LDPE

پلی اتیلن چیست؟ تاریخچه پلی اتیلن – انواع پلی اتیلن و مزایای آنها

Posted by roueen in اکسترودر تک مارپیچ on June 18, 2015 with Comments Off on پلی اتیلن چیست؟ تاریخچه پلی اتیلن – انواع پلی اتیلن و مزایای آنها

پلی اتیلن چیست؟ تاریخچه پلی اتیلن، انواع پلی اتیلن و مزایای آنها

پلی اتیلن یا پلی اتن یکی از ساده‌ترین و ارزانترین پلیمرها است.
پلی اتیلن جامدی مومی و غیر فعال است. این ماده از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می‌آید و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده می‌شود.
مولکول اتیلن ( C2H4 ) دارای یک بند دو گانه C=C است. در فرایند پلیمریزاسیون باند دو گانه هر یک از مونومرها شکسته شده و بجای آن پیوند ساده‌ای بین اتم‌های کربن مونومرها ایجاد می‌شود و محصول ایجاد شده یک درشت‌مولکول است.

تاریخچه تولید پلی اتیلن
پلی اتیلن اولین بار بطور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی “Hans Von Pechmanv” سنتز شد. او در سال 1898 هنگام حرارت دادن دی آزومتان ، ترکیب مومی شکل سفیدی را سنتز کرد که بعدها پلی اتیلن نام گرفت.
اولین روش سنتز صنعتی پلی اتیلن بطور تصادفی توسط “ازیک ناوست” و “رینولرگیسون” ( از شیمیدان‌های ICI ) در 1933 کشف شد. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدئید در فشار بالا ، ماده‌ای موم‌مانند بدست آوردند. علت این واکنش وجود ناخالصی‌های اکسیژن‌دار در دستگاه‌های مورد استفاده بود که بعنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل کرده بود. در سال 1935 “مایکل پرین” یکی دیگر از دانشمندهای ICI این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا پلی اتیلن را سنتز کرد که این روش اساسی برای تولید صنعتی LDPE در سال 1939 شد.

استفاده از انواع کاتالیزورها در سنتز پلی اتیلن
اتفاق مهم در سنتز پلی اتیلن، کشف چندین کاتالیزور جدید بود که پلیمریزاسیون اتیلن را در دما و فشار ملایم‌تری نسبت به روش‌های دیگر امکان‌پذیر می‌کرد.
اولین کاتالیزور کشف شده در این زمینه تری اکسید کروم بود که در 1951 ، “روبرت بانکس” و “جان هوسن” در شرکت فیلیپس تپرولیوم آنرا کشف کردند. در 1953، “کارل زیگلر” شیمیدان آلمانی سیستم‌های کاتالیزور شامل هالیدهای تیتان و ترکیبات آلی آلومینیوم‌دار را توسعه داد. این کاتالیزورها در شرایط ملایم‌تری نسبت به کاتالیزورهای فیلیپس قابل استفاده بودند و همچنین پلی اتیلن یک آرایش (با ساختار منظم) تولید می‌کردند. سومین نوع سیستم کاتالیزوری استفاده از ترکیبات متالوسن بود که در سال 1976 در آلمان توسط “والتر کامینیکی” و “هانس ژوژسین” تولید شد.
کاتالیزورهای زیگلر و متالوسن از لحاظ کارکرد بسیار انعطاف‌پذیر هستند و در فرایند کوپلیمریزاسیون اتیلن با سایر اولفین‌ها که اساس تولید پلیمر های مهمی مثل VLDPE و LLDPE و MDPE هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اخیرا کاتالیزوری از خانواده متالوین‌ها با قابلیت استفاده بالا برای پلیمریزاسیون پلی اتیلن به نام زیرکونوسن دی کلرید ساخته شده است که امکان تولید پلیمر با ساختار بلوری (تک آرایش) بالا را می‌دهد. همچنین نوع دیگری از کاتالیزورها به نام کمپلکس ایمینوفتالات با فلزات گروه ششم مورد توجه قرار گرفته است که کارکرد بالاتری نسبت به متالوسن‌ها نشان می‌دهند.

تاریخچه پلی اتیلن
كلمه پليمر از كلمه يونانى( پلى ) به معناى چند و ( مر ) به معناى واحد و يا قسمت بوجود آمده است . پلیمرها را اشتباها رزين ، الاستومر و پلاستيك نيز مى‌نامند.
در حالى كه پلاستيك تنها يك صفت است كه براى مواردى به كار مى رود كه قابليت تغيير شكل بر اثر فشار را دارا هستند و اغلب اشتباها به عنوان يك كلمه اصلى براى صنایع پلاستیک و توليدات آن به كار مى رود.
اولين بار كلمه پليمر توسط شيمى دانى به نام رنالت در سال 1835، به كار رفت و اولين كاربرد تجارى مواد پليمرى در سال 1834 با كشف كائوچو آغاز شد.
لكن اولين پلاستيك مصنوعى با نام نيترات سلولز در سال 1862 كشف و در سال 1868 وارد بازار شد.
نايلون در سال 1938، پلی اتیلن در سال 1942، پلی پروپیلن در سال 1957،پلى بوتيلن درسال 1974و پليمرهاى كريستال مايع براى ساخت اجزاى الكترونيكى در سال 1985رايج گرديدند.
پليمرها به سه نوع پلیمرهاى طبيعى ، طبيعى اصلاح شده و مصنوعى تقسيم مى شوند.
اولين پلاستيكهاى صنعتى مدرن حدود 100سال پيش رواج يافتند ولى در دهه هاى اخير رشد فزاينده و گوناگونى در صنايع به وقوع پيوست .
حدود 60پليمر بسيار مهم تاكنون به بازار عرضه شده كه مشتقات آنها به بيش از 2000مورد مى رسد و كماكان در حال افزايش است. پلى اولفينها پلیمرهاى گرما نرم با خواص تقريبا مشابه و فرمولاسيون نزديك به هم هستند كه انواع معروف آنها پلی اتیلن ها، پلی پروپیلن ها و پلى بوتيلن ها مى باشند كه در صنايع لوله،كاربرد فراوانترى دارند.

بررسی انواع مختلف پلی اتیلن ها و مزایای هر یک نسبت به دیگری
با يك نگاه به جدول زير متوجه میشويد از نظر انبساط، مقاومت در برابر حلالها، مقاومت كششى، مقاومت فشردگى، و مقاومت حرارتى و نفوذ پذيرى گازى پپلی پروپیلنها امتياز بيشترى نسبت به پلی اتیلنها داشته و به علت مقاومت حرارتى و مقاومت كششى پلى پروپيلنها از پلى بوتيلنها بهتر هستند. اين موارد از جمله مهمترين مواردى هستند كه در صنعت لوله كشى آب سرد گرم مورد نظر مى باشند و باعث امتياز پلى پروپيلن ها مى شوند. البته در اين ميان لوله هاى با تركيب پليمر و آلمينيوم نيز توليد شدند كه به دليل گرانى و اتلاف حرارتى و … به علت وجود فلز در آنها زياد مورد استقبال قرار نگرفت.

پلی پروپیلن ها پلى بوتلين ها پلی اتیلن ها ازنظر
مقاومت شيميايى
بسيارخوب
مقاومت شيميايى
بسيار خوب
مقاومت شيميايى
بسيار خوب
شيميايى
ارزان بدون فن آورى
تا حدى گران با فن آورى
تا حدى گران قيمت ارزان و موجود بودن در
انواع قابل مصرف
هزينه
26 حد اكثر ———————— 50 حد اكثر انبساط حرارتى
مورد حمله مورد حمله مورد حمله اسيدهاى اكسيد كننده
مي شكند لكن تثبيت مي گردد خرد مي شود تثبیت کننده دارد اثر نور خورشيد و اشعه ماوراى بنفش
آرام سريعاً ميسوزد آرام سرعت اشتعال
مقاوم تا
80 درجه سانتيگراد
مقاوم مقاوم تا
60 درجه سانتيگراد
در برابر حلالها
مقاوم مقاوم مقاوم در برابر بازها
31-62 26-30 4-38 مقاومت كششى
38-55 ————————– 19-25 مقاومت فشردگى
0/025-0/25 نمي شكند ( كاملاً ارتجاعى ) 25-1
مانند شلنگ نمي شكند
ضربه پذيرى ايزود
85-110    راك ول 55-65   شر 41-70   راك ول سختى
قابل استفاده در لوله كشى گاز ————————– غير قابل استفاده در خلاء نفوذ پذيرى گازى
110-160 کمتر از 110 80-120 مقاومت حرارتى  (درجه سانتيگراد)

الياف پلي پروپيلن چيست و چگونه توليد مي شود

Posted by roueen in اکسترودر تک مارپیچ on June 18, 2015 with Comments Off on الياف پلي پروپيلن چيست و چگونه توليد مي شود

الياف پلي پروپيلن که از طريق پليمريزاسيون پروپيلن به صورت يک پليمر خطي تهيه مي گردند و به اختصار پ-پ ناميده مي شوند بعد از پيدا شدن کاتاليست زيگلرناتا توليد شدند اين کاتا ليست توليد پلي پروپيلن ايزو تاکتيک که قادر به متبلور شدن مي باشد را امکان پذير ساخت .

اين الياف در سال 1960در ايتاليا با نام تجاري مراکلون به صورت صنعتي توليد شده وبه بازار عرضه گرديدند . خصوصيات پروپيلن باعث رشد سريع آن در سطح بين المللي گرديد وبعد از مدتي نسبتاً کوتاه ،پلي پروپيلن توانست از نظر مقدار توليد ، چهارمين مقام را بعد از پلي استر ، نايلون وآکريليک کسب نمايد .
عدم امکان رنگررزي الياف  پروپيلن به روشهاي متداول براي ديگر الياف ، باعث جلو گيري از رشد بيشتر اين ليف مصنوعي گرديده است.

الياف و نخ هاي نواري که دو کاربرد پلي پروپيلن را تشکيل مي دهند نسبتاً به آساني به روش ذوب ريسي تهيه مي گردند و آسان بودن توليد اين نوع الياف و پائين بودن هزينه توليد استقبال بسيار گستردهاي از آن را به همراه داشته است . با بکار گيري مواد بالا برنده مقاومت در مقابل اشعه ماوراء بنفش سعي شده است عيب کم بودن مقاومت پلي پروپيلن در مقابل اين اشعه مرتفع گردد.

پلي پروپيلنداراي دماي ذوب بالا تر (175-165درجه سانتيگراد)در مقايسه با پلي اتیلن مي باشد . از نقطه نظر استحکام ومقاومت در مقابل سايش ،پلي پروپيلن با پلي اتیلن تفاوت زياد ندارد .
همانطور که گفته شد پلي پروپيلن هم مثل پلي اتیلن با روش هاي معمول قابل رنگرزي نبوده و به روش رنگرز ي توده که در آن قبل از تشکيل الياف ، به پليمر مذاب اضافه مي شود رنگرزي مي گردد.
لازم به ذکراست که الياف الفيني اصلاح شده به روش شيميايي که قادر به رنگرزي شدن با روشهاي معمولي مي باشند توليد شده اند .

به عنوان مثال پلي پروپيلن حاوي پلي ونيل پيريدين به صورت پخش شده ويا ونيل پيريدين که جزئي ماکرو مولکول را تشکيل مي دهد با رنگينه هاي اسيدي قابل رنگرزي است و به هر حال قيمت تمام شده اين نوع الياف باعث گرديده است که از رنگرزي توده به عنوان مهم ترين روش براي رنگرزي اين نوع الياف استفاده گردد.

توليد الياف پلي پروپيلن
ماده اوليه توليد الياف پلي پروپيلن را پروپيلن(3CH2=CHCH)تشکيل مي دهد که به صورت يک توليد جانبي در توليد اتيلن به روش شکستن مولکول نفت درصنعت پتروشيمي شکل مي گيرد .گازهاي مابع حاوي پروپيلن ، ديگر ماده اين منبع را تشکيل مي دهند .

پلي پروپيلن از پليمريزاسيون پروپيلن در شرايط دما و فشار نسبتاً ملايم ودر حضور کاتاليست معروف زيگلر – ناتا انجام مي شود . وجود اين کاتاليست ، پليمري به صورت ايزوتاکتيک را تشکيل مي دهد که قادر به متبلور شدن تا حدود 90 درصد مي باشد .
ديگر فرمهاي آتاکتيک وسيندو تاکتيک پلي پروپيلن دارا ي خواص مناسب جهت تشکيل الياف نمي باشند . با توجه به شرايط سرد شدن ، ساختار بلورين پلي پروپيلن دو شکل متفاوت پيدا ميکند . چنانچه پلي پروپيلن مذاب سريعاً سرد گردد ، ساختار بلورين پايدار که پاراکريستالين و ياسمکتيک نام دارد شکل مي گيرد .
چنانچه پلي پروپيلن مذاب به آرامي سرد گردد . ساختار بلورين معروف به منوکلينيک بوجود مي آيد.حرارت دادن پلي پروپيلن ازنوع پاراکريستالين به بيش از 80 درجه سانتيگراد باعث تغيير ساختار بلورين آن به شگل منوکلينيک مي گردد

در الياف پلي الفيني ،پيوندهاي شيميايي ويوني بين ماکرو مولکول هاي پلي پروپيلن وجود نداشته ونيرو هاي بين زنجيره اي به نيرو هاي واندروالس محدودمي گردند . ازاين رو براي کسب خواص فيزيکي مناسب با وزن مولکولي الياف پلي الفيني در مقايسه با الياف ديگر بالاتر انتخاب گردد.

با توجه به سرعت توليد و دماي پليمر مذاب ، سرعت سرد شدن وکشش بعد از توليد ، الياف پلي پروپيلن ازنظر جهت گيري بلورهاي خود نسبت به محور ليف با يکديگر تفاوت دارند و افزايش سرعت ريسندگي اوليه واعمال کشش بعد از توليد ، جهت گيري بلورها رادر جهت محور ليف افزايش مي دهد.

پليمريزاسيون پروپيلن به سه روش امکان پذير مي باشد . در روش تعليق که يک روش کلاسيک بحساب مي آيد پروپيلن در يک محيط رقيق کننده که معمولاً يک هيدرو کربن آليفاتيک مي باشد پليمريزه مي گردد مکمل اين روش ، پليمريزاسيون فاز گاز مي باشند.

شدر ذوب ريسي پلي پروپيلن ، مشابه ديگر الياف ترموپلاستيک مثل پلي استر وپلي اميد ، وزن مولکولي متوسط ، توزيع وزن مولکولي و همچنين شاخص جريان توده پليمري مذاب (MFI) وخصوصيات الياف توليد شده را تحت تأثير خود قرار مي دهند . بطور کلي افزايش وزن مولکولي پليمر ، افزايش استحکام الياف توليد شده را به همراه دارد.

براي الياف پلي پروپيلن که به منظور مصرف در صنعت نساجي توليد مي گردندوزن مولکولي متوسط و براي الياف پلي پروپيلن با استحکام زياد که به عنوان الياف با کارايي بالا توليد مي کردند وزن مولکولي بالا انتخاب مي گردد .
باتوجه به مربوط بودن شاخص جريان مذاب و وزن مولکولي متوسط به يکديگر ، شاخص جريان مذاب مناسب درتوليد الياف نساجي 25-15 گرم بر10 دقيقه وبراي الياف باکارايي بالا 5-3 گرم بر10 دقيقه ذکرشده است

آزمايشات نشان داده است که محدوده کوچکتر توزيع وزن مولکولي پليمر ، به قابليت ريسندگي اوليه بهتر ، کمک مي نمايد . باتوجه به بالابودن وزن مولکولي پلي پروپيلن که افزايش ويسکوزيته توده مذاب در ريسندگي اوليه آنرا به همراه دارد ، دماي پلي پروپيلن مذاب درريسندگي اوليه آنها70 تا120درجه بيش از دماي پليمربوده ودرمحدوده 230 تا 280 درجه سانتيگراد انتخاب مي گردد . شکل زير ذوب ريسي رابه صورت شماتيک نشان مي دهد

دراين روش پليمربه صورت گرانول از تغذيه کننده (هاپر) وارد مارپيچي ذوب کننده شده بر اثر گرمايش توسط مارپيچي ذوب مي گردد
. پليمر مذاب سپس به کمک پمپ تغذيه از طريق ***** به رشته ساز تغذيه شده وپس از خروج از روزنه هاي رشته ساز تحت تاثير نيروي کششي قرار مي گيرد و با از دست دادن گرما به محيط خود جامد گرديده وسر انجام روي بسته اي پيچيده شده ويا آنکه به صورت مداوم به بخشي ديگر از خط توليد نهايي تغذيه مي گردد .
از آنجايي که پلي پروپيلن داراي گرماي ويژه بالا (KJ/Kg-K2-6/1) وضريب هدايتي کم (J/m.s.k3/0-1/0) مي باشد ، لذا طول منطقه سرد کننده بعد از رشته ساز در مقايسه با اليافي مثل نايلون ويا پلي استر ، بايد طويل تر انتخاب گردد . به همين ترتيب سرعت هاي توليد بالاتر به منطقه سرد کننده طويل تري احتياج دارند . از اين رو ، طول ستون ريسندگي ممکن است به 10متر برسد .

با توجه به پائين بودن دماي ترانزيسيون ثانويه الياف الفيني از دماي اطاق ، تبلور الياف نه تنها در سرد شدن در ستون ريسندگي اوليه شکل مي گيرد بلکه اين فرآيند ممکن است بعداً هم روي بوبين ادامه پيدا مي کند بنابراين شرايط انجماد در ستون ريسندگي و همچنين شرايط نگهداري بوبين پس از توليد ، تبلور الياف الفيني را تحت تأثير خود قرار مي دهند تعداد روزنه هاي رشته سازهاي توليد کننده نخهاي فيلامنتي ممکن است با توجه فيلامنت هاي مورد احتياج بين 150- 10 متغير ميباشد رشته سازهايي که براي توليد الياف به منظور بريده شدن و مورد استفاده قرار گرفتن به صورت کوتاه ( استيپل) به کار گرفته ميشوند ممکن است تا 20000 روزنه داشته باشند

با توجه به سرعت توليد ، الياف توليد شده ممکن است تا 6 برابر طول اوليه خود کشيده شوند تا خواص مکانيکي مطلوب را بدست آورند . درجه کشش قابل کسب براي پلي پروپيلن پاراکريستالين بيشتر از پلي پروپيلن منو کلينيک مي باشد واين تفارت به مکانيک تغيير شکل مختلف براي ساختار منو کلينيک پاراکريستالين ربط داده شده است .
پديده هاي فيزيکي مهم در ذوب ريسي را مي توان به صورت زير خلاصه نمود:
-رفتار توده مذاب از نقطه نظر رئولوژي
-کاهش قطر جريان در روزنه رشته ساز
-سرمايش جريان
-تبلور وتشکيل ساختار ليف

با اعمال کشش به الياف بعد از ريسندگي اوليه ، نظم داخلي آنها افزايش يافته وتبلور بيشتري شکل مي گيرد . با توجه به دماي تبديل شيشه اي پائين اين نوع الياف ، کشش آنها با سرعت کم به مقدار 3تا8 برابر بدون گرمايش امکان پذير است.
کشش الياف بدون گرمايش به کشش سرد معروف است.براي افزايش سرعت کشش ،الياف پلي پروپيلن حرارت داده مي شوند .کشش همراه با گرمايش به کشش گرم معروف است.ساختار جديد بعد از کشش ، معمولاً با سرد نمودن الياف پايدار مي گردد.
الياف پلي پروپيلن با توجه به قيمت ارزانتر انها نسبت به الياف ديگر براي طيف گسترده اي از کاربرد ها مورد استفاده قرار گرفته اند .به عنوان مثال ،نخ کفپوش هاي از نوع تافتينگ،نخ خامه قالي ، الياف کفپوشهاي نمدي ،کاربردهاي نساحي الياف پلي پروپيلن را تشکيل مي دهند.کاربردهاي صنعتي پلي پروپيلن را طناب، منسوجات کشاورزي و***** ، منسوجات عمراني (کاربرد در عمران)گوني ،توري وموارد ديگري تشکيل مي دهند . براي کاربردهاي صنعتي هم از الياف پلي اتیلن استفاده مي شود

سبک بودن پلي اتیلن و پلي پروپيلن از آب وهمچنين عدم جذب آب توسط اين الياف ودر نتيحه عدم تغيير در خواص مکانيکي انها بر اثر تماس با رطوبت از خصوصيات بارز اين دو نوع ليف در مقايسه با الياف ديگر است.
الياف الفيني علاوه بر داشتن نهايت خاصيت آبگريزي ،در مقابل تعداد زيادي از اسيدهاي غير آلي ، بازها وحلال هاي آلي در دماي اطاق مقاوم باشند . اين خواص تا حدودي به وزن مولکولي بسيار بالاي اين الياف مربوط مي گردد. سولفوريک ونيتريک اسيد وهمچنين ديگر اسيدهاي قوي در دماهاي بالا قادر به تخريب پلي الفين ها مي باشند.پلي پروپيلن معمولي که به بازار عرضه مي گردد داراي مقدار زيادي مواد افزودني مي باشد .نمونه هايي از اين مواد که به منظور امکان پذير ساختن تولید پلي پروپيلن به ان اضافه مي گردند به قرار زير است :
ضد اسيد
مواد ضد اسيد مثل کلسيم ويا سديم استئارت نقش خنثي سازي بقاياي کاتاليست مورد استفاده قرار گرفته در مرحله پليمريزاسيون را به عهده دارند.در غير اينصورت امکان تشکيل اسيد وجود دارد که مي تواند مشکلاتي مثل اثر سوء بر دستگاههاي تبديل را به همراه داشته باشد.
ضد اکسيداسيون
مواد ضد اکسيداسيون به عنوان محافظت از پليمر در مقابل شکسته شدن ماکرومولکول در حين توليد و بعد از آن مورد استفاده قرار مي گيرند.فنل با ممانعت فضايي نمونه اي از مواد ضد دي اکسيداسيون (آنتي اکسيدان )مي باشد . لازم به ذکر است که عليرغم به همراه داشتن اين مواد افزودني ،پلي پروپيلن به عنوان اصلاح شده در نظر گرفته نمي شود.

عليرغم مزاياي چشمگير ، الياف پلي پروپيلن داراي سه مشکل عمده در رابطه با کاربرد خود بصورت زير مي باشند :
الف : دماي ذوب نسبتاً پائين:
تفاوت زياد بين دماي ذوب الياف پلي پروپيلن و ديگر الياف مثل پلي استر و پلي آميد ، کاربرد وسيعتر پلي پروپيلن را محدود ساخته است .
ب : تخريب بر اثر اکسيداسيون
وجود پيوند C-H نوع سوم د رپلي پروپيلن تخريب آنرا بر اثر اکسيداسيون شدت مي بخشد . گرما ونور به عنوان يک کاتاليست براي واکنش اکسيداسيون عمل مي نمايد . از اين رو ، مقاومت کم الياف پلي پروپيلن معمولي در مقابل نور و گرما ، عيب بزرگي براي آنها بشمار مي آيد . جذب اکسيژن توسط اين پليمر ، باعث شکستن ماکرومولکول و در نتيجه کاهش درجه پليمريزاسيون بر اثر تشکيل هيدروپراکسيدها در دماي بالا مي باشد . به همين علت ، در پليمريزاسيون آن از مواد ضد اکسيد کننده استفاده مي شود.
از نقطه نظر تخريب بر اثر گرما ، پلي پروپيلن به علت دارا بودن کربن نوع سوم در معرض خطر بيشتر نسبت به پلي اتيلن قرار دارد . نور خورشيد هم از طريق مکانيزم فتواکسيداسيون با اثري مشابه گرما باعث تخريب پلي الفين ها مي گردد . بخش ماوراي بنفش نور خورشيد نقش عمده اي در تخريب به عهده دارد . الياف ظريف سريعتر از الياف ضخيم تحت تأثير نور خورشيد قرار مي گيرند .

ج : عدم امکان رنگرزي با روشها متداول براي ديگر الياف
همان طور که قبلاً گفته شد با توجه با عدم وجود گروههاي قطبي در پلي پروپيلن ، اين ليف بدون اصلاح شدن قادر به قبول تعداد زيادي از رنگينه هاي مختلف نبوده و رنگرزي نوع معمولي آن امروزه به کمک رنگرزي توده انجام مي شود .
براي کاهش کمبودهاي پلي پروپيلن سعي شده است که اين نوع ليف ترموپلاستيک با توجه به هدف خاص اصلاح گردد . اين اصلاح ممکن است که خواص ديگري را نيز تحت تأثير خود قرار دهد . اصلاحات براي بهبود و حتي کسب خصوصيات ديگر ممکن است از طريق اصلاح شيميايي پليمر و يا اصلاح فيزيکي در مرحله توليد و يا بعد از آن انجام شود.

 
Tags:

اساس اکسترودر تک مارپیچ

Posted by roueen in اکسترودر تک مارپیچ on June 18, 2015 with Comments Off on اساس اکسترودر تک مارپیچ

اساس اکسترودر تک مارپیچ

اکسترودر تک ماردون (کنترل پنل)

اکسترودر تک ماردون (کنترل پنل)

اکسترودر تک ماردون (سیستم هوا خنک کن)

اکسترودر تک ماردون (سیستم هوا خنک کن)

اکسترودر تک ماردون (درایو)

اکسترودر تک ماردون (درایو)

اکسترودر تک ماردون

اکسترودر تک ماردون

اکسترودر تک ماردون (کنترل پنل)

اکسترودر تک ماردون (کنترل پنل)

مقدمه :

آگاهی از ویِژگی های پلیمر ها و واکنش های آنها و رفتارشان در مراحل گوناگون فرآیند سبب میشود که به طور مؤثر فرآیند اکستروژن ، تجهیزات و مواد بهینه گردد.

دراین مقاله جهت شناسایی فرایند اکستروژن ، به بخش های مختلف اکسترودر تکمارپیچ پرداخته می شود،چرا که همواره دانستن تجهیزات وچگونگی کار با انهاباعث میشود که به صورت بهینه ازسیستم بهره برداری شود .

محصول استاندارد با کیفیت زمانی تولید می شود که اکسترودر در فرآیند اکستروژناهداف زیر رادنبال کند .

دمای صحیح ذوب پلیمر ·

دمای ذوب ثابت و یکسان ·

فشار مذاب صحیح در دای ·

دستیابی محصول همگن با میکس کامل ·

در این شرایط فرایند اکستروژن بهینه می شود .

دستگاه اکسترودر

اکسترودر پیستونی

ساده ترین اکسترودر اکسترودر پیستونی است که در شکل 1 نشان داده شده است . فشار اکسترودر توسط نیرویی که خارج از دای بهپیستون اعمال می گردد فراهم می شود ، اکسترود می کند . گرما با عث ذوب مواد درون بدنه شده و ویسکوزیته را کاهش می دهد  .

ramextrud

با ترکیب صحیح فشار و دما ، محصول اکسترودربا فشار به شکل مورد نظر و طراحی شده از دای خارج می شود . این نوع اکسترودر ها مشکلاتی نیز دارند . اولا اینکه فرایند به صورت ناپیوسته است ، دوماً به دلیل عایق بودن پلاستیک ،زمان طولانی برای گرم کردن یکنواخت مواداز سطح پوسته تا مرکز لازم است و از طرفی در صورتی که دمای پوسته بیش از حد بالا باشد سبب تخریب رزین در دیواره می گردد. همچنین در ااکسترودر پیستونی ،میزان گرمایش برشی ایجادشده از حرکت اکسترودر حداقل است .

اکسترودر تک مارپیچ

اجزاء کلیدی اکسترودرتک مارپیچه در شکل زیر نشان داده شده است . اکسترودرهای تک مارپیچه 5 قسمت اصلی دارند .

  • سیستم محرک
  • سیستم خوراک
  • مارپیچ،پوسته )سیلندر ( و سیستم های گرم کننده
  • مجموعه دای هد
  • سیستم کنترل

single screw

سیستم محرک شامل موتور ، گیربکس ، بلبیرینگ ها و مجموعه یاتاقان است. سیستم خوراک دهی شامل قیف خوراک ، گلوی خوراک و قسمت خوراک مارپیچ است . پس از آن مارپیچ ، سیلندر وسیستم های گرمایش قرار دارند که در آن بخش رزین جامد منتقل شده ، مذاب و مخلوط می شود و به دای پمپ می گردد. محصول اکسترودر پس از انتقال از مارپیچ در آداپتور و دای شکل می گیرد.

اکسترودر ها با توجه به قطر مارپیچ یا سیلندر و نسبت طول به قطر ) L/D (طبقه بندی و فروخته میشوند .

L/D اکسترودر میزان نسبت طول مارپیچ و سیلندر اکسترودر را توصیف میکند .

تعریف L/D شامل طول محوری L به سازنده تجهیزات بستگی دارد . در برخی کارخانه ها طول بخش تغذیه از طول سیلندر می باشند و بعضی ها شامل نمی شوند . میزان عملکرد، مستقیماً به L/Dاکسترود مربوط می شود . دو اکسترودر با قطر یکسان اما L/D های متفاوت ، عملکردو ظرفیت های متفاوتی دارند . اکسترودر طولانی تر ) L/D بیشتر ( توانایی میکس و ذوب بیشتری دارد .

مزایای اکسترودر های با L/D کوچک :

  • · نیاز به مساحت کمتری برای نصب
  • · سرمایه اولیه کمتر
  • · هزینه جابه جایی کمتر برای مارپیچ ها و سیلندر ها
  • · زمان ماندگاری کمتر در اکسترودرها)بویژه وقتی که مواد حساس به دما ،فرآیند می شوند (
  • · مستلزم گشتاور چرخشی )ترک( کمتر
  • · توان کمتر و در نتیجه نیاز به موتور کوچک تر

اکسترودرها با L/D بلندترنیز این مزایا را به دنبال دارند :

  • · دارای خروجی بیشتر
  • · توانایی اختلاط با ظرفیت بیشتر
  • · می توانند در فشار دای بیشتر پمپ شوند .
  • · گنجایش مذاب بیشتر با گرمای برشی کمتر
  • · افزایش جابه جایی حرارت از سیلندر

L/D بعضی اکسترودرها 18:1 ، 20:1 ، 24:1 ، 30:1 ، 36:1 ، 40:1 می باشند .

تغذیه

شامل دو سیستم تغذیه ،که بصورت ثقلی کار می کنند، دو نوع flood و starve هستند . هردوسیستم تغذیه یک قیف مستقیماً روی گلوی تغذیه اکسترودر دارند. قسمت گلوی تغذیه مستقیما به سیلندر اکسترودر متصل شده ، و از جریان آب برای سرد کردن و گرم کردن ان استفاده می کنند .

جریان آب می تواند با یک مقیاس جریان اندازه گیری شود . دمای گلوی تغذیه باید به گونه ای باشدکه در هنگام لمس ، گرما احساس شود اما داغ نباشد .

هدف ازخنک سازی توسط آب ،جلوگیری مواد تغذیه شده از نرم شدن ،چسبناک شدن و به هم چسبیدن در گلوی تغذیه است که باعث ایجاد مانع و مذاب زود رس در قیف تغذیه میشود . یک مانع عایق بین سیلندر و قسمت تغذیه برای به حداقل رساندن انتقال گرما وصل شده است . شکل هندسی قیف و گلوی تغذیه سبب می شود مواد با کمترین محدودیت درون اکسترودر جریان یابد .

p1

در شکل بالا،بخش A طراحی گلوی تغذیه استاندارد برای دانه یا پودر نشان داده است ،. در حالیکه شکل B برای اکسترودر های با خوراک مذاب مناسب تراست .

گلوهای تغذیه شیاردار درتولید فیلم های دمشی و دیگرکاربرد ها برای افزایش خروجی اکسترودر استفاده میشوند . شکل بعد یک بخش تغذیه شیار دار را نشان می دهد .

توجه داشته باشید که شیار ها در ابتدای بخش خوراک دهی و تغذیه در زیر قیف عمیق بوده و تا قبل از ورودی بخش سیلندر نا پدید میشوند.

کانال های خنک سازی اطراف قسمت تغذیه ،گرمای ناشی از اصطکاک تولید شده به وسیله چرخش مارپیچ و تراکم دانه درون کانال های مارپیچ را خنثی نموده واز مذاب زودرس جلوگیری میکند.

در شکل بالا شیارها در جهت محوری هستند اما می توانند به صورت مارپیچی اطراف قسمت تغذیه باشند . مزیت گلوی تغذیه شیاردار این است که اصطکاک بین دانه ها و دیواره سیلندر را افزایش داده و سبب خروجی بیشتر می شود . اکسترودر های دارای بخش تغذیه شیاردار به سه بحث نیازدارند :

  • · خنک سازی گلوی تغذیه برای خنثی نمودن گرمای اصطکاک تولید شده و افزایش فشار دردسترس  (15000 psi plos)  در قسمت شیاردار تغذیه .
  • · یک مانع عایق خوب بین سیلندرو قسمت تغذیه برای به حداقل رساندن انتقال گرما .
  • · مارپیچ های اکسترودر با نسبت تراکم پایین تر برای افزایش سرعت عملکرد .
  • ·مارپیچ ،سیلندر و هیترها

مارپیچ مواد را به جلو انتقال می دهد ، شرایط گرما دادن و ذوب کردن ، همگن سازی و مخلوط کردن مذاب و رساندن مذاب به دای را فراهم می کند . پلیمر در سیلندر به وسیله هیتر هاوباکنترل دقیق دما در نواحی حرارتی ، گرم ومذاب شده ، ضمن این که از تخریب و گرم شدن بیش از اندازه مواد نیزجلوگیری می شود . مارپیچ و سیلندر مواد را به دای هدایت کرده و فشار را در دای ایجاد می کند .

اجزا سیلندر در شکل بالا نشان داده شده است . در هرناحیه حرارتیدر طول سیلندر ، هیترهایی به همراه ترموکوپل آن ها برای کنترل دمای هیتر و سیلندر قرارگرفته اند . هیترها تا حد امکان سیلندر را می پوشانند. در هر ناحیه حرارتی ممکن است 1،1 ،ویا 3 گرمکن)هیتر( و یک ترموکوپل موجود باشد . فرض شود که نزدیکترین هیتر به ترموکوپل بسوزد دو هیتر دیگر باید انرژی مورد نیاز را تأمین می کنند، در این حالت سطح سیلندر نزدیک دو هیتری که کار می کنند داغ تر است.

اگر دورترین نوار هیتر از ترموکوپل بسوزد ،در این حالت پیش بینی می شودسطح سیلندر زیر هیتر سوخته شده سردتر از مساحت جاییکه هیترها به طور صحیح نزدیک ترموکوپل کنترل عمل می کنند باشد .گرمکن های سوخته شده باید در سریعترین زمان ممکن با گرمکن های جدید با ظرفیت یکسان جایگزین شوند.در هر ناحیه حرارتی برای کنترل دمای سیلندر از اب یا هوای سرد استفاده می شود .

سیلندر ها از فولاد کربن یا مواد دیگر ساخته میشوند . پوسته توسط عملیات نیتراته تا عمق حدود 3mm دارای سطح سفت و سخت می باشد. سیلندر های فولادی ضدزنگ با سطح سخت خود، انتخاب بهتری برای اکسترودرهای کوچک هستند.اگر چه سخت کردن فولاد ضدزنگ سبب کاهش مقاومت خورندگی آن می شود وهمچنین فولاد ضد زنگ یک هادی مناسب برای گرما نیست . راه دوم برای بهبود مقاومت سایشی و خورندگی در سیلندراستفاده از پوشش های bimetal است. این پوشش ازنیتراته کردن ضخیم تر است و سبب افزایش مقاومت سایشی می گردد.

جدول بالا بعضی ازپوشش ها و خواص سایشی آنها را نشان می دهد . راه سوم برای بهبود مقاومت خوردگی و سایش استفاده از یک لایه به صورت آستر در سیلندر می باشد که از جنس الیاژ فولادضدزنگ و نیکل و یا از جنس فولاد سخت شده با کربن می باشد .

برای جلوگیری از سایش سطح سیلندرسطح درونی سیلندر باید سخت تر از مارپیچ باشد . معمولا سطح مارپیچ زودتر از سطح سیلندردچارسایش می شود زیرا مساحت سطحی سیلندر به مارپیچ حدود نسبت 10:1 است واین به آن معنی است که پره هایمارپیچ تنها با 11 % دیواره سیلندر طی هر حرکت انتقالی در تماس هستند .

اگرمسیرحرکت سیلندر ، مکان گلوی تغذیه و یاتاقان درست انتخاب شود ، هنگامیکه اکسترودر سرداست مارپیچ به آسانی به بیرون و داخل می لغزد. اگر برای وارد نمودن مارپیچ به سیلندر ویا چرخاندن آن باید آن را گرم کرد بدین معنی است ، که یک جزء درمسیر درست خود قرار نگرفته است. کار با اکسترودی که در مسیر درست نصب نشده است می تواند آسیب های جدی را بوجود آورد.

فشاربالا در سیلندر اکسترودر می تواند خیلی خطرناک باشد . در نتیجه یک دیسک آزاد ( rupture disk) به هد اکسترودر به منظور ایمنی نصب می شود.ممکن است در هر اتفاقی فشار مذاب در سیلندر افزایش یابد بنابراین ، این دیسک عمل کرده و فشار را شکسته و کاهش میدهد . سیلندر ها به طورمعمول با مقاومت فشاری psi 10000 طراحی می شود .

شکل بالا یک دیسک ازاد fike که درون سیلندر اکسترودر می چرخد را نشان می دهد .

سه نوع هیتر برای گرم کردن سیلندر اکسترودر و آداپتور وجود دارند : cast ,cermic,micaاین هیترها باید ماکزیمم مساحت اطراف سیلندر را بپوشانند تا ازایجاد لکه های داغ جلوگیری شده و گرمای یکسانی را فراهم کنند . اکسترودر های بزرگ عموماً هیتر cast دارند و در اکسترودر های کوچکتر از پیوند هیترها استفاده می شود . هیترهای cermic به نسبت هیترهای mica برای دماهای بالاتر طراحی شده اند . هر دو هیتر در رنج دمایی وسیعی کاربرد دارند . خنک کاری سیلندر با آب یا هوا انجام می شود . خنک سازی بهتربه وسیله آب بهترو با انتقال حرارت بیشتری نسبت به هواانجام شده وهمچنین کنترل دما نیز راحت تر است . مسیرهای آب می توانند کثیف و مسدودشوند . جریان اب باید اندازه گیری شود بنابراین این سیستم باید درست کار کند . سیستم آب گردان به عملکرد آب وابسته است .مزیتی که آب دارد این است که هوای گرم را به داخل واردنمی کند .اگر سیستم خنک کاری آب درست اندازه گیری شود در کاهش گرمای سطح اکسترودر خیلی مؤثر میباشد و میتواند عملکردخوبی داشته باشد.

در شکل بالاسیستم های خنک کاری برای سیستم های گردش آب و هوا نشان داده شده است . فاصله گذارهای شیاردار اطراف سیلندر در سیستم air-cooled )خنک سازی بوسیله هوا(مساحت سطحی اضافی برای بیرون راندن گرما فراهم کرده و بازده خنک سازیرا افزایش می دهد . سیستم های air-cooled یک فن برای جریان هوا دارندو ماکزیمم بازده را برای فرآیندهای مختلف فراهم می کنند.

اکسترودرهای تک مارپیچه سه قسمت متفاوت دارند که در شکل بالا نشان داده شده است.

قسمت های مختلف مارپیچ :

قسمت تغذیه

در این قسمت برای انتقال پودر و دانه از گلوی تغذیه به سمت اکسترودر از پره های عمیق استفادهمیشود .

قسمت انتقال در این قسمت به تدریج ازعمق پره ها کم شده تا دانه های نسبتامذاب راانتقال دهند. رزین ها درقسمت انتقال طی فرآیند مذاب متراکم می شود .

قسمت سنجش

آخرین قسمت مارپیچ است که کم عمق ترین پره ها را دارد .

Recent Comments

    Back to Top

    2024 © همه حقوق این وبسایت برای شرکت آسترونکست محفوظ میباشد