تاثیر روان کننده بر پی وی سی سخت طی مراحل فرآیند

تاثیر روان کننده به طور قابل ملاحظه ای در طی فرآیند تغییر میکند، در گذار از مرحله شروع آمیزش که در آن نرخ گرمای تولیدی مهم است تا فرآیند آمیزش که در آن ذرات گرانولی رزین به جریان مذاب تبدیل می شود تا مرحله بعد از آمیزش که در آن جریان مذاب رزین های ممزوج شده، مهم ترین مسئله است.

اصطلاحات روان کننده داخلی و خارجی برای توصیف عملکرد روان کننده ها در هر مرحله به کار می رود و باید توجه نمود که این اصطلاح نباید به خود روان کننده اطلاق شود زیرا اکثر روان کننده ها در هر مرحله از فرآیند متفاوت عمل می کنند.

به بیان دیگر این اصطلاحات مربوط به خاصیت ذاتی روان کننده نیستند و برای توصیف رفتار روان کننده در مرحله ای خاص از فرآیند به کار می رود و نمی توان اکثر روان کننده ها را به طور مشخص در یک طبقه خاص قرار داد. به طور کلی منظور از عملکرد داخلی و خارجی به شرح زیر است:

•    خارجی: آمیزش مواد را تاخیر می اندازد و چسبندگی مواد مذاب به سطح قطعات و مخزن را کاهش می دهد.
•    داخلی: آمیزش را بهبود می بخشد و ویسکوزیته جریان مذاب را کاهش می دهد.

روان کننده داخلی
با کاربرد افزودنی های دیگر پلیمر از قبیل آنتی استاتیک ها و عوامل جداکننده از قالب پیچیدگی اصطلاح داخلی و خارجی بیشتر می شود.

در این مقاله منظور از عوامل داخلی عاملی است که قبل از فرآیند به رزین افزوده می شود و عامل خارجی عاملی است که پس از فرآیند به سطح محصول نهایی یا سطوح قالب افزوده می شود. در ادامه به بررسی هر یک از مراحل جذب گرما، فرایند آمیزش و جریان مذاب پرداخته می شود.

جذب حرارت:
گرمای مورد نیاز برای ذوب رزین  از طریق هدایت گرمایی (از طریق سطوح دیواره ها و قطعات) و اصطکاک (در طی انتقال و فشردگی رزین داخل محفظه اکسترودر) تامین می شود.

انتقال حرارت از طریق هدایت کند است و برای میزان تولید در مقیاس زیاد کافی نیست و می توان گفت اصطکاک منبع اصلی گرمای تولیدی است. مقدار گرمای تولید شده از طریق اصطکاک توسط روان کننده کنترل می شود. این گرما باید سریع تولید شود ولی نباید گرمای تولیدی به حدی باشد که سبب تجاوز از دمای تخریب رزین شود.

منشا اولیه گرمای ناشی از اصطکاک از دانه های رزینی است که در تماس با سطوح داغ اکسترودر هستند و به آن می چسبند. این دانه ها سپس نرم و چسبناک می شوند و سبب چسبندگی بقیه رزین ها می شوند و در نتیجه تنش برشی در این ناحیه افزایش می یابد.

افزایش تنش برشی منجر به افزایش سریع دما می شود و توده های رزین ذوب شده در طول محفظه اکسترودر منتقل می شوند. در این میان اگر روان کاری ناکافی باشد به سطوح می چسبند که در نهایت منجر به تخریب رزین می شود.

کارآمدی روان کننده با گذشت زمان تغییر می کند. برخی روان کننده ها تمایل زیادی جهت پیوستگی به سطوح فلزی دارند و به تدریج یک مرز در سطح تشکیل می دهند و در نتیجه منجر به افزایش لغزندگی در طول زمان می شوند.

بازدهی روان کننده های به شدت وابسته به دما نیز ممکن است با  افزایش دما کاهش یابد و بنابراین اگر در طی اکستروژن افزایش تدریجی دما رخ دهد، سیستم روان کاری رفته رفته کارآمدی خود را از دست خواهد داد. بنابراین ترکیبی از روان کننده ها نیاز است تا فرآیند ذوب شدن در طیف های مختلف دمایی و برش های ایجاد شده در طی فرآیند کنترل شود.

برای اکستروژن لوله های PVC، علاوه بر استئارات کلسیم از واکس های هیدرو کربنی استفاده می شود. عملکرد اصلی واکس هیدروکربنی کنترل میزان جذب گرما است. این واکس های غیرقطبی با نقطه ذوب پایین در افزایش لغزش بین ذرات رزین و تاخیرانداختن آمیزش بسیار موثرند.

تفاوت در میزان واکس تاثیر زیادی بر همه خواص رئولوژیکی دارد. میزان بالای واکس های هیدروکربنی نه تنها زمان آمیزش را تاخیر می اندازد که از آمیزش( شکست مرز دانه های رزین) در طی مراحل انعقاد و جریان مذاب جلوگیری می کند. این مورد از طریق کاهش در گشتاور آمیزش، گشتاور تعادلی و دمای استوک مشخص می شود.

تفاوت در میزان استئارات کلسیم برعکس حالت بالا برآمیزش تاثیر دارد. به بیان دیگر میزان بالای استئارات کلسیم فرآیند آمیزش را سریع تر می کند. این روان کنندگی داخلی به سبب خواص فیزیکی استئارات کلسیم است.

هنگامی که این ماده در تماس با سطوح داغ فلز قرار می گیرد، جریان مذاب ویسکوزی را شکل می دهد که چسبندگی را بهبود می دهد و بنابراین منجر به آمیزش سریع تر می شود.

در دماهای بالاتر، استئارات کلسیم (در ترکیب با واکس های هیدروکربنی) بواسطه افزایش لغزندگی بین رزین و سطوح پیچی مخزن به عنوان روان کننده خارجی عمل می کند. این عملکرد دو گانه استئارات کلسیم سبب می شود با تغییرات اندک در گشتاور آمیزش، گشتاور تعادلی و دمای استوک، تاثیرات زیادی بر زمان های آمیزش مشاهده شود.

دانسیته بالک نیز بر فرآیند آمیزش تاثیر دارد. دانسیته بالک زیاد، فشردگی بیشتری دارد در نتیجه با تنش برشی بیشتر و تولید گرمای سریع تر و خروجی بیشتری مواجه می شویم که این امر روان کاری را حساس تر می کند.

مخلوط کردن با تنش برشی بالا تا دمای قطره ای 115 درجه منجر به دانسیته بالک بالاتر، خواص جریانی بهتر و توزیع یکنواخت تر روان کننده می شود. توالی افزودن مواد و دمایی که در آن اجزا افزوده می شوند نیز می تواند بر خواص فرآیند تاثیر بگذارد.

فرآیند آمیزش:

وقتی گرمای کافی به رزین رسیده و ذوب شروع شده باشد، نقش روان کننده تغییر می کند. به منظور بهبود در هم شکستن گرانول های رزین به ذرات اولیه، روان کننده باید با رزین سازگار باشد. مرحله آمیزش در دمای حدود 160 درجه سانتیگراد رخ می دهد.

در این دما، نفوذ داخلی بخش های زنجیره بین مرزهای ذرات رخ می دهد. شروع آمیزش با افزایش قابل توجه در گشتاور و تولید سریع گرما مشخص می شود که به گشتاور آمیزش و زمان آمیزش در مطالعات رئومتری معروف است.

در این مرحله روان کننده ای که عملکرد خارجی خوبی نشان می دهد، مخرب هست. اگر اصطکاک بین دانه های رزین کاهش یابد، آمیزش کامل مواد سخت می شود. پارافین ها به وفور استفاده می شوند زیرا در مرحله جذب گرمای اولیه منجر به لغزش بین دانه ها می شوند اما در مرحله آمیزش در دماهای بالاتر بی اثر می شوند که منجر به محصول نهایی خوب آمیخته شده می شود.

همان طور که پیش تر بحث شد، مقدار زیاد واکس های هیدروکربنی نفوذ داخلی بخش های زنجیر پی وی سی را کاهش می دهد که منجر به آمیزش ضعیف می شود.

واکس های پلی اتیلنی اکسید شده ( در مقادیر کم) و استئارات کلسیم در مرحله آمیزش موثر هستند زیرا به سطوح فلزی وابستگی دارند (رهایی خارجی ایجاد می کنند)بدون اینکه اصطکاک بین دانه ها را تضعیف کنند و بنابراین آمیزش را بهبود می بخشند.

جریان مذاب:

پس از اینکه آمیزش اتفاق افتاد، روان کننده باید ویسکوزیته جریان آرام مذاب را کنترل کند. جریان آرام از طریق آن دسته از روان کننده هایی کنترل می شود که تمایل زیادی به پیوستگی به سطوح فلزی دارند.

جریان آرامی مطلوب است که به آمیزش یکنواخت و کامل کمک کند. جریان بیش از حد آرام منجر به تنش های داخلی می شود و به سبب زمان اقامت طولانی برخی رزین ها، تخریب رخ می دهد.

روان کننده ها  هم چنین می توانند بر سطح ذرات رزین اولیه و ذرات دیگر (پرکننده ها، رنگدانه ها و ...) بنشینند تا جریان ذرات یکنواختی فراهم کنند و ویسکوزیته جریان مذاب را کاهش دهند.

روان کننده های فعال داخلی می توانند از طریق تاثیر رقیق سازی، ویسکوزیته جریان مذاب را کاهش دهند. هر چند از طریق بهبود انتشار داخلی بخش های زنجیره که از سطح ذرات اولیه گسترش می یابد، ویسکوزیته را افزایش می دهند. تعیین اینکه کدامیک از این مکانیزم ها غلبه دارد، سخت است.

منبع: فن آوران شیمی تجزیه ایرانیان