افزودنی کمک فرایند

چکیده

در این مقاله افزودنی های کمک فرایند در صنعت پلاستیک، انواع آنها و در نهایت عملکرد آنها بر محصول نهایی مورد بررسی قرار می گیرد.

1. مقدمه

استفاده از افزودنی‌ها و ترکیب آنها با مذاب ‌های پلیمری در صنعت فراورش پلیمرها بسیار رایج است. تولیدکنندگان محصولات پلاستیکی به‌طور ویژه تمایل دارند نرخ جریان را افزایش دهند، هزینه‌های انرژی را کاهش دهند و وقوع ناهنجاری‌ها در فرایندهای شکل دهی پلیمرها مانند اکستروژن را به حداقل برسانند. به صورت کلی ناهنجاری‌ها در تولید محصولات پلیمری به دو گروه تقسیم می‌شوند: (1) ناهنجاری‌های سطحی که معمولاً تحت تنش برشی ثابت و بدون توجه به دمای اکستروژن رخ می‌دهند و (2) ناهنجاری‌های عمده (شکست مذاب) که در شرایط جریان ناپایدار رخ می‌دهند. ناهنجاری‌های سطحی از دست دادن شفافیت سطح محصول تا تشکیل “پوست کوسه‌ای” (شامل زبری سطح) متغیر است که ممکن است به‌طور کامل کاربرد محصولات نهایی را مختل کند. بنابراین، نرخ تولید در عملیات فرایندی معمولاً کاهش می یابد.

افزودنی های کمک فرایند مواد پلیمری (PPA) نقش بسیار مهمی در صنعت پلاستیک ایفا می‌کنند و ویژگی‌های فرایندی پلیمرها را بهبود می‌بخشند و کیفیت محصولات نهایی را افزایش می‌دهند. این مواد معمولاً در مقادیر کم به پلیمر پایه افزوده می‌شوند و بسته به نوع پلیمر و روش فرایند شدن مورد استفاده، عملکردهای مختلفی دارند.

2. انواع کمک فرایندهای مورد استفاده در صنعت پلاستیک

کمک فرایند ها به صورت کلی بر پایه فلوئوروپلیمرها، پلیمرهای پرشاخه (Hyper branched polymers) و مواد بر پایه نیترید بور می‌باشد.

1.2.کمک فرایند فلوئوروپلیمر

افزودنی‌های کمک فرایند فلوئوری به‌خوبی برای توانایی خود در حذف عیوب شکست مذاب در پلی‌اتیلن، از جمله LLDPE و HDPE شناخته شده‌اند. این افزودنی‌ها به حفظ جریان یکنواخت پلیمر در حین فرآورش کمک می‌کنند که برای دستیابی به محصولات با کیفیت بالا حیاتی است. این مواد می‌توانند به‌طور قابل توجهی فشار اکستروژن را کاهش دهند، تولید پلیمر را افزایش دهند و از ایجاد چکه در قالب (جمع شدن ماده در لب قالب) جلوگیری کنند.

2.2.پلیمرهای پرشاخه(HBPs)

این مواد با تشکیل یک لایه روان‌کننده در سطح بین تجهیزات فرآوری و ذوب پلیمر عمل می‌کنند. این پوشش دینامیک، تنش برشی را در حین فرآوری کاهش می‌دهد، مورفولوژی سطحی محصولات خروجی را بهبود می‌بخشد و به حذف نقایص مانند “پوست کوسه‌ای” که یک مشکل رایج در فرآیندهای اکستروژن پلیمر است، کمک می‌کند.

3.2. کمک فرایندهای نیتریدبور(NB)

این مواد با تشکیل یک لایه روان‌کننده بین تجهیزات فرایندی و ماده‌ای که در حال فرایند شدن است، عمل می‌کنند. این لایه اصطکاک و سایش را کاهش می‌دهد و اجازه می‌دهد که عملیات به‌صورت روان‌تر انجام شود و محصولات نهایی به‌راحتی از قالب‌ها یا قالب‌های اکستروژن جدا شوند. ساختار منحصر به فرد نیترید بور به آن اجازه می‌دهد که خواص خود را تحت فشار و دماهای بالا حفظ کند و آن را به یک انتخاب قابل اعتماد برای محیط‌های فرایندی چالش‌برانگیز تبدیل کند. به‌طور خلاصه، کمک فرایندهای نیترید بور به‌دلیل پایداری حرارتی، خواص روان‌کنندگی، مقاومت شیمیایی و غیر ساینده بودن، مواد ارزشمندی در کاربردهای صنعتی مختلف هستند و به بهبود کارایی و کیفیت محصول در فرآیندهای تولید کمک می‌کنند.

3.عملکردهای مواد افزودنی کمک فرایند

1.3.بهبود فرایندپذیری

مواد افزودنی کمک فرایند ویژگی‌های جریان پلیمرها را بهبود می‌بخشند و اصطکاک در حین فرایند شدن را کاهش می‌دهند. این موضوع به‌ویژه برای پلیمرهای با ویسکوزیته و یا وزن مولکولی بالا مانند LDPE، LLDPE، HDPE و PVC اهمیت دارد. این مواد به کاهش مشکلات فرایندی مانند شکست مذاب، انباشت مواد در قالب اکسترودر و ژل شدن که می‌تواند به کیفیت محصول و کارایی تولید آسیب برساند، کمک می‌کنند.

2.3.کاهش عیوب فرایندی

کمک فرایندها با تسهیل جریان نرم‌تر از طریق ماشین‌آلات، به کاهش عیوب فرایندی کمک می‌کنند. این امر منجر به افزایش نرخ خروجی و کاهش زمان چرخه تولید می‌شود که در صنایع رقابتی بسیار حیاتی است.

2.3. افزایش کیفیت محصول

کمک فرایندها کیفیت سطح ، شفافیت و خواص مکانیکی محصولات پلیمری نهایی را بهبود می‌بخشند. به عنوان مثال، مواد افزودنی بر پایه اکریلیک معمولاً در تولید PVC به منظور بهبود کیفیت سطح محصول استفاده می‌شوند که منجر به تولید محصولات با کیفیت تر و بادوام‌تر می‌شود.

References:

[1]Kutz, M. (Ed.). (2011). Applied plastics engineering handbook: processing and materials. William Andrew.

[2] https://patents.google.com/patent/US7341702B2/en

[3]https://www.researchgate.net/publication/238994869_Chain-topology-controlled_hyperbranched_polyethylene_as_effective_polymer_processing_aid_PPA_for_extrusion_of_a_metallocene_linear-low-density_polyethylene_mLLDPE

[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0032386100001300

[5] https://patents.google.com/patent/US8648134B2/en

گرداورنده: مائده پیر غریب نواز

ویرایش شده توسط: دکتر مهرناز بهادری