اهمیت استحکام مذاب در فرایند اکستروژن

دسته‌بندی نشده

یکی از مشخصه های مهم برای بررسی پلاستیک ها مورد استفاده در فرایند اکستروژن، استحکام مذاب (melt strength) است. معمولا در برگه فنی پلاستیک ها مشخصه هایی مثل دانسیته، شاخص جریان مذاب (MFI) و برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی محصول نهایی و شرایط بهینه فرایندی را نشان می دهد. اما تقریبا در جایی صحبت از استحکام مذاب نمی شود. استحکام مذاب در واقع به میزان نیروی لازم برای کشیدن یک مذاب پلیمری گفته می شود. یعنی هرچه استحکام مذاب یک پلیمر مذاب بیشتر شود، حین فرایند با نیرو و سرعت بیشتر کشیده شده و محصول نهایی بدون حفره و سطوح نا موزون و تهیه می شود. از اصلی ترین عوامل تعیین کننده استحکام مذاب میزان گره خوردگی و وجود پیوند عرضی بین زنجیرها است که باعث جلوگیری از پارگی مذاب حین کشش می شوند. هرچه وزن مولکولی، شاخه ای بودن و پراکندگی وزن مولکولی بیشتر شود، استحکام مذاب بالا می رود. به همین جهت در پلی اتیلن ها نوع LDPE با داشتن شاخه های متعدد و بزرگ ضمن افزایش چگالی گره خوردگی در آن بیشترین استحکام مذاب را در بین پلی اتیلن ها دارد. برخی از افزودنی ها قابلیت ایجاد اتصال عرضی در پلیمر حین فرایند شکل دهی را دارند که سبب افزایش استحکام مذاب می شود. همچنین در روش های نوین پلیمریزاسیون، امکان شاخه ای کردن جزئی پلیمرهای خطی وجود دارد.

در تولید فیلم های پلیمری، استحکام مذاب تعیین کننده ثبات حباب فیلم بوده و امکان کاهش ضخامت فیلم را فراهم می کند. در تولید لوله و پروفایل استحکام مذاب باعث یکدست شدن ضخامت و جهت گیری بهتر زنجیرهای پلیمری و افزایش خواص می شود.

با توجه به مطالب بالا، اهمیت بررسی استحکام مذاب در برخی از صنایع پلاستیکی مثل تولید فیلم، از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین وجود تغییرات در مواد و بعضا تجهیزات و شرایط فرایندی موجب تغییر استحکام مذاب می شود. یکی از روش های پیش بینی استحکام مذاب استفاده از رئومتر نوسانی (oscillatory rheometer) است که دو مشخصه مهم مدول ذخیره (storage modulus) و مدول اتلافی (loss modulus) را نشان می دهد.  مدول ذخیره که با نماد G’ نشان داده می شود بخشی از نیروی وارد شده به قطعه است که در آن ذخیره شده و قابلیت بازگرداندن آن وجود دارد. اما مدول اتلافی که با G” نشان داده می شود، مقدار نیرویی است که قطعه پلیمری صرف تغییر شکل و حرکت زنجیرها کرده و به گرما تبدیل شده است. این مقدار نیرو قابل بازگشت نبوده و بخش اتلافی نیروی وارد شده به جسم می باشد. در صورتی که مدول اتلاف بالا باشد، قطعه مانند ضربه گیر یا جاذب انرژی عمل کرده و تغییر شکل های دائمی پدید می آید. و در مقابل هر چه مدول ذخیره ای بیشتر باشد، خاصیت فنری و برگشت پذیری قطعه بالاتر می رود. دستگاه رئومتر نوسانی از هر نمونه آزمایش شده دو منحنی که یکی مربوط به G’ و دیگری G” است را رسم می کند که در شکل 1 نشان داده شده است.

نقطه تلاقی دو منحنی G’ وG” نقطه crossover نامیده شده که اطلاعات مهمی از آن به دست می آید. یکی از این نتایج مهم بررسی مقایسه استحکام مذاب نمونه های مختلف است. هرچه نقطه تلاقی در محور طول و عرض پایین تر قرار بگیرد، استحکام مذاب بیشتر است.

در فرایندهای اکستروژن خصوصا تولید فیلم، آگاهی مداوم از تغییرات استحکام مذاب اهمیت بالایی دارد. این مساله ازین جهت است که با توجه به تغییرات فرایندی که شکل می گیرد، در صورت تغییر نامطلوب استحکام مذاب مواد، قبل از ایجاد خسارت های زیاد، اقدامات لازم انجام شود.