آیا همه چیز را در مورد پلی اتیلن ها می دانید؟ (بخش دوم)

بسپار/ ایران پلیمر قطعات PE می‌توانند وادهند درصورتی¬که PE با چگالی نامناسب انتخاب شود. در این شماره چند نمونه از پیامد انتخاب نامناسب چگالی آورده شده است و این¬که چرا و چه اتفاقی می-افتد بررسی شده است.
اهمیت چگالی بسپار پلی‌اتیلن را می‌توان با بررسی کاربردهایی که قطعات در هنگام انتخاب چگالی نامناسب واداده¬اند، درک کرد. جالب این¬جاست که تمام این وادادگی¬ها مربوط به انتخاب گونه هایی از پلی‌اتیلن است که چگالی بیش از آن چه مناسب است دارند.
اولین مورد، کاربرد روزمره یک برس قالب گیری شده است که جزئی از رهاساز لیوان (cup dispenser) می باشد. اگرچه ممکن است در حال حاضر بسیار عجیب به نظر برسد، در دهه 1970 این مسئله به‌خصوص برای شرکتی که قطعه را طراحی کرده بود، معضل بود.
این قطعه در یک قالب هشت حفره‌ای قالب¬گیری می¬شد. قطعه به‌صورت یک نوار تخت با موهای برس بیرون زده از بدنه در فواصل منظم از قالب خارج می شد. در حین سوارکردن، قطعه به‌سادگی به شکل دایره‌ خم می¬شد که برای قسمت پایینی رهاساز لیوان مناسب بود. ادعای شهرت این قطعه این بود که می¬گفت موهای برس تضمین می‌کند فقط یک لیوان در هر بار رها شود. مصرف‌کنندگان به‌راحتی در دهه 70 میلادی تحت تاثیر این حرف قرار گرفتند.
قالب به یک تامین‌کننده دیگر واگذار شد و قطعه از پلی‌اتیلن طراحی شد. وقتی قالب ساز از چگالی مطلوب پرسید، خریدار شرکت لیوان سازی هیچ ایده ای نداشت و به نظر می رسید که به چیزی جز قیمت کالا اهمیتی ندهد. در آن زمان، این تامین‌کننده خاص، سطل های 2 و 5 گالنی زیادی را قالب گیری می‌کرد و سود بسیار خوبی از این مواد می برد. بنابراین، نمونه‌ها را از این ماده قالب¬گیری کرد کهHDPE  با آهنگ شارش مذاب (MFR) 7 گرم بر 10 دقیقه و چگالی 952/0 گرم بر سانتی متر مکعب بود. قطعات به خوبی قالب¬گیری شدند و به‌درستی سوار شدند، خریدار و افراد تضمین کیفیت در کارخانه‌ای که قطعات برای آن‌ها ارسال می‌شود، امضا کردند و تولید شروع شد.
چند ماه بعد مشاهده شد موهای برس خیلی سفت هستند و بیرون کشیدن لیوان از رهاساز را سخت‌تر می‌کردند. به گونه¬ای که هنگام کشیدن لیوان¬های برهم¬چیده، به‌جای یک لیوان، دو لیوان به‌طور هم‌زمان خارج می¬شد. موضوع درون شرکت طرح شد و از طریق سازمان منعکس شد و سرانجام به کارخانه قالب‌گیری رسید.
تصحیح مشکل بسیار ساده بود. LDPE خریداری شد و صلح به عرصه بازگشت، اگرچه بدون بحث و گفتگو در رابطه با صدها هزار دستگاه رهاساز لیوان كه از برس های HDPE ساخته شده بود، نبود. بعدا مشخص شد که برس های HDPE با گذشت زمان رفتار نگران‌کننده‌تری نشان می¬دهند. با استفاده مکرر، موها شروع به شکستن از نوار بدنه کردند. بدیهی بود که این اتفاق بر عملکرد این قطعه تاثیر بگذارد و احتمال افتادن تکه¬های PE در داخل لیوان رها شده ایجاد ‌کند. اگرچه هیچ گزارشی از مصرف‌کنندگان مبنی بر وجود تکه های PE نبود، اما می‌توان تصور کرد که این امر چگونه می‌تواند در دنیای امروز بررسی های برخط (آنلاین) و بازخورد فوری مشتری تاثیر بگذارد.
تغییر در رفتار قطعه قالب¬گیری شده با تغییر چگالی مواد، تصویری آموزنده از تاثیر چگالی بر عملکرد مکانیکی را فراهم می‌کند. HDPE درجه بلورینگی بیشتری نسبت به LDPE دارد. این منجر به بهبود ویژگی‌های تحمل بار مانند استحکام و سفتی می‌شود، اما ضربه¬پذیری (ductility) را کاهش می‌دهد. علاوه¬بر این،HDPE  یک سطح سخت‌تر را ایجاد می‌کند و ماتی (opacity) بیشتری نسبت به LDPE با هر ضخامت دیواره¬ای دارد. هم¬چنین از آن¬جایی که این قطعه خاص همیشه در شرایط محیطی استفاده می-شود، رفتار وابسته به دمای HDPE و LDPE نشان‌دهنده تفاوت در ساختار مولکولی آن¬ها است.HDPE  درصد بیشتری از عملکرد دمای اتاق خود را در دماهای زیاد حفظ می‌کند و نقطه ذوب HDPE تقریبا 30 درجه سانتی‌گراد بیش از دمای ذوب LDPE است. با این حال،LDPE  را می‌توان در دماهای کمتر و بدون شکننده شدن استفاده کرد.
تفاوت در عملکرد حتی زمانی¬که تغییرات نسبتا کمی در چگالی ایجاد شود، قابل‌مشاهده است. اغلب این تغییرات ناخواسته ایجاد می‌شود. برای مثال قطعه PE ساخته شده با چگالی 962/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب را درنظر بگیرید. این چگالی در انتهای بالایی طیف چگالی پلی‌اتیلن است. در این مثال، قطعه تحت تنش ثابت در یک مجموعه قرار داشت و درصد کمی از قطعات با گذشت زمان ترک می¬خورد و باعث نشتی می‌شد. بررسی شکستگی‌ها نشان داد که سازوکار وادادگی، ترک خوردگی تنشی محیطی (ESC) است. کشف شد که فرایند ترک‌خوردگی می‌تواند با قرار گرفتن مجموعه در معرض انواع خاصی از محلول‌های صابون، که به‌عنوان عوامل ترک‌خوردگی ناشی از تنش برای پلی‌اتیلن عمل می‌کنند، تسریع یابد. هنگامی‌که این کار برای قطعات سوار هم نشده انجام شد، میزان وادادگی کمتر از 1٪ بود. اما هنگامی که در مجموعه و تحت تاثیر تنش های مرتبط قرار گرفت میزان وادادگی به بیش از 25٪ افزایش یافت.
ESC سازوکاری است که معمولا در بسپارهای اَریخت (آمورف) مشاهده می‌شود و از این مشاهده می¬توان آموخت که بسپارهای اَریخت نسبت به بسپارهای نیمه بلوری به این سازوکارِ وادادگی، حساس‌تر هستند. PE با چگالی بیشتر، که از بلورینگی بیشتری برخوردار است، نسبت به گونه های با چگالی کمتر، به وادادگی ESC مستعدتر هستند. در این مثال، تقاضای مشتری به‌طور غیرمستقیم به راه‌حلی منتهی ‌شد. قطعات همیشه از مواد طبیعی بدون رنگدانه قالب گیری شدند. مشتری درخواست کرد که تعداد منتخبی از قطعات پلی‌اتیلن رنگی شوند. رنگ قطعه معمولا فقط در حد تطابق رنگ محل دقت است و به اثر فرایندی آن دقتی نمی شود. هنگامی‌که همه در مورد رنگ به توافق رسیدند، مستربچ ساخته می‌شود و با نسبت خاصی اضافه می‌شود. اما بسپار حامل که برای ساخت مستربچ استفاده می‌شود، می‌تواند خواص بسپار پایه را بهتر یا بدتر کند.

برگردان: دکتر فاطمه خودکار
[email protected]

(ادامه دارد…)

متن کامل این گفت و گو را در شماره 207 ماهنامه بسپار که در نیمه دی ماه منتشر شده است، بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.