یا تغییر میزان بکار رفته در فرمولاسیون , می تواند خواص محصول نهایی تولید شده را بشدت تحت تاثیر قراردهد.
رزین (پودر) پی وی سی (پلی وینیل کلراید) که در این صنعت قابل استفاده می باشد، رزین نوع S و با گریدهای (K Value)  بین 64 تا 68 قابل استفاده می باشد. هر چه شماره گرید بالاتر باشد، میزان مقاومت مولکولی محصول نهایی بالاتر بوده و برای استفاده بعنوان یک جز از مصالح ساختمانی بهتر است. این محصول با گرید 65 در پتروشیمی بندر امام ایران تولید می گردد و در اختیار تولید کنندگان قرار می گیرد . اما نوع وارداتی آن هم وجود دارد.

شکل فیزیکی پی وی سی به صورت پودر سفید بوده و نوع دانه بندی آن بسته به روش پلیمریزاسیون متفاوت است.

درجه پلیمریزاسیون پی وی سی بسته به مدت زمان فرایند آن تغییر می‌کند و هر چه زمان پلیمریزاسیون بیشتر شود، طول زنجیرها‌ی پلیمر بلندتر می‌گردد. برای نمایش درجه پلیمریزاسیون از شاخصی به نام K-Value استفاده می‌گردد که رابطه این شاخص با درجه پلیمریزاسیون به شرح جدول زیر است:

PVC Degree of Polymerization

K-Value                  DP

50 ± 500             53

50 ± 700             57

50 ± 730             58

50 ± 800             60

50 ± 1000           65

50 ± 1050           67

50 ± 1250           70

استانداردهاي پروفیل UPVC

پروفیل های یو پی وی سی که از دهه 60 در اروپا تولید شده اند و در صنعت در و پنجره ساختمان بکارگرفته شده اند، دارای دو استاندارد اصلی می باشند. استاندارد کشور انگلستان که بعنوان استاندارد اروپا نیز مورد استفاده قرار می گیرد با عنوان BS EN 12608 که آخرین ویرایش آن سال 2003 می باشد. استاندارد دیگر که استاندارد سختگیرانه تری می باشد، استاندارد کشور آلمان و با عنوان RAL GZ 716-1  و آخرین ویرایش آن سال 2008 می باشد.

استانداردهای BS و RAL از دیدگاه های مختلف پروفیل های یو پی وی سی را بررسی می کنند که یکی از نکات مهم در آنها استاندارد ضخامت دیواره های اصلی و دیواره های رابط بین آنها (دیواره فرعی) در پروفیل می باشد.

در هر دو این استانداردها ضخامت بالاتر از 2.8 میلیمتر در دیواره اصلی و همچنین ضخامت بالاتر از 2.5 میلیمتر در دیواره فرعی بعنوان پروفیل های نوع A ویا کلاس یک در نظر گرفته می شوند. ضخامت های بالاتر از 2.5 در دیواره اصلی و بالاتر از 2 میلیمتر در دیواره فرعی نیز بعنوان پروفیل های نوع B و یا کلاس دو مطرح می شوند. در استاندارد رال همین دو نوع پروفیل از نظر ضخامت دیواره معرفی و بررسی می شوند ولی در استاندارد BS نوع سومی نیز تعریف شده است که بر اساس توافق بین سازنده و خریدارپروفیل استانداردی تعریف شود که به آن C گفته می شود. در این کلاس هیچ محدوده ای برای ابعاد در نظر گرفته نشده است و ملاک ابعاد اعلامی توسط تولید کننده است.

مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ایران هم بعنوان متولی تدوین استاندارد ملی تجهیزات و مصالح ساختمانی، تحقیقات و مطالعات گسترده ای در این زمینه صورت داده است و  استاندارد BS EN 12608 را بعنوان استاندارد مناسب انتخاب و ترجمه نموده است که در نهایت جهت انتشار کمیته ملی استاندارد در اختیار سازمان استاندارد و تحقیقات صنعتی قرار گرفته است.

مباحثی که در استانداردها مورد بررسی و آزمون قرار می گیرند به شرح زیر می باشند:

– ابعاد و اندازه های پروفیل

– وزن پروفیل

– ظاهر و شرایط ارسال

– شرایط آب و هوایی و آزمون های آن

– آزمون مواد اولیه

– آزمون های حرارتی پروفیل

– مقاومت پروفیل در برابر ضربه

موارد فوق بصورت جامع در استانداردهای RAL و BS ذکر شده و در استاندارد ملی ایران نیز درج شده اند.

نقش تیتان در پروفیل UPVC

تیتان(دی اکسید تیتانیوم) مهم‏ترین رنگدانه یا ماده رنگی است که برای آن دسته از محصولات پی‌وی‌سی که استفاده خارجی دارند، استفاده می‏شود. این ماده از اهمیت ویژه‌ای در صنعت پروفیلهای یو پی وی سی در و پنجره برخوردار است وعلاوه بر رنگ کردن ذرات PVC سبب بالا بردن اثر حفاظتی در برابر UV نیز می‏شود.

دی‌اکسید تیتانیوم به فرم‌های مختلفی در طبیعت یافت می‏شود و انواع آن بر اساس فتو اکتیویتی طبقه‌بندی می‏ شوند.

دو نوع مشهور آن آناتاس و روتایل است. روتایل یکی از سنگ‌های معدنی اصلی دی‌اکسید تیتانیوم است. وزن سبک، قدرت بالا و مقاومت نسبت به خوردگی از مشخصات این ماده است.

تیتان مورد استفاده در صنعت تولید پروفیل یو پی وی سی در و پنجره بایستی مشخصات ویژه‌ای داشته باشد. تنها نوع مطلوب آن برای این صنعت، نوع روتایل آن است که دارای خواص عملکردی متفاوتی با نوع آناتاس است. از آنجایی که این دو نوع تیتان اختلاف قیمت قابل ملاحظه‏ ای دارند، برخی از تولیدکنندگان پروفیل یو پی وی سی در و پنجره با تصور اینکه هر دو نوع محصول، یک قابلیت را دارند، از نوع آناتاس استفاده می‏کنند.

پروفیل های در و پنجره‌ای که از تیتان آناتاس در آن استفاده شده باشد، آزمایش‏های موسسه RAL آلمان را با موفقیت پشت سر نخواهند گذاشت.

از طرف دیگر رنگ این نوع پروفیل یو پی وی سی ، دوامی حداکثر یک ساله خواهد داشت.

آناتاس و روتایل دارای فرمول شیمیایی یکسان (TiO2) و تقارن هندسی یکسان )تتراگونال) هستند. ولی ساختارهای متفاوتی دارند. ساختار آناتاس در دمای بالاتر از 915 درجه سانتی‌گراد، به‌طور اتوماتیک به ساختار روتایل تغییر می‏کند. روتایل نسبت به آناتاس  شناخته شده‌تر است.

باید در نظر داشت که رنگ پی‌وی‌سی بر جذب اشعه مادون قرمز (زمانی که محصول در برابر نور خورشید باشد) تاثیر دارد.

هرچه رنگ تیره‌تر باشد مقدار جذب و دما نیز بالاتر است. از طرف دیگر رنگدانه‌ها اثر نامطلوبی بر عملکرد نظیر اضمحلال، انعطاف‌پذیری، تغییر شکل، قدرت مکانیکی و مقاومت شیمیایی دارد. این موضوع اهمیت استفاده از رنگدانه‌های استاندارد را نشان می‌دهد.

از این رو انتخاب غلظت دی‌اکسید تیتانیوم نیز باید با درک روشنی از موضوع انجام پذیرد . مخلوط کردن دی‌اکسید تیتانیوم با سایر رنگدانه‌ها ممکن است منجر به نتایج غیرقابل انتظاری شود.

برای جلوگیری ازعمل کاتالیزوری تیتان که باعث اضمحلال «پی‌وی‌سی» می شود، باید یک پوشش سطحی که معمولا شامل زیرکونیوم، سیلیکا و آلومینیوم هستند نیز در پروفیل استفاده شود

به دلیل گران بودن دی‌اکسید تیتانیوم ، سعی در یافتن جایگزینی برای آن شده است. آزمایش‌هایی با «اکسید مگنزیوم» انجام گرفت. اما نتیجه آزمایش نشان داد که کشیدگی

پروفیل UPVC حتی با استفاده از مقادیر کم این اکسید به شدت کاهش می‌یابد.