قالب گیری چرخشی – قسمت سوم: بررسی رزین مورد استفاده

مقدمه

در مقالات پیشین درباره روش قالب گیری چرخشی به عنوان یکی از روش های نوین شکل دهی پلیمرها، مکانیزم این روش، قالب های استفاده شده، انواع ماشین های مورد استفاده و… بحث شد. در این مقاله پیرامون مواد اولیه مورد استفاده در این صنعت پرداخته می شود.

انتخاب رزین

برای به دست آوردن محصول مطلوب، انتخاب یک پودر پلیمر با کیفیت در قالب گیری چرخشی، ضروری است. از مهم ترین دلایل پودری بودن پلاستیک این است که دماهای بالا باعث تخریب شیمیایی خطرناک مواد بی کیفیت می شوند.

عمده سهم بازار مصرف پلیمرهای مختلف در صنعت قالب گیری چرخشی به شرح زیر است:

جدول1- استفاده رزین های مختلف در قالب گیری چرخشی

همان طور که در جدول 1 قابل مشاهده است، امروزه تقریبا 84 درصد از تمام رزین های مورد استفاده در قالب گیری چرخشی را پلی اتیلن تشکیل می دهد.
پلیمر پلی اتیلن مورد استفاده در این صنعت دارای دو پارامتر مهم شاخص ذوب و دانسیته می باشد. این اثرات را به طور کلی می توان در جدول 2 مشاهده کرد.
حال دو عامل فوق را بررسی می کنیم:

1) شاخص ذوب

برای شکل دهی به روش چرخشی، یک رزین باید جریان مذاب خوبی داشته باشد. این جریان پذیری با کمیتی به نام شاخص ذوب (Melt index) اندازه گیری می شود. در شاخص ذوب بالاتر، ماده جاری تر است. اکثر رزین های مورد استفاده برای این قالب گیری، دارای شاخص ذوب 2g/10 min تا 10g/10 min هستند. عبارت “g/10 min” به وزن رزین عبور کرده از یک اوریفیس با قطر از پیش تعیین شده، در زمان ده دقیقه است.
شاخص ذوب با وزن مولکولی یا طول زنجیره رزین نیز در ارتباط است. یک رزین با شاخص ذوب بالاتر، دارای زنجیره های کوتاه تر و وزن مولکولی کم تر یا مولکول های کوچک تری است. هم چنین یک رزین با شاخص ذوب پایین، دارای زنجیره های بلندتر و وزن مولکولی بیش تر یا مولکول های بزرگ تر است.
توزیع وزن مولکولی نیز از عوامل حائز اهمیت در رزین های قالب چرخشی است. یک توزیع نازک (narrow) دارای مزایای بیش تری است؛ زیرا توزیع های نازک تر خواص ذوب یکنواخت تری دارند.

2) چگالی

چگالی، اندازه گرانش ویژه یک رزین است. طبق استاندارد ASTM(American Society of Testing and Materials) چگالی پلی اتیلن به شرح زیر دسته بندی شده است:

• رزین های با چگالی پایین (زیر 0.925g/cm³). عموماً رزین های چگالی پایین برای مواقعی که سفتی مورد نیاز یا مطلوب نیست استفاده می شود؛ مثل بسیاری از عروسک ها.
• رزین های با چگالی متوسط (بازه 0.926g/cm³ تا 0.940g/cm³). بیش تر رزین های خطی پلی اتیلن با چگالی پایین (LLDPE) از این دسته اند. رزین های چگالی پایین برای موادی که به مقاومت حرارتی بالا یا سفتی نیاز دارند و رزین های چگالی کم نمی تواند آن را فراهم کند، استفاده می شود.
• رزین های با چگالی بالا (بازه 0.941g/cm³ تا 0.959g/cm³). رزین های چگالی بالا، بیش ترین صلبیت را به محصول نهایی می دهند که غالبا منجر به کاهش ضخامت دیواره می شود.
• رزین های با چگالی بسیار بالا (0.960g/cm³ به بالا). این رزین ها در شکل دهی چرخشی استفاده نمی شوند.

علاوه بر کاهش چقرمگی و افزایش سفتی، افزایش چگالی موجب افزایش نقطه ذوب و وسیع تر کردن محدودیت های دمایی محصول نهایی و افزایش مقاومت پلیمر در برابر ضربه پذیری (Barrier properties) می شود.

جدول 2- تاثیر افزایش شاخص ذوب و چگالی پودر پلی اتیلن روی فرایند و محصول نهایی

قبلا توضیح داده شد که حدود 84 درصد ازموارد استفاده صنعت قالب گیری چرخشی به پلی اتیلن اختصاص دارد. در زیر به دلیل اهمیت فوق العاده بالای این پلیمر در صنعت، به بررسی دقیق تر این پلیمر پرداخته می شود.

پلی اتیلن؛ پلیمر پیشتاز در صنعت

گرانول های پلی اتیلنی که در فرایند تولید رزین ساخته می شوند، نمی توانند برای قالب گیری چرخشی مورد استفاده قرار گیرند. آن ها باید به ذرات بسیار ریز تری تجزیه شوند. این تجزیه شدن به علت بهبود انتقال حرارت از قالب به پودر حائز اهمیت است.
این تجزیه هم چنین باعث بهبود جریان پذیری ذرات در طول عمل ذوب می شود و در نتیجه، اکسیداسیون نمی تواند مانع ذوب شدگی و توسعه خواص فیزیکی رزین شود.
چندین پلی اتیلن خطی چگالی پایین (LLDPE) به شکل پودر یا گرانول در می آیند. رزین های دیگری مانند نایلون، بسته به جریان پذیری بالا و ابعاد ریز گرانول خود، بدون تجزیه شدن می توانند وارد فرایند شکل دهی چرخشی شوند.
پلی اتیلن به علت شاخصه های زیر، به عنوان پر استفاده ترین پودر برای قالب گیری چرخشی شناخته می شود:

• رسیدن به پایداری حرارتی با کمک افزودنی های پایدار کننده؛
• امکان قالب گیری چرخشی در دما و سرعت بالا، بدون اکسیداسیون زیاد؛
• خواص مکانیکی و فیزیکی خوب در دمای پایین، مثل مقاومت در برابر ضربه؛ حفظ این خواص در بازه های وسیعی از دما؛
• هزینه پایین؛
• قابل استفاده در چگالی و شاخصه های ذوب متفاوت؛
• بهبود پایداری UV با استفاده از افزودنی های پایدار کننده UV؛
• دارای مقاومت شیمیایی بالا (مخصوصا پلی اتیلن دارای اتصالات عرضی) و در نتیجه مناسب برای ساخت بسیاری از تانک های کشاورزی و صنعتی؛
• دارای قدرت دی الکتریک بالا برای استفاده در کاربرد های الکتریکی که نیاز به خواص عایق دارند.

در جدول زیر می توان انواع پلی اتیلن ها، مزایب و معایب هرکدام را مشاهده کرد.

جدول 3- مزایا و معایب رزین های پلی اتیلن

سایر رزین های شکل دهی چرخشی

برخی رزین های دیگری که در قالب گیری چرخشی استفاده می شوند عبارتند از: پلی وینیل کلراید (PVC)، نایلون، پلی کربنات، پلی استر، پلی اتیلن flame retardant، پلی اتیلن اصلاح شده شیمیایی و… . لیستی از این رزین ها و مزایا و معایب آن در جدول 4 قابل مشاهده است.

جدول 4- مزایا و معایب رزین های قالبگیری چرخشی

گردآورنده: حسین چیانی