پلاستیک ها به دو گروه اصلی تقسیم می شوند ، گرمانرما و گرماسخت . گرمانرم ها مواد پلاستیکی هستند که در اثر حرارت به راحتی تغییر شکل می دهند و جریان می یابند، این مواد را می توان چندین بار قالب گیری کرد و مورد استفاده قرار داد. گرماسخت ها مواد پلاستیکی هستند که تحت حرارت پخت می شوند و شکل می گیرند، این مواد پس از شکل گیری سخت می شوند و دیگر در اثر گرم شدن تغییر شکل نمی دهند. از هر دو دسته برای تولید لوله های پلاستیکی استفاده می شود.

پلاستیک های گرمانرم شامل پلی اتیلن پلی پروپیلن و پلی وینیل کلراید (PVC) می شود. پلاستیک های گرماسخت پیش از شبکه ای شدن شبیه به پلاستیک های گرمانرم هستند. فرآیند شبکه ای شدن معمولا همزمان یا بلافاصله بعد از شکل دهی محصول نهایی انجام می شود. وقتی یک قطعه گرماسخت مورد اعمال حرارت قرار می گیرد، تجزیه در دمایی پایین تر از دمای ذوب اتفاق می افتد.

ساختار پلی اتیلن اولین واحد برای تولید پلی اتیلن گاز اتیلن است، گازی بی رنگ که از دو اتم کربن پیوند دوگانه و ۴ اتم هیدروژن تشکیل شده است که در شکل زیر نشان داده شده است. پلی اتیلن از ایجاد پیوند کووالانسی بین مولکول های اتیلن تشکیل می شود.

در حال حاضر، سه روش اصلی کم فشار برای تولید پلی اتیلن وجود دارد. فاز گازی، روش دوغابی و روش فاز مایع. فرایند پلیمریزاسیون اتیلن با استفاده از کاتالیست های مختلف، تحت شرایط مختلف فشار و دما، و در راکتورهای با طراحی های کاملا متفاوت قابل انجام است. می توان اتیلن را با مقدار کمی از سایر مونومرها از قبیل بوتن، پروپیلن، هگزن و اكتن، پلیمریزه کرد. به مونومرهای افزوده شده به اتیلن کومونومر، و این روش پلیمریزاسیون، کوپلیمریزاسیون گفته می شود. کوپلیمریزاسیون منجر به بروز اصلاحات اندکی در ساختار شیمیایی می گردد. این اصلاحات موجب بهبود برخی ویژگی های پلیمر مثل چگالی، چقرمگی، سختی و طول عمر می شود. پلیمرهایی که بدون کومونومر تولید می شوند ، هوموپلیمر نامیده می شوند.

شاخص های پلیمر پایه


پلی اتیلن با سه شاخص مهم که تاثیر زیادی در فرآیندها و ویژگی های نهایی آن دارند، توصیف می شود: چگالی، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی.

چگالی


پلی اتیلن اولین بار در فرآیندهای تحت فشار بالا تولید شد که منجر به تولید محصولی با «شاخه های جانبی» قابل ملاحظه گردید. از آنجایی که شاخه های جانبی مانع از قرار گرفتن تنگاتنگ زنجیرها می شود، ماده حاصل از این روش چگالی نسبتا کمی داشت که به همین دلیل آن را پلی اتیلن سبک نامیدند.

با گذشت زمان و تولید گریدهای PE با درجه شاخه ای شدن متفاوت نیاز به طبقه بندی این مواد بر اساس روش استاندارد تعیین چگالی ( استاندارد ملی 1-7090 ) نمود یافت.

نوعچگالی
10/910-0/925 (سبک)
20/926-0/940 (متوسط)
30/959-0/941 (سنگین)
40/960 و بیشتر (سنگین، هوموپلیمر)

نوع۱ پلی اتیلن سبک (LDPE) است که اغلب با فرآیندهای پرفشار تولید شده است. چگالی پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE) نیز در همین محدوده قرار می گیرد.

نوع ۲ پلی اتیلن با چگالی متوسط است که با هر دو فرآیند پرفشار و كم فشار تولید می شود.

نوع ۳ و۴ پلی اتیلن های سنگین (HDPE) هستند. مواد نوع ۳معمولا با استفاده از مقدار کمی کومونومر (عموما بوتن یا هگزن) که برای کنترل میزان شاخه ای شدن زنجیر مورد استفاده قرار می گیرد، تولید می شود. کنترل میزان شاخه ای شدن منجر به بهبود عملکرد در کاربردهایی می شود که شامل تنش های خاصی هستند. از آنجا که در فرآیند پلیمریزه کردن پلی اتیلن نوع ۴ فقط از اتیلن استفاده می شود از آن به هوموپلیمر یاد می شود که این موضوع باعث شکل گیری ماده ای با کمترین انشعاب با بالاترین چگالی ممکن می شود. انواع ساختار زنجیرها در شکل زیر نشان داده شده است.

بلورینگی

چگالی پلی اتیلن توسط مقدار شاخه های جانبی مشخص می شود. هر چه شاخه های جانبی بیشتر باشند، چگالی کمتر است. پلی اتیلن یکی از پلیمرهایی است که بخش هایی از زنجیر پلیمری آن در مناطقی خاص، به صورت آرایشی بسیار منظم و فشرده در بلورهای چند وجهی میکروسکوپی قرار می گیرند که گویچه نامیده می شود. سایر بخش های زنجیره پلیمر در نواحی بی نظم قرار می گیرند که نظم مولکولی خاصی ندارند. از آنجایی که پلی اتیلن هم دارای نواحی بلورین و هم نواحی بی نظم است، یک ماده نیمه بلورین نامیده می شود. برخی انواع پلی اتیلن های سنگین تا ۹۰٪ بلورینگی دارند، در حالی که پلی اتیلن سبک حاوی ۴۰٪ نواحی بلورین است. چگالی مناطق بلورین به دلیل تراکم زنجیرها، بیشتر از نواحی بی نظم است. بنابراین چگالی پلیمر بیانگر درجه بلورینگی آن ا.

بلورینگی پلی اتیلن بر تعدادی از خواص فیزیکی آن تاثیرگذار است. شاخص هایی چون استحکام تسلیم و سفتی (مدول خمشی یا مدول کششی) با افزایش چگالی افزایش می یابند. با این حال در برخی ساختارهای مولکولی، استحکام ضربه و استحکام در دمای پایین با افزایش محتوای بلورینگی کاهش می یابند.

وزن مولکولی

اندازه یک مولکول پلیمر توسط وزن مولکولی آن بیان می شود. وزن مولکولی تاثیربسزایی بر فرآیند پذیری و خواص فیزیکی و مکانیکی نهایی پلیمر دارد.

استحکام بلند مدت، چقرمگی، ضربه پذیری و مقاومت در برابر خستگی با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابند. وزن مولکولی بر قابلیت جریان یافتن پلیمر در حالت مذاب تاثیر می گذارد. روش استاندارد برای اندازه گیری آهنگ جریان مذاب (MFI)، دراستاندارد ملی ۶۹۸۰ تشریح شده است. نرخ جریان مذاب عبارت است از وزنی از ماده که در عرض ۱۰ دقیقه از وزنه دستگاه اندازه گیری نرخ جریان مذاب عبور می کند.می توان از نرخ جریان مذاب به عنوان راهنمای حدودی وزن مولکولی و فرآیند پذیری پلیمر استفاده کرد. مواد با وزن مولکولی پایین، به راحتی از روزنه جریان می یابند و نرخ جریان مذاب بالایی دارند. زنجیره های بلندتر، در مقابل جریان یافتن مقاومت می کنند و نرخ جریان مذاب پایینی دارند.

اثر توزیع وزن مولکولی بر خواص پلیمر

معمولا توزیع اندازه مولکول ها در یک پلیمر پلی اتیلنی، از یک منحنی توزیع نرمال گوسی تبعیت می کند. پلیمری با توزیع وزن مولکولی باریک، دارای مولکول هایی است که از نظر وزن مولکولی تقریبا با یکدیگر یکسان هستند. چنین پلیمری با آهنگ سریع تر و یکنواخت تری بلورین می شود. قطعه حاصل از این بلورینگی کمتر تاب برمی دارد.

پلیمری که زنجیره هایی با طول های مختلف از کوتاه تا بلند دارد، توزیع وزن مولکولی عریض دارد. مواد با این نوع توزیع وزن مولکولی مقاومت خوبی در برابر رشد آرام ترک (SGC)، همچنین مقاومت در برابر ضربه و فرایند پذیری خوبی دارند.

برخی پلیمرها توزیع مولکولی دوقله ای و چند قله ای دارند که بیانگر مخلوطی از دو جمعیت پلیمری مختلف است که هر یک وزن مولکولی متوسط و توزیع وزن مولکولی به خصوص خود را دارند. توزیع های وزن مولکولی مختلف در شکل زیر نشان داده شده است. جدیدترین نسل لوله های HDPE اكثرا با توزیع وزن مولکول دوقله ای تولید می شوند . آنها از مقاومت منحصر بفرد در برابر رشد آرام ترک (SCG) ، بهبود چشمگیر در عملکرد بلند مدت، تحمل فشارهای بالاتر و یا ظرفیت جریانی بیشتر و بهبود مقاومت در برابر مواد شیمیایی برخوردارند.

دیدگاهتان را بنویسید

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