دانلود مقاله شیمی و روش تهیه

شیمی و روش تهیه: لایه نازک پلاستیک مذاب در دیواره فوم ناپایدار است و اگرتثبیت شود این دیواره نازک پاره شده فرو می ریزد.دو روش برای تثبیت دیواره سلهای فوم وجود دارد که معمولاَ مورد استفاده قرار می گیرند: 1- افزایش دیسکوزیته/ انجماد Solidification/Viscosity 2- شبکه ای شدن Crosslinking افزایش دیسکوزیته/ انجماد: زمانی که از یک مایع و یا گاز به عنوان عامل ایجاد فوم در پلاستیک استفاده می شود، در اصل از تغییرخواص فیزیکی آن عامل برای ایجاد فوم استفاده می شود.

برای بروز این تغییر در خواص با حذف عامل فشار (Decompression)سیستم پلیمر + عامل فوم ناپایدار شده و جهت نیل به پایداری عامل فوم تبخیر منسط می شود.

تبخیر عامل فوم در اثر مجموعه ای از عوامل زیر باعث افزایش دیسکوزتیه مذاب پلیمر و در نهایت جامد شدن دیواره سلها قبل از پارگی می شود: با حذف عامل فشار و ناپایداری ترمودینامیکی حاصل عامل دوم منبسط می شود.

انبساط فرایندی گرماگیر است و بدن وسیله مقداری از انرژی حرارتی دیواره سلها را جذب می کند.

با نازک تر شدن دیواره سلها عامل ایجاد فوم از این دیواره عبور کرده و تبخیر می شود.

فرایند تبخیر هم فرایندی گرماگیر بوده و افزایش دیسکوزیته مذاب و انجماد دیواره سلها را تسریع می نماید.

علاوه بر عوامل فوق تبادل حرارتی به محیط اطراف نیز را می توان بر شمرد.

می بینیم که در این حالت نه تنها حرارتی از بیرون به پلیمر اعمال نمی شود بلکه مجموعه عوامل موثر در فوی شدن، تأثیر خود را به وسیله حذف گرما در سیستم اعمال می کنند.

که فاکتور شروع کننده همگی این عوامل، ایجاد ناپایداری ترمودینامیکی در اثر کاهش فشار است.

شبکه ای شدن: در این حالت بر خلاف حالت اول که عامل افزایش دیسکوزیته، جذب انرژی گرمائی از سیستم بوده است، به سیستم انرژی حرارتی داده می شود.

چرا که عامل افزایش دیسکوزیته ایجاد پیوندهای عرضی در مذاب پلیمر است به بیان دیگر با حرارت دادن / یا با اعمال انرژی از انواع دیگر، اتصالات عرضی شیمیائی بین مولکولهای پلیمر ایجاد می شود و این اتصالات عرضی باعث افزایش سریع دیسکوزیته و در نتیجه مثبت دیواره سلها می گردند.

از طرف دیگر حرارت باعث تجزیه عامل فوم می شود و با ایجاد گاز از عوامل فوم پخش شده در پلیمر مذاب پلیمر شروع به انبساط می کند و به طور همزملن افزایش دیسکوزیته نیز از انبساط سریع در اثر فایل فوم جلوگیر می نماید.

این اتصالات عرضی می تواند به وسیله استفاده از عوامل شیمیایی ایجاد شود.

این عوامل شیمیاییشناخته شده مانند پراکسیدها در اثر حرارت تجزیه شده و با ایجاد رادیکالهای آزاد زنجیره های شکسته شده پلیمر را به هم متصل می کنند.

در اثر ایجاد این اتصالات عرضی دیسکوزیته کششی (Elongational Viscosity) مذاب پلیمر افزایش یافته و باعث تثبیت دیواره فوم می گردد.

گاهی برای ایجاد این اتصالات عرضی به جای استفاده از عوامل شیمیایی از اشعه های پرانرژی استفاده می شود.

که نقاط مستعد اتصال به یکدیگر در اثر تابش این پرتوهای پرانرژی ایجاد می گردند.

در دیاگرام دیسکوزیته – دمای زیر، پایدارکردن دیواره سلهای فوم به صورت شماتیک نشان داده شده است.

شبکه ای کردن ناحیه رابری را توسعه می دهد و لذا محدوده دمائی فرایند تولید فوم بسیار وسیع شده و کار تهیه و روان تر انجام می گیرد.

روشهای مختلف تولید فوم های پلی ادلفینی در جدول زیر خلاصه شده است.

تولید دانه های بیش فوم شده به دو روش بچ و پیوسته قابل تولید است.

بهتر است در اینجا انواع مختلف Pat که مربوطند ذکر شوند.

نکته حائز اهمیت دراین حالت داشتن اطلاعات کافی و تسلط کامل به فرایندهای موثر در ایجاد فوم است.

همانگونه که بیان شد در اثر اعمال حرارت عامل فوم کننده شیمیایی تجزیه شده و عناصر اصلی ایجاد فوم را از خود آزاد می کند.

همزمان عامل حرارت بواسطه تجزیه عوامل شبکه ای کننده باعث افزایش دیسکوزیته پلیمر می گردد که باید دانست که تأثیرات هر کدام از اینها بر روی دیگری چگونه است .

یعنی ارتباط تأثیرات متقابل انبساط حجمی، تجزیه عوامل فوم کننده و شبکه ای شدن به یکدیگر باید مشخص و تحلیل شده باشد.

در شکل 17 رابطه این سه اتفاق و پدیده برای حالت شبکه ای شدن با تابش پرتوهای پرانرژی و یا عوامل شیمیایی به تصویر کشیده شده است.

د رفرایند شبکه ای کردن با پرتوهای پرانرژی، ایجاد اتصالات عرضی قبل از تجزیه عوامل فوم کننده و انبساط فوم که به طور همزمان اتفاق می افتند خاتمه یابد.لذا این فرایند دو برابر سریع تر از فرایند شبکه ای کردن با عوامل شیمیایی به پیش میرود، چرا که سرعت اعمال حرارت با سرعت شبکه ای شدن محدود نمی شود (51)انتخاب مواد اولیه و کنترل فرایند در حالیکه از یک پراکسید به عنوان عامل شبکه ای کننده استفاده می شود و در شرایط اتمسفر یک بسیار مشکل است(92و91) .

همنگونه که در شکل 17 مشخص است، مقداری از شبکه ای شدن قبل از تجزیه عوامل فوم کننده اتفاق (الف-2)انبساط به کمک عوامل تبخیر شونده و فوم کننده آلی مواد آلی که در اثر تبخیر باعث تولید فوم می گردند در تولید فوم های پلی اولفینی با دانسته کم از شیتهای فوی گرفته تا دانه های فوم قابل قالبگیری با روش پیوسته و یا بچ مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع بسیار متنوع و مختلفی در تولید این فوم ها مورد استفاده قرار می گیرند که درباره آنها بحث می شود.

فرایند اکستروژن: فرایند اکستروژن فرایندی ساده و بسیار اقتصادی است.

در این فرایند لذاکسترودری استفاده می شود که عوامل ایجاد فوم که ماده ای شدیداَ تبخیر شونده هستند بتواند وارد استوانه اکسترودر شده و درنقطه مناسب به مذاب پلیمر تزریق گردد.

فاصله باقیمانده تا خروج لذا اکسترودر این عامل ایجاد فوم بتواند با مذاب پلیمر مخلوط شده و مخلوط همگن را ایجاد نماید سپس باید در از آنجا که استوانه – بارل – اکسترودر داغ است و فشار بخار عوامل ایجاد فوم در آن دما بسیار بالاست، ابزاری که برای تزریق عوامل فوم کننده در مذاب پلیمر مورد استفاده قرار می گیرد.

باید بتواند این فشار بالا را تأمین نماید و همواره این اطمینان باشد که مواد و عوامل فوم کننده با دوز مشخص و مورد نظر که از بیش تعیین شده است به استوانه اکسترودر وارد می شود.

سپس مخلوط حاصل خنک می شود.

می دانیم که مواد ف.م کنده سیالهای با تقطه جوش پایین هستند.با مخلوط شدن این سیالها با مذاب پلیمر در حرارت زیاد و فشار خیلی بالا، نقطه ذوب سیستم پلیمر+ عامل فوم کننده کاهش می یابد.

این اثر خصوصاَ اگر سیالی که عامل فوم کننده است با پلیمر سازگار باشد، مشهودتر خواهد بود.

بدین دلیل و برای دانستن کنترل بیشتر بر روی فراند فوی شدن لازم است که مخلوط مذاب پلیمر به همراه عوامل فوم کننده حتی المکان سرد شده و دمایش کاهش یابد.

این دما همان دمای مناسب برای فوی شدن است.

که با آن دمای مذاب پلیمر حاوی عوامل فوی کننده از دای اکسترودر خارج می شود.

با کاهش فشار مذاب(Decompression)هسته های سلهای فوم ایجاد می شوند.

وقتی که مخلوط پلیمر+ عامل فوم کننده از قسمت اختلاط اکسترودر وارد دای می شود فشار در درون دای با نزدیک شدن به خروجی افت می نماید.

این پایداری ترمودینامیکی ایجاد شده در بستر دای (Dieland) باعث هسته زائی سلها شده و درنتیجه با خروج مذاب از سردایاین سلهای هسته زاده شده با خروج از اکسترودر به سرعت رشد می ننمایند.

در فرایند فوم به روش اکستروژن می توان مراحل زیر رابرشمرد: فوم شدن (Plasticizing) پلیمر و پمپ شدن پلیمر پایه تزریق عامل فوم کننده به درون استوانه اکسترودر و مذاب پلیمر توزیع، پخش و انحلال عامل فوم کننده در مذاب پلیمر کاهش دمای مخلوط حاصل به دمای پائین تر و همگون هدایت مذاب مخلوط به درون یک دای با طراحی مناسب ورودی دای که بتواند فشار کافی را در دای ایجاد نماید و از فوم شدن زود هنگام جلوگیری نماید انبساط مذاب به یک ساختار فومی پایدار 1-6 بریدن رشته خروجی از سردای به اندازه دانه های از پیش تعریف شده خنک کردن و سپس انجام عملیات حرارتی بعدی برای حصول به یک ساختار دارای پایداری ابعادی نقش انتخاب ساده اولیه در موفقیت فرایند اکستوژن یا عوامل مهم و موثر در فرایند اکستروژنی تولید فوم برای اینکه بتوان از فرایند اکستروژن به فوم با کیفیت خوب رسید، عواملی چند موثر هستند .

مهمترین آنها را به شرح زیر می توان دسته بندی کرد: انتخاب درست ماده انتخاب درست عوامل فوم کننده Blowing Agonts طراحی و آرایش درست ابزار عموماَ اکسترودر کردن پلی اولفینها مشکل تر از اکستروژن پلیمرهای استایرنی است .

در میان پلی اولفینها، پلی اتیلن با دانستیه کم برای فرایند اکسروژن مناسب هستند.

ویژگی که این رزین را برای این کاربرد مناسب و ایده آل کرده است ساختار LDPE شاخه ای آن است شاخه های بلند حول راست زنجیر پلیمر استحکام کافی را به مذاب پلیمر در طی فرایند فومی شدن میدهد.

بدینگونه است که می توان محدوده وسیعی از انواع فو مبا دانستیه های مختلف را (Kg/m³ 150-19 ) با این ساده بدست آورد.

پلی الفین های خطی را نمی توان تبدیل به فوم با دانستیه کم کرده چرا که دیسکوزتیه کششی Extensional Viscosity آنها کم است و از طرف دیگر انرژی لازم برای ذوب کردن آنها بالاست(19) عموماَ اکسترودر کردن پلی اولفینها مشکل تر از اکستروژن پلیمرهای استایرنی است .

پلی الفین های خطی را نمی توان تبدیل به فوم با دانستیه کم کرده چرا که دیسکوزتیه کششی Extensional Viscosity آنها کم است و از طرف دیگر انرژی لازم برای ذوب کردن آنها بالاست(19) تاکنون راه های مختلفی برای غلبه بر این نقطه ضعف بکار گرفته شده است و بدین وسایل توانسته اند بر مشکلات تولید فائق آیند یکی از آنها بکار بردن Flash Extrusion Process است که بواسطه آن فوم های با دانستیه خیلی کم از رزین های کریستالی PP بدست میآید (20).

در این فرایند در اثر تبخیر سریع حجم زیادی از عوامل فوم کننده مقدار زیادی از انرژی گرمایی مذاب جذب می شود و بدینوسیله ویسکوزتیه مذاب افزایش می یابد.

راه چاره دیگر افزودن LDPE (21) به رزین پایه است دیگر روشهایی که در این مورد به کار رفته است استفاده از عامل اصلاح کننده ویسکوزتیه (22) ؛ عامل کنترل کننده سرعت فوی شدن (23) به همراه رزین پلی پروپیلن خطی است.

تاثیر ویسکوزتیه بر فرایند اکستروژن و تولید فوم ویسکوزتیه برش پلیمر توسط دستگاه Capillary Rheomeller و نیز بواسطه استفاده از یک Cappilari die روی یک اکسترودر محاسبه می شود.

صرفنظر از اینکه از کدامیک از دو روش فوق برای اندازه گیری استفاده شده است ، در سرعت های برشی مختلف Shear Rate .

میزان تش برنی Shear Stress برای یک دبی Q مشخص محاسبه می شود که از این طریق دیسکوزتیه برش محاسبه می شود.

تاثیر دیسکوزتیه برشی Shear Riscosity را در فرایند تولید فوم به شرح زیر می توان خلاصه نمود : سرعت اکستروژن متاثر از دیسکوزتیه برشی مذاب پلیمرات.

دیسپرشن شدن عامل فوم کننده (Blowing Agent) در مذاب پلیمر در اکسترودر دیسکوزتیه برشی مخلوط پلیمر و عامل فوم کننده بر فرایند انتقال حرارت در ناحیه موردنظر و نیز فشار در درون Die تاثیری گذارد.

عامل فوم کننده باعث نرم شدن Plasticizing مذاب به پلیمر می گردد و لذا دیسکوزتیه اش کاهش می یابد.

که در شکل 3 تاثیر اکسپوننشالی افزایش عامل فوم کننده بر مذاب پلیمر دیده می شود.

عومل فوق همگی اشاره به اثر دیسکوزتیه برشی دارند.

در حالیکه دیسکوزتیه کششی (Elongational Viscosity) تاثیر مستقیم بر پایداری دیواره سلهای فوم ها دارد.

به بیان دیگر نقش دیسکوزتیه کششی در کیفیت فوم ها بسیار اساسی و شکننده تر از دیسکوزتیه برشی است.

خواص و ارتباط آن با ساختار فوم خواص فوم پلی اولفینی به دانستیه آن و نیز نوع رزین پایه بستگی دارد.

فوم های پلی اولفینی از نقطه نظر استحکام و انعطاف پذیری بین فومهای خیلی منطعف و فوم های خیلی سخت قرار دارند که در شکل 21 به آن اشاره شده است.

فوم های پلی اتلین سفت تر از فوم های رابری است اما بسیار نرم تر از فومهای پلی استایرین است.

برخلاف فوم های سخت پلی استایرینی ، فوم های پلی اولفینی حتی تا 80% می توانند بدون بروز شکست در دیواره سلها فشرده شوند.

رزیلیانس خوب و استحکام فشاری نسبتاَ بالای فوم های پلی اولفینی آنها را در کاربردهای بسته بندی بسیار مطلوب نموده است.

انواع فرایندهای اکستروژن فرایندها یاکستروژنی مختلفی برای تولید انواع فوم ها به کار میرود Flash Extyusion ، Direct Extrusions Accumulating Extrusion از آن جمله هستند .

در اینجا از دیگر فرایندهای اکستروژنه چشم پوشیده نظر به کاربرد آن در این پروژه به فرایند اکستروژن مستقیم می پردازیم.

اکستروژن مستقیم تمام فرایندهای اکستروژنی که امروزه ابعاد صنعتی یافته اند و با آنها تولیداتی در مقیاس تجاری انجام می گیرد، اقتباسی از فرایندی است که ابتدا کمپانی داوDaw (122و13).

در شکل 34 زیر دیاگرام این این فرایند اکستروژنی آمده است ومراحل مختلف آن که شامل اکستروژن، اختلاط، خنک کردن ، انبساط وعمل آوری است منشأ نداده شده است.

عملاَ تولیدات با مقیاس، تجاری مراحل ذکر شده برای این فرایند اکستروژنی می تواند بر روی وسایل و ماشین آلات با انواع آرایشهای مختلف انجام گیرد.به طور مثال همگی این مراحل را می توان بر روی یک اکسترودر تک مارپیچ دارای مار پیچ بلند انجام داد، و یا می توان از یک اکسترودر دو مارپیچ که مارپیچهایش همسانگرد هستند (Corotating)استفاده نمود.

سیستم دیگری که به کرات استفاده می شود کوپل دواکسترودر تک مارپیچ به یکدیگر است که به Tondem- Extruder معروف است که به صورت شماتیک ذیلات نداده شده اند به استثنای محصولات نوعی که دارای سطح مقطع کوچک هستند، و درنتیجه نیازمند سرعت اکستروژن کم هستند، اغلب محصولات فومی پلی اولفینی توسط خط اکستروژنی دوبلTondum Extrusion تولید می شوند.

در این روش اکسترودر اول مذاب پلیمر را آماده کرده و پس آنرا با محلول فوی کننده مایع و یا جامد مخلوط می نماید و اکسترودر دوم به منظور خنک کردن مخلوط حاصل در رساندن به دمای اپتیم ومناسب برای فوم شدن مورد استفاده قرار می گیرد.اکسترودر اول دارای یک مارپیچ دو مرحله است که در مرحله اول مذاب هموزن آماده اختلاط با عوامل فوم کننده می گردد و درشروع ناحیه دوم عامل فوم کننده وارد اکسترودر می گردداکسترودر با چرخش سریع مارپیچ علاوه بر اختلاط پیگرد وو عامل فوم کننده محتوای خود را آماده پمپ کردن می نماید.

اکسترودر دوم که نقش خنک کردن مذاب را دارد معمولاَبزرگتر از اکسترودر اول است.

بگونه ای که بتواند راندمان خنک کردن بالاتری داشته باشد .

اکسترودر دوم می تواند بگونه ای طراحی شود که هم نقش اختلاط اجراء پلیمر و عموامل فوم کنده را داشته باشد و هم به طور همزمان باعث کاهش مخلوط گردد.

اکسترودرهای تاندم که در مقیاس تجاری استفاده می شوند، ترکیبی از یک جفت اکسترودر 90-65 میلیمتری، 115-90 میلیمتری،150-115 میلیمتری یا 200-150 میلیمتری است .

خروجی مثلاَ کوپل الکترودهای 150 و 200 میلیمتری حدود 450کیلوگرم درساعت است .

برای تولید فوم های پلی اولفینی با سرعت کمتر از Kg/h 140 معمولاَ از یک اکسترودر چه تک مارپیچ و چه دومارپیچ استفاده می شود.

در صنعت استفاده از اکسترودر تک مارپیچ باید طول مارپیچ به مقدار کافی بلند باشد (50-32 =L/D) تا بتوان تمامی مراحل موردنیاز را بر روی یک مارپیچ به انجام رسانید.

اکسترودر دومارپیچ اعمال برش کمتری می نماید و توان اختلاط بالاتری خواهد داشت که هردو این عوامل در فرایند فوم مطلوب هستند.

خروجی یک اکسترودر دومارپیچ می تواند 115 تا 125 Kg/h .

زمان و درجه حرارت، PP که فوی می شود در معرض فرکانس کرنش Strain Freqacng که به 190 درجه سانتیگراد شیفت داده شده است قرار می گیرد که با زمان عکس العمل دیسکوا لاستیک آن با انبساط پلیمر و خنک شدن و تثبیت سلها به سمت راست منحنی شیفت می نماید.

در …… این اختراع قالب زمانی کوچکتری را (فرکانس بالاتر) برای تولید فوم های با سل بسته انتخاب نموده است اعتقاد براین است که سرعت خروجی خیلی بالا در اکسترودرها (بیشتر ازkg/hr 1000)فرکانس کرنشی اولیه را که پلیمر تجربه می کند را بیشتر به سمت راست منحنی شیفت میدهد.

گواه وتأیید کننده این شیفت فرکانس، سرعت انبساط بالاتر فوم مشاهده شده است هنگامی که سرعت اکستروژن افزایش می باید در نتیجه پلی پروپیلن متوسط طولانی تر را در مرحله انبساط سپری می کند وقتی که آن کمتر باشد یعنی کمتر باعث انبساط طولانی می شود.

لذا سنت بالاتر جزء الاستیک / به جزءدیسکوز در این فرکانس باعث می شود که دیواره های ضخیم تر سلها تثبیت شوند.

که با رابطه اندیس فوی شدن مطابقت دارد اما برای محدوده محدوده دیگری قائل شده است که حداقل آن 9/1 است.

و علاوه بر آن فاکتور دیگری به نام Ebullition Time را تعربف کرده است که باید کمتر از ثانیه باشد که با رابطه زیر تعریف می گردد: ET = Ebullition Time(second) E = تعدادسلها در یک cm Q = و به خروجی اکسترودر kg/hr C = سطح مقطع دای که با این رابطه باD در رابطه قبلی ارتباط می یابد P = دانستیه فوم kg/m³ = : مرولوس اتلافی آلیاژpp : مرولوس ذخیره ای آلیاژ pp درجه کریستانیتی بالایpp باعث استحکام کم مذابش می شود.

لذا با فرایند های معمول تولید فوم با اکسترودر تولید فوم با pp های معمولی و با استحکام کم مذاب امکان پذیر نیست.

با عرضه شدن HMS در دهه 1980 به بازار تحولی در این راستا پدید آمد.

PP مناسب آنست که در فاز مذاب از خود Strain Harclening نشان بدهد و دارای Melt Tension و Melt Extensibility بالا باشد.

آلیاژ مناسب برای تولید فوم حداقل باید مساوی 50% وزنی pp با استحکام مذاب بالا باشد که آن کمتر با مساوی 1.2 () در فرکانس radian/sec 1 و دمای ºc 190 باشد و pp با استحکام مذاب بالا دارای ساختار شاخه ای است لذا باعث می شود که مولکولها در هم گره خورده به صورت یک کلاف در آیند .اساساَ برای اینکه یک سل با ساختار بلسته با پایداری ابعادی حاصل شود.

فاکتورهای فیزیکی و ریولوژیکی چندی باید مهیا شوند.

دیواره های سل ها باید استحکام کافی داشته باشند و پایه هائی که این دیواره ها بر آن استوار است نیز قدرت کافی برای تحمل آنها را داشته باشند.

و در تمام طول فرایند فوم چه هنگام انبساط و چه هنگام نفوذ عوامل فوم کننده از دیواره سلها به بیرون در حالت مذاب بتواند وزن خود را تحمل کرده و در هم بریزند.

عموماَ مقدار موادی که دیواره سلها را تشکیل میدهند بوسیله میزان انبساط، دانستیه و اندازه سلها تعیین می شوند.

به بیان دیگر می توان ضخامت دیواره سلهای فوم را بوسیله ضرب کردن دانستیه در اندازه سلها و یک ضریب ثابت تقریب زد.

بنابراین برای یک دانستیه مشخص ، سلهای درشت تر دارای دیواره صخیم تر هستند.

استحکام دیواره سلها پس از انجماد بستگی به خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر ( مقاومت کششی مدول خمشی ….) انتخاب شده دارد .

در حالیکه استحکام مذاب پلیمر در دیواره سلها در حین انبساط عمدتاَ بوسیله رفتار دیسکوالاستیک آن تعیین می شود.

Us pat 5,527,573 (Parte Dal ) پارامتر را در فرکانس 1.0 رادیان بر ثانیه مقیاسی برای فاکتور فوی شدن دانسته اند.

بر اساس این اختراع ثبت شده تنها وقتیکه فاکتور فوی شدن برابر یا کمتر از 8/1 باشد فوم های با سل بسته بدست می آید.

فاکتور فوی شدن از رابطه زیر بدست می آید: FI = Foamability Indac P = دانستیه به 1b/ft³ D = اندازه سل به میلیمتر معهذا روش بررسی دیسکوالاستیک یک پلیمر با تعیین در یک دما و فرکانس مشخص، وابستگی به زمان رفتار دیسکوالاستیک را مدنظر قرار نمی دهد.

بعلاوه این متد تغییرات زمانی و دمائی که در فرایند فومی شدن در مراحل مختلف انبساط، سردشدن، پایداری سلها،… را مد نظر قرار نمی دهد.

با توجه به شکل 1، سترکرو pp و اعمال اصل انطباق روش تولید فوم دانستیه کمتر از g³/m³ 0.2 در این مرجع ارائه شده است بدون استفاده از شبکه ای کردن شیمیایی یا تابشی بلکه مبنای کار و انتخاب pp در اینجا دیسکوزیته استپلیمر انتخابی شامل دو نوع رزین pp است.

جزئی اصلی یک رزین پلی پروپیلن با دیسکوزیته کم حدود کمتر از poise (در ºc 190 و سرعت برشی 1000 ) (90-70)% در کنار یک جزء کوچکتر (30-10)% از رزین پلی پروپیلن با دیسکوزیته زیاد پوآز (درºc 190 و سرعت برشی ) برای رسیدن به یک فوم خوب پلی دیسپرستیی حداقل یکی از دو جزء باید کم و بین 2تا 5 باشد.

Pp با دیسکوزیته بالا در اینجا دارای جرم مولکولی های و است و pp با دیسکوزیته کم دارای جرم مولکولی های و می باشند.

مشاهده شد که انتخاب اجزاء مناسب pp با جرم مولکولی کم و زیاد در کنار هم برای رسیدن به فوم با کیفیت زیاد مهم می باشد.

اگر ازpp با دیسکوزیته بالاتر استفاده شود یا از آنجا که در خط اکستروژن نمی توان فشار بالائی را ایجاد کرد فومی با ساختار مناسب بدست نمی آید.

این فشار بالاتر از فشار بخار عامل فوم کننده برای اختلاط با مذاب پلیمر ضروری است از طرف دیگر اگر از رزینی که دارای توزیع جرم مولکولی خیلی پهن و دیسپرسیتی زیاد استفاده شود.

به راحتی فوم نمی شود و سلهای فوم ترکیده دانسیته فوم بالا می رود و اندازه سلها نا همگون می شوند.

دیسکوزیته پلی پروپیلن بستگی به اندازه جرم مولکولی دارد.

لذا پیشنهاد می گردد که جزء با دیسکئزیته کم دارای جرم مولکولی 200000 تا 35000 و برای جزء با دیسکوزیته بالاتر بزرگتر از 500000 در حدود یک تا دو میلیون باشد.

عامل فوم کننده مناسب، مایعات با ºc T =160 F11 =20 bar F12 =25 bar F114 =17 bar Has to be Chedee اگر(t)J نسبت به زمان رسم شود، Jeo عرض از مبدأ است.

Parf مشاهده کرد که وقتی رزینی داشته باشد.

فوم حاصله مطلوب است رزینهای که مقدار Joe زیر مقدار فوق الاشاره باشد ساختار سل فوم های غیر یکنواخت و سطح آنها نامطلوب استاز دیگر شاخصهای تعریف شده کرنش برشی قابل بازگشت بازاء واحد تنش Sr/s است.

این کمیت نیز یک فاکتور اساسی از شاخصه الاسنیته مذاب است، با استفاده از دستگاه RMS ، مذاب پلیمر تحت چرخش بر خلاف عقربه ساعت قرار می گیرد .

این کرنش برشی تنش برشی S و تنش نرمال را باعث می شود که توسط نسورهای اندازه گیری می شوند.کرنش برشی از 0.01 تا 10 () تغیر می کند.

زمان قبل اندازه گیری 2.2 دقیقه و زمان اندازه گیری 0.3 دقیقه است.

تنش نرمال در هر سرعت برشی بدست می آید.

کرنش برشی قابل بازگشت از اختلاف تنش نرمال اول بدست می آید.

کمیت نرمالیزه شده یعنی کرنش برشی قابل بازگشت بازاء واحد تنش میزانی از الاستیستنی مذاب است، اگر این کمیت در 1 () بالاتر از حدود باشد فوم مطلوبی بدست می آید.

بااینکه بر مبانی فوق می توان از آلیاژ رزینهای مختلف pp و نیز pp به همراه پلی اتیلن استفاده کرد به شرطی که خواص در محدوده اعداد فوق داشته باشند.

تئوری انبساط: Theory Of Expansion هر فرایند انبساط شامل سه مرحله است: ایجاد ناپبوستگی های خیلی کوچک یا سلها رشد این سلها تا یک اندازه مشخص و مورد نیاز تثبیت سلها به وسیله یک فرایند شیمیایی یا یک وسیله فیزیکی سرعت رشد سل ها بستگی به عوامل زیر دارد: طبیعت دیسکوالاستیک فاز پلیمری فشار بخار عامل فوم کننده فشار بیرونی بر سل ها اندازه سل ها سرعت نفوذ گازها از فاز پلیمر تثبیت سلها بستگی دارد به : 1- استحکام دیواره سل 2- عبور گاز از دیواره با افزاش دیسکوزیته مذاب میزان خروج گاز کاهش می یابد .

افزایش دیسکوزیته به واسطه یک واکنش شیمیایی با افزایش وزن مولکولی یا ایجاد اتصالات عرضی بوجود می اید .

این خاصیت (افزایش دیسکوزینه ) می تواند با کاهش دما تا زیر دمای انتقال مرحله دوم یا دمای کریتالیزاسیون نیز بدست آید که در این صورت از فوی پلیمر جلوگیری می شود.

نوع زرین پایه یعنی پلی پروپیلن نقش اساسی در تولید فوم دارد .

انتخاب یک نوع pp می تواند ختم به تولید یک فوم خوب شود و بر عکس اگرpp انتخابی مناسب نباشد فوم بدست نمی آید.

استحکام مذاب خاصیت و ویژگی مهمی است.

Pp با وزن مولکولی بالا ضرورتاَ دارای استحکام مذاب بالا نیست گاهی pp با جرم مولکولی بالا را رزین با استحکام مذاب بالا تلقی می کنند اما می بینیم که در فرایند تولید فوم عاجز می مانند .در اندازه گیری جرم مولکولی pp از دستگاه GPC در درجه بالا استفاده می شود.

معمولاَ از حلال تری کلروبنزن و ستون های استایرارژل HT ، آنگستروم در دمای ºc 135 استفاده می شود.

غلظت 0.2% (W/V) و سرعت جریان حلال m1/min 1 می تواندنقطه آغاز خوبی باشد.

از جمله اطلاعات حاصل از GPC ، (وزن مولکولی متوسط عددی ) است که با تقسیم مجموعه اوزان مولکولی بر تعداد مولکولها بدست می آید و لذا شاخصی از تعداد مولکولهاست .

یا متوسط وزنی وزن مولکولی متوسط مرتبه دوم وزن مولکولی است .

که بیشتر بستگی یه تعداد مولکولهای سنگین نیز از دارد .

متوسط مرتبه سوم وزن مولکولی است .

مجموعه ای از خواص (Colligative Properties)به بستگی دارد ، در حالیکه خواص بالک در ارتباط با تغییر شکل زیاد مانند دیسکوزیته و تافنس تحت تاثیر قرار دارد.

اما الاستی سیتی مذاب به وابسته است J.J Parhe (9) با نوع مشخصی از pp کار کرده است و دریافت که pp با و نسبت فوم خوبی را باعث می شود.

او دریافت که شاخص پلی دیسپرسیتی حائز اهمیت کمتری است چرا که به واسطه آن نمی توان pp مناسب را اجزای فرایندی فوم از هم جدا کرد.

او دریافت که هنگامیکه توزیع وزن مولکولی بدست آمده از آزمایشGPC مبین توزبع دوگانه باشد (Bimodal Mw Distribution) .

فوم بهتری حاصل میگردد.

این توزیع دوگانه بگونه ای است که جزء اصلی خیلی خطی است و جزء با دصد کمتر شدیداَ شاخه ای و با وزن مولکولی بالاست .

مشاهده شده است که رزینهای دارای توزیع دوگانه اوزان مولکولی دارای رفتار رئولوژیکی خاصی است .

درآزمایش رئومتری با (800- RMS)بر روی یک دیسک 25 میلیمتری در دمای ºc 210 تحت تنش ثابت dyn/cm² 1000 و طی مدت زمان 300 ثانیه کامبلیانس آن محاسبه گردید = کرنش Strain = تنش 1000 دین بر سانتیمتر مربع Jeo = کامبلیانس کریپ تعادلی = دیسکوزیته برشی صفر Jeo میزانی از الاستی سیتی مذاب است و با رسم استرین نسبت به زمان در تنش ثابت بدست می آید.

استرین به عنوان تابعی از زمان به استرس تقسیم می شود حاصل این تقسیم (t)J است.

chung.p.parhe فوم های ppبرای کاربرد مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که در قالب اختراعات زیر مثبت شده اند: us pat 3,481,455 3,871,897 3,932,569 4,512,955 4,832,770 که این فوم های بوسیله انواع عوامل فوم کننده آلی و غیرر آلی بدست می آمده اند.

فوم های سل باز با دانستیه کم می توان برای برخی از مصارف مانند بسته بندیCusioning Application می تواند مورد استفاده قرار گیرند.

در حالیکه عمدتاَ فوم های پلی اولفینی با ساختار سل بسته که اکثراَ بر پایه رزینهای اتیلنی هستند بدین منظور استفاده می شود.

اگر فوی دارای ساختار سل باز باشد ، اما پایداری ابعادی داشته باشد نیز مطلوب است فوم های سل باز معمولاَ به سختی انبساط زیاد می یابند چرا که عوامل انبساط قبل از ایجاد دانستیه خیلی کم از سیستم خارج می شوند.

رزینpp مناسب رزین pp شاخه ای یا کمی شبکه ای شده است.

این کار را می توان در همان اکسترودر قبل از وارد کردن عامل فوم کننده انجام داد.

این روش در us pat .

4,916,198 توضیح داده شده است .

روش دیگر استفاده از یک بستر پیچ دردرون اکسترودر است که به واسطه افزودن آن به مواد pp درون اکسترودر پلیمر شاخه ای یا کمی شبکه ای شده بدست آید این روش در us pat 4,714,716 توضیح داده شده است .

عوامل شاخه ای کننده/ شبکه ای کننده مناسب برای استفاده در واکنشهای درون اکستروژنی شامل استفاده از آزیدو (یاو نسیلو) سیلانهاست، پراکسیدهای آلی و نیز موتورهای وینیله چند عامله نیز از جمله دیگر مواد قابل استفاده اند.

ضخامت دیواره سلها را می توان از رابطه زیر بدست آورد / تقریب زد: t = ضخامت دیولره سل (میکرون) D = اندازه سل به میکرون B = نسبت انبساط از آنجا که نسبت انبساط را می توان مساوی نسبت دانستیه ها فرض نمود.

ضخامت دیواره فوم ها کمتر از 35 میکرون است این معادله نشان میدهد که مثلاَ فوی با دانستیه kg/m³ 70 باید اندازه های سلهایش بزرگتر از 98/0 میلیمتر نباشد و اگر بخواهیم ضخامت دیواره سلها حدود 15 میکرون باشد با همان دانستیه اندازه سل نباید بزرگتر از 42/0 میلیمتر باشد.(5,567,742 ) الاستی سیتی مذاب پلیمر نسبت به دیسکوزتیه اش را می توان با نشان داد، که حاصل نسبت مرولوس اتلافی و مرولوس ذخیره ای است از آنجا که رزینهای با الاستی سیتی مذاب بالا مطلوب تر است تا دیسکوزتیه مذاب بالا ، رزینهای pp که دارای کمتر باشد مطلوبنرند .

را می توان با RMS اندازه گیری نمود.

معمولاَ در دمای ºc 190 و با فرکانس 1 رادیان بر ثانیه بر روی نمونه های دیسکی به نقطه 25 میلیمتری و ضخامت 2.5 میلیمتری اندازه گیری می شوند.

جزئیات این روش درus.ser.

no.07/716.034 آمده است.

رزینهای مصرفی حدود1.0 است B.A های مورد استفاده، عبارتنداز هیدروکربنهای خطی1-9 کربنه، هیدروکربنهای هالونه1-4 کربنه.

مقدار مصرف B.A حدود 15% وزنی است یا 0.4-0.1 گرم مول بازاء 100 گرم پلیمر تأثیر دما : دمای بالاتر از c º 164 سلهای فوم فروریخته و خراب می شود.

دمای محدود ºc 164 مناسب به نظر میرسد از 164تا ºc 155 حدوداَ60 تا 70 درصد باز خواهند بود.

با کاهش بیشتر دما، درصد سلهای باز کاهش می یابد دانستیه فوم هم کم می شود.

و این روند تا ºc 150 ادامه دارد.

در زیر این دما کلیه سل ها بسته بودند.

Open Cell: وجود درصدی سل باز در ساختار فوم باعث پایداری ابعادی بهتر آن می شود.

در مقابل فوم هائی با ساختار سل بسته که به وسیله عوامل فوم کننده با نفوذ زیاد مثلاکسیدکربن و آب بدست می آید، این ویژگی را ندارند .

فوم های با سل باز از جنس پلی پروپیلن دارای رزیلیانس بالائی هستند که این رزیلیانس معمولاَ در فوم های با سل بسته مشاهده می شود.

J.J.Parhe مطالبش عیناَمثل نسبت قبلی اش است چرا استحکام مذاب د رفرایند فوم شدن حائز اهمیت است؟

چون فومه شدن ابتدا تغییر شکلی الانگی شنال است و سخت تأثیر تنشهای کششی حاضر در سیستم است .

Nucleating Agent: نسبت استوکیوتری اسید سیتریک + سدیم بیکربنات به عنوان عامل هسته زا مقدار مصرف 0.156 phr در صورت استفاده از ایزوپنتان به عنوان عامل فوم کننده مقدار مصرف phr 3.8 محدوده دمائی که می توان در فرایند فوم بکار برد دمای کریستالیزاسیون است .

وقتیکه در مذاب کریستالیزاسیون اتفاق میافتد رفتار فوی شدن شدیداَ ازآن متأثر شود و باعث سطحی ناصاف و اندازه ناهمگون سلها می گردد.

Pp ها اگر از عوامل هسته زا استفاده نشود در دمای حدود ºc 120 شروع به کریستال شدن می کند و به یک آن ºc 110 است.

اما اگر این رزین به همراه عوامل هسته زا باشددمای شروع کریستالیزاسیونºc 140 می شود و بیک آن ºc130 است.

هر چه اندازه درجه حرارت در این محدوده کمتر باشد اندازه سلها ریزتر و تعداد سلهای باز کمتر خواهد بود .