افزودنی های مشکی

افزودنی های مشکی

یکی از رنگ های پر مصرف در صنایع پلاستیک رنگ مشکی می باشد. این رنگ نه تنها به عنوان یک رنگ بلکه به عنوان یک پایدار کننده نوری بسیار خوب در این صنعت مورد استفاده قرار می گیرد.

رنگ مشکی با اضافه کردن کربن بلک که اصطلاحا دوده صنعتی گفته می شود به پلیمر حاصل می شود. دوده صنعتی ماده سیاه رنگی با ارزش از خانواده کربن است که تحت شرایط کنترل شده و طی فرایند خاصی تولید میگردد. دوده صنعتی با خواص بی نظیری که از خود نشان داده است، جایگاه بالایی در صنایع تولید پیگمنت ها، افزودنی های پلاستیکی، جوهر و رنگسازی و به ویژه تایر و لاستیک دارد.

این ماده که دارای ذرات نانومتری می باشد، عمدتا ازروش سوختن ناقص هیدروکربن های آروماتیک در کوره های مخصوص و تحت شرایط دما و فشار معین تولید میگردد و به دلیل داشتن خواصی نظیر ایجاد مقاومت خمشی، سختی و جلوگیری از پاره شدن، مورد توجه می باشد.

روش های مختلفی جهت تولید انواع گریدهای دوده صنعتی در میان کشورهای تولید کننده در سطح جهان بکار گرفته می شود. از میان آنها روش تولید کوره ای به دلیل داشتن مزایای بیشتر تکنولوژیک در فرایند تولید و خواص محصول بدست آمده و کاهش مصرف مواد اولیه و حذف آلودگی محیط زیست به عنوان بهترین روش استفاده میگردد. در روش کوره ای تولید ذرات دوده درراکتورهای ویژه، عمل جداسازی ذرات کربن از خوراک روغن تحت حرارت فوق العاده و فشار تعریف شده حاصل میگردد. با تغییر دادن شرایط فرآیند، انواع دوده های صنعتی با خواص گوناگون و کاربردهای متفاوت بدست می آید.

افزودنی رنگی مشکی با ترکیب شدن میزان مشخصی دوده که غلظت آن بسته به کاربرد نهایی متفاوت است با پلیمر حامل به دست می آید. تولید افزودنی مشکی به دلیل بالا بودن نسبت سطح به حجم دوده و تمایل اتصال دانه های دوده به هم یکی از مشکل ترین موضوعات در این صنعت است.

درمورد افزودنی های مشکی باید به موارد زیر توجه کرد:

انتخاب دوده مناسب

انتخاب دوده مناسب

دوده های تولیدی به صورت صنعتی دارای گرید های متنوعی هستند که هر کدام برای کاربرد خاصی بهینه شده اند. به عنوان مثال اندازه ذرات دوده برای کاربرد فیلم های پلاستیکی با اندازه دوده برای کاربرد تولید لوله متفاوت است. انتخاب دوده مناسب جهت کاربرد های مشخص بسیار مهم است.

انتخاب پلیمر حامل مناسب

در تولید افزودنی های مشکی تنها سازگاری پلیمر حامل با پلیمر محصول نهایی ملاک نیست بلکه پارامترهای فیزیکی بسیار زیادی می توانند روی خواص نهایی افزودنی مشکی موثر باشند. به عنوان مثال افزودن دوده به پلیمر به شدت باعث کاهش نرخ جریان مذاب آن پلیمر می شود لذا با توجه به محصول نهایی باید نرخ جریان مذاب پلیمر انتخابی مورد بررسی قرار گیرد.

پخش شدگی دود

افزودنی مشکی باید دارای پخش شدگی دوده مناسب و یکنواخت باشد. پخش شدگی دوده در محصول نهایی هم از نظر ظاهری و هم از نظر خواص نهایی بسیار موثر است. این پخش شوندگی تنها با استفاده از تکنولوژی و تجربه فرآیندی بالا به دست می آید. پخش شدگی دوده را با روش های مختلفی اندازه گیری می کنند به عنوان مثال در صنعت تولید لوله تست میکروسکوپ بسیار رواج دارد و در تمامی استانداردها به آن الزام شده اس.

رطوبت جذب شده افزودنی

با توجه به خواص سطحی دوده این ترکیب به شدت تمایل به جذب رطوبت دارد لذا افزودنی های مشکی باید از نظر رطوبت بسیار کنترل شوند. یکی از علل پایین آمدن خواص محصول نهایی بعد از مصرف افزودنی مشکی می تواند رطوبت جذب شده توسط افزودنی باشد.

افزودنی های مشکی درصنعت لوله پلی اتیلن

افزودنی های مشکی درصنعت لوله پلی اتیلن

به طور خلاصه پروسه تولید لوله پلی اتیلن با ورود مواد اولیه به صورت دانه ای شکل (گرانول) از قیف به ورودی اکسترودر آغاز می شود. در داخل اکسترودر با انتقال بوسیله ماردون در طول سیلندر تحت گرمای هیترها و نیز حرارت ناشی از برش تیغه های ماردون، گرم و مذاب می شود. عمق تیغه ها در طول ماردون کاهش یافته موجب فشرده شدن مواد مذاب به سمت خروجی اکسترودر می گردد و در خروجی مواد مذاب یک دست و همگن با عبور از قالب (کلگی یا هد) به سایز مورد نظر برای لوله نهایی در می آید و در این مرحله است که میتواند با تعویض قالب با سایزهای مختلف، سایزهای مختلف لوله تولید شود. در مراحل بعد لوله با گذشتن از تانک خلا همزمان با خنک کاری با آب، در کالیبراتور شکل نهایی را به خود میگیرد و در مرحله بعد مارکینگ و بسته بندی انجام می شود.

مواد اولیه باید حتما پس از خشک شدن وارد اکسترودر شوند. جذب احتمالی رطوبت توسط پلیمر ها باعث افت ویژگی های مکانیکی، ظهور حباب و لكه های سطحی در آن می گردد پس باید قبل از ورود مواد به اکسترودر، رطوبت از مواد خارج گردد. گرانول ها به طور پیوسته توسط خشک کن های هوای داغ خشک شده و برای انتقال به اکسترودر آماده میشوند.

همانگونه که در شکل مشاهده می کنید فرایند اکستروژن در سه ناحیه مجزا، کامل می شود. ناحیه های تغذیه، فشار و سنجش.

ناحیه تغذیه

کارناحیه تغذیه علاوه بر دادن گرمای اولیه به گرانول ها انتقال آن به نواحی بعدی است . در این ناحیه عمق تیغه های ماردون بیشتراز دو ناحیه دیگر است و طراحی آن به گونه ای است که با توجه به طبیعت پلاستیک و خواص اصطکاکی آن نسبت به ماردون و محفظه، اکسترودر بتواند تغذیه متعادلی داشته باشد.

ناحیه تراکم و فشردگی

ناحیه تراکم و فشردگی

کاهش عمق تیغه های ماردون در این ناحیه، موجب متراکم شدن و فشردگی مواد مذاب می شود یعنی اینکه در این ناحیه ضخامت پلاستیک مذاب کاهش یافته و انتقال حرارت آن با دیواره سیلندربهتر صورت میگیرد. فشردگی در این مرحله باعث میشود هوای محبوس در داخل مواد، به ناحیه تغذیه باز گردانده شود.

ناحیه سنجش

در این ناحیه عمق تیغه های ماردون کمتر میشود اما ثابت می ماند. در این مرحله مذاب به صورت همگن و یکنواخت در می آید به طوری که با آهنگ ثابتی در درجه حرارت و فشار یکسان و ثابت به قالب یا حدیده وارد می شود. امروزه برای کنترل دقیق خروجی اکسترودر و سرعت تولید به صورت بهینه سیستم های کنترل اتوماتیک گراویمترک توسعه یافتهاند که با تعدیل نوسانات حاصل از تغییر در شرایط کاری تاحد ممكن موجب ثبات خصوصیات محصول نهایی میگردند.

همانگونه که در بالا ذکر شد پس از خروج پلاستیک مذاب از خروجی اکسترودر و شکل گیری لوله در قالب، سایزهای مختلف لوله را میتوان تولید کرد.

مراحل بعد شامل گذر از کالیبراتور (از جنس آلیاژ فسفر- برنز) در داخل تانک خلا و خنک کاری با آب است. از آنجایی که پلی اتیلن از نوع پلیمر های نیمه بلورین است، سرعت خنک سازی نقش مهمی در تعیین میزان بلورینگی و در نتیجه خواص نهایی محصول دارد سرعت خنک کاری باید بصورتی باشد که نواحی بلورین در ساختار لوله در حد متعادل سازمان یابند.

در این مرحله دمای آب تا خنک شدن کامل لوله مکانیزم خنک سازی و سرعت تولید مهمترین پارامتر هایی هستند که کیفیت نهایی را تحت تاثیر قرار می دهند در طول فرایند خنک سازی گرادیانی دمایی بین سطح داخلی و خارجی لوله تشکیل می شود به گونه ای که سطح داخلی با سرعت کمتری خنک می شود که خود باعث بلورینگی بیشتر سطح داخلی می شود که رعایت فاصله گذاری تانک های خنک کننده را می طلبد.

 تولید لوله های پلی اتیلنی مشکی

در تولید لوله های پلی اتیلنی مشکی که بسیار پرکاربرد هستند و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند علاوه بر پلی اتیلن سنگین نیاز به افزودنی مشکی نیز می باشد. دلیل استفاده از افزودنی مشکی برای این لوله ها علاوه بر رنگ دهی جذب بسیار خوب و مناسب نور فرابنفش خورشید توسط دوده مصرف شده در افزودنی مشکی می باشد که عمر لوله پلی اتیلن را در محیط های طبیعی که لوله ها مورد استفاده قرار می گیرند چندین برابر می کند لذا استفاده از افزودنی مشکی بسیار ضروری می باشد.

از آن سمت تولید افزودنی مشکی کاری بسیار تخصصی و پیچیده می باشد که نیاز به دانش فنی بسیار بالایی دارد. باید توجه داشت که مهمترین پارامتردر تولید افزودنی مشکی بخش مناسب دوده در افزودنی است. دوده های مورد استفاده در این صنعت با اندازه ذرات در ابعاد نانو دارای سطح بسیار فعالی هستند که باعث می شود این دوده ها به شدت تمایل اتصال به یکدیگر را داشته باشند لذا پخش مناسب دوده بسیار کار مشکلی است.

در صورتی که دوده به خوبی پخش نشود در لوله نهایی علاوه بر شکل ظاهری نامناسب به دلیل اینکه تمام سطح لوله با این ماده جذب کننده نور فرابنفش به طور یکنواخت پوشانده نشده است احتمال سوراخ شدن یا ترکیدگی در بازه های زمانی مختلف وجود دارد. علاوه بر این موارد پخش شدگی نامطلوب می تواند خواص فیزیکی لوله تولید شده را نیز کاهش دهد. برای سنجش پخش شدگی دوده در لوله از تست میکروسکوپ استفاده می شود به این شکل که قطعاتی از لوله مورد نظر به صورت رندم انتخاب و بین دو لام آزمایشگاهی توسط دما به یک فیلم نازک تبدیل شده و با میکروسکوپ مورد بررسی قرار می گیرد.

علاوه بر پخش شدگی درصد مناسب دوده نیز باید مورد سنجش قرار گیرد وبدین منظور لوله تولید شده در محیط گاز نیتروژن تا دمای ۶۵۰ درجه دما داده می شود تا تمامی پلیمرهای آن حذف شوند و میزان جرم نهایی نسبت به جرم ابتدایی درصد دوده را مشخص می کند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *