اکستروژن پلی وینیل کلراید چیست؟/ (قسمت اول)

مانند سایر اعضای گروه، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، پلی وینیل استات، پلی متیل متا اکریلات و پلی وینیلدین کلراید، PVC شامل گروه وینیلی است (CH2=CH-)، با این وجود عموماً واژه وینیل برای PVC و کوپلیمرهای آن به کار می‌رود.

فرآیند اکستروژن PVC شامل مخلوط کردن رزین‌ها و مواد افزودنی در میکسرهای با سرعت بسیار بالا است. معایب به ترکیبات PVC و فرآیند آن مربوط می‌شود.

فرمولاسیون PVC تعیین کننده فرآیند و کارایی محصول است. عمر مفید محصولات PVC به وسیله در معرض گذاشتن محصول در آزمایشات ثابت تعیین می‌شود.

دمای مذاب یکی از پارمترهای مهم در داشتن یک فرآیند پیوسته است. تخریب حرارتی در ابتدا به وسیله شکست در زنجیر پلیمری بوجود می‌آید و تابعی از دما و پارامترهای رئولوژیکی و وزن مولکولی است.

تخریب یک مشکل بسیار جدی در فرآیند است و نیاز به پاکسازی اکسترودر دارد. تاثیرات تخریب عبارتند از:
کاهش خواص فیزیکی، نواقص سطحی، ناپایداری فرآیندی، سایش و افزایش هزینه های کنترل کیفیت.

نواقص و معایب بسیاری وجود دارند که مختص یک نوع اکسترودر و عملیات مختص به آن باشند. در اکستروژن، خنک سازی نایکنواخت باعث پیچش یا شکست محصول می‌گردد.

دانستن توزیع نسبی دما برای سرد کردن محصول اکسترود شده بسیار مهم است. به طور مشابه مشکل موج دار بودن که ناشی از انتقال پودر جامد یا مشکلات مذاب است نیز بر پایه این فرض استوار است.

انتخاب PVC برای کاربردهای صنعتی (مانند صنایع خودرو، خانگی، وسایل برقی، باغبانی و ...) کاملاً به ترکیب PVC، طراحی و شرایط فرآیندی بستگی دارد.

مواد پرکننده، پیگمنت‌ها و سایر مواد افزودنی تاثیر بیشتری دارند و باید برای کاربرد مورد نظر مشخصه سازی انتخاب مواد را انجام داد.

یک فرآیند موفق پلی وینیل کلراید سخت شامل فهم و کارایی درست عوامل مختلفی دارد که شامل موارد زیر می‌گردد:

- انتخاب درست مواد افزودنی و استفاده از آنها
- فرآیند ترکیب و میکس
- ماهیت اکسترودر تک و دو ماردون مورد استفاده
- انطباق فرمولاسیون با اکسترودر
- پارمترهای اکسترودر و کارایی آن

مشکلات اکستروژن را در ابتدا باید تشخیص داد تا بر طبق آن راه حل‌ها را طراحی نمود. انجام راه حل‌های کوتاه در فرایند PVC بسیار مهم است، بویژه در فرآیندهای پیوسته مانند اکستروژن داشتن راه حل‌های گوناگون برای حل مشکلات بسیار حائز اهمیت است.

"معایب مشهود"  ناشی از فرایند بسیار سریع است می تواند منتج، به عنوان مثال، ایجاد سطحی چروک، شکست مذاب، ناتوانی در حفظ تلورانس ابعادی، انسداد هوایی و تعییر رنگ مشهود محصولات گردند.

" معایب پنهان" که گاهاً بسیار آسیب آورتر هستند می‌تواند ناشی از استفاده مقدار زیادی از مواد با کیفیت پایین باشد که قبل از پی بردن به آن محصول تولید شده باشد.

این معایب پنهان شامل: از دست دادن مقدار لازم پایداری حرارتی و پایداری نوری، تاب بر داشتن بعدی و پی در پی ناشی از کرنش ذخیره شده در محصول، دمای خمیدگی پایین، دمای واپیچش و پیچدگی پایین.

تخریب ابتدایی که به وسیله پایداری نوری کم در برابر نور UV به وجود می‌آید، نشان دهنده وجود پیوندهای دوگانه در پی وی سی تخریب شده مولکول‌های PVC است.

ناپیوستگی سرعت جریان و تنش مسئول ایجاد نواقص سطحی می‌باشند. این ناپیوستگی‌ها ایجاد جریان کششی با سرعت بالا و نواقص چسبندگی در مذاب پلیمری می‌کنند و در نتیجه باعث ایجاد سطحی چروک می‌گردند.

با توجه به مسایلی که به فرآیند اکستروژن مربوط می شود (علل‌الخصوص مسائلی که در داخل اکسترودر اتفاق می‌افتد)، داشتن ابزارآلات مناسب بسیار مهم است.

فرآیند ذوب کردن، اختلاط مذاب و یکنواخت سازی PVC کاملاً در داخل اکسترودر مبهم است و وابسته به ابزار برای تعیین و تشخیص اتفاقات در حال انجام در اکسترودر است. اهمیت و جدیت مشکلات به وسیله ابزارآلات اندازه گیری قابل تشخیص می‌باشد.

مشکلات و معایب مبنی بر مورفولوژی بخشی PVC است. مورفولوژی بخشی توسط نواحی کریستالی تعریف می‌گردد. مقدار این خواص به وسیله نظم فضایی زنجیرهای مولکولی تعیین می‌گردد.

بلورینگی و کانفورماسیون زنجیر کشیده با توجه به دمای نرم شدگی و دمای ذوب، کنترل کننده خواص ضربه می‌باشند. ترکیبات PVC از لحاظ شیمیایی اساساً یکسان می‌باشند.

در آینده فرآیند PVC بر کنترل گره خوردگی‌های مولکولی، نواقص ساختاری و کنترل فرآیند تمرکز خواهد داشت. چند جنبه از کنترل ساختار مولکولی بر روی فرآیندپذیری فاز جامد پلیمرها با توجه به ساختار شبکه ای، مورفولوژی اولیه در پلیمرهای کریستالی و فرآیندهای فعال شونده با حرارت تاثیرگذار است.

فرآیند اکستروژن PVC دارای مزایایی همچون فرآیندی پیوسته و آسان و هزینه پایین می‌باشد. با این وجود اختلاف در رئولوژی ترکیبات PVC می تواند باعث ایجاد نواقص و معایب متعدد با توجه به سایر پارامترها مانند تنظیمات فرآیند و قالب باشد.

نواقص و معایب در پارامترهایی مانند استحکام مکانیکی و شکل ظاهری می‌تواند تعریف شود. مشکلات مربوط به نفوذ و پخش در طی فرآیند PVC می‌توانیم به علت اینکه PVC با سایر مواد ترکیب می‌شود را نادیده گرفت.

دانستن نواقص سایر پارامترها مانند رئولوژی، جزئیات هندسی، پارامترهای فرآیندی برای پیش بینی جلوگیری از مشکلات و معایب بسیار ضروری است.

با این حال باید این نکته را یادآوری نمود که هیچ دو اکسترودر حتی با طراحی کاملاً مشابه، عملکردی یکسان نخواهند داشت.

برای مثال اختلاف در فاصله بین پره‌های ماردون و سیلندر همچنین فرسودگی سیلندر و ماردون بر روی پروفایل دمایی که برای یک فرمولاسیون قرار داده می‌شود تاثیر شگرفی دارد.

در نتیجه راهکارهای ارائه شده را باید در حکم یک پیشنهاد به حساب آورد با به یا داشتن این نکته: هیچ دو ماشینی مشابهی کارایی یکسانی نخواهند داشت.

در حل مشکلات مربوط به فرآیند PVC بسیاری از مسایل با عدم قطعیت مشخصه سازی می‌شود و نیاز به بررسی متغیرهای فراوانی دارد (مانند مواد اولیه، شیوه فرآیند، ماشین آلات، محصول)، همچنین نیاز به بهینه سازی چند محدودیت در تعامل با هم دارد. داشتن یک استراتژی برای شناخت مساله بسیار مهم است.

هنگامی که یک برنامه اجرایی آماده است، عوامل متعددی در شکل گیری و انتخاب استراتژی موثر هستند. تشخیص و ارزیابی مسئله توسعه استراتژی‌های کارآمدتر در حل مشکلات فرآیند PVC را مهیا می‌سازد.

هر مشکل اطلاعات زیادی را در باره مواد اولیه، فرمولاسیون، تکنیک های فرمولاسیون و محصول نهایی را لازم دارد. عیب یابی نشان می‌دهد:

- عموماً بیشتر از یک راه حل برای رفع یک مشکل وجود دارد.
- توانایی و تجربه بر روی انتخاب استرتژی تاثیرگذار است.

در عیب یابی مشکلات مربوط به فرآیند PVC حل مشکل مربوطه و بهینه‌سازی فرآیند از همه امور مهم‌تر خواهد بود و این شامل پیدا کردن کوتاه ترین مسیر حل از طریق یک مجموعه از راهکارها و بررسی مواد خام مورد استفاده در فرآیند می‌باشد.

تشخیص مشکلات شامل بررسی خواص و تنظیم فرآیند اکستروژن برای کنترل کارکرد یک مشکل خاص فرآیند اکستروژن می‌باشد و این به وسیله تغییرات خروجی و تفسیر نتایج دنبال می‌گردد.

انتخاب بهترین راه حل برای مشکلات یکی از چالشهای بسیار سخت در فرآیند PVC می‌باشد. بدون شیوه‌های عیب یابی بسیاری از مشکلات یا حل نمی‌شود یا به درستی مرتفع نمی‌گردد که می‌تواند باعث ایجاد ضایعات زیادی گردد.

چالش‌ها

- محدودیت توانایی‌های انسان برای مقایسه یا تصمیم‌گیری و این مسئله زمانی جدی‌تر می‌شود که مقایسه ها بر مبنا راهکارهای مختلف باشد.

- راه حل ممکن در مقایسه با داده های اولیه به خاطر پارامترهای متغیر مطابقت نداشته باشد.

نویسنده: سامان خسروی/ مهندس پلیمر و فرآیند
 

ویکی پلاست | مرجع بازار صنعت پلاستیک