روانکننده
روانکنندهها افزودنیهای کلیدی در فرمولاسیون مواد از جمله پلیوینیل کلراید (PVC) هستند که با کاهش اصطکاک داخلی و خارجی، جریانپذیری مذاب را بهبود میبخشند، مصرف انرژی را کاهش میدهند، چسبندگی به تجهیزات را به حداقل میرسانند و کیفیت سطحی محصول نهایی را ارتقا میدهند. انتخاب صحیح روانکننده مستلزم بررسی دقیق مشخصات فنی مندرج در دیتاشیت است.
انواع روانکننده
اولین پارامتر، نوع روانکننده است که به سه دسته داخلی (Internal) خارجی (External) و ترکیبی (Hybrid) تقسیم میشود. روانکننده داخلی عمدتاً اصطکاک میان زنجیرههای پلیمری را کاهش میدهد و جریان مذاب را تسهیل میکند، در حالی که روانکننده خارجی بر سطح تماس با قالب و دایِ تمرکز دارد و از پدیدههایی نظیر چسبندگی و sharkskin جلوگیری مینماید. انتخاب نادرست این پارامتر میتواند منجر به نقص در فرآیند یا محصول شود.
پایه شیمیایی
پایه شیمیایی نشاندهنده ماهیت مولکولی ماده است، مانند اسید استئاریک، وکس پلیاتیلن اکسیدشده، استرهای گلیسرین یا آمیدهای چرب. این ویژگی تعیینکننده میزان قطبیت، سازگاری با رزین پایه و تأثیر بر خواص مکانیکی و ظاهری محصول است. مواد قطبی معمولاً عملکرد داخلی و مواد غیرقطبی عملکرد خارجی دارند.
قطه ذوب یا melting point
نقطه ذوب دمایی است که در آن روانکننده از حالت جامد به مایع تبدیل میشود. مقادیر زیر ۷۰درجه سانتیگراد نشاندهنده فعالسازی زودهنگام و مناسب برای روانکننده داخلی است، در حالی که مقادیر بالای ۹۰درجه سانتیگراد بیانگر عملکرد دیرهنگام و مناسب برای روانکننده خارجی میباشد. این پارامتر باید با پروفایل دمایی فرآیند تولید همخوانی داشته باشد.
عدد اسیدی یا Acid Value
عدد اسیدی مقدار اسید آزاد موجود در ماده را بر حسب میلیگرم هیدروکسید پتاسیم بر گرم (mgKOH/g) نشان میدهد. مقادیر بالاتر، روانکنندگی قویتر و کمک به فعالسازی استابلایزرهای کلسیمی-زینکی را فراهم میآورند، اما مقادیر بیش از حد میتواند سبب تخریب حرارتی زودرس PVC گردد.
عدد یدی Iodine Value
عدد یدی درجه اشباعنشدن زنجیرههای چربی را بر حسب گرم ید بر ۱۰۰ گرم ماده نشان میدهد. مقادیر پایین بیانگر پایداری اکسیداتیو بالا، مقاومت در برابر زردشدگی و طول عمر بیشتر محصول است. مقادیر بالاتر، هرچند اقتصادیتر، خطر اکسیداسیون و ایجاد بو یا تغییر رنگ را افزایش میدهند.
عدد صابونی شدن یا Saponification Value
عدد صابونی شدن در روانکنندههای استرمحور، میزان واکنشپذیری با قلیا را نشان میدهد و معیاری مستقیم از میزان گروههای استر در روانکننده است. این عدد نشان میدهد چه مقدار هیدروکسید پتاسیم (KOH) به میلیگرم برای صابونی کردن کامل یک گرم از روانکننده لازم است. هرچه SVب الاتر باشد، محتوای استر در روانکننده بیشتر است.
مقادیر بالاتر حاکی از محتوای استر بیشتر (به دلیل گروههای قطبی استر که با PVCواکنش میدهند) در نتیجه عملکرد داخلی قویتر است و با کاهش ویسکوزیته مذاب و با افزایش سازگاری مولکولی به بهبود جریانپذیری مذاب کمک میکند. همچنین استرها میتوانند به عنوان لیگاند برای استابلایزرهای فلزی عمل کنند و از آزاد شدن HCl جلوگیری کنند.
ویسکوزیته یا MFI
ویسکوزیته مقاومت روانکننده در برابر جریان را در دمای مشخص نشان میدهد. مقادیر پایینتر، پراکندگی یکنواختتر در مذاب و کاهش گشتاور اکسترودر را به همراه دارد، در حالی که مقادیر بالاتر ممکن است بار مکانیکی تجهیزات را افزایش دهد.
درصد خاکستر یا Ash Content
باید کمتر از ۰.۱درصد باشد. مقادیر بالاتر نشاندهنده ناخالصیهای معدنی است که میتواند منجر به رسوب روی قالب (plate-out) و نقص سطحی شود.
رطوبت یا Moisture
درصد رطوبت باید کمتر از ۰.۲درصد باشد تا از تشکیل حباب، تخریب هیدرولیتیک و کاهش پایداری انبارش جلوگیری شود.
چه زمانی باید/نباید از روانکنندهها استفاده کنیم؟
چسبندگی به قالب یا دایِ:
وقتی محصول به دایِ اکسترودر یا قالب میچسبد، جدا شدن آن دشوار میشود و خطوط عمودی (die lines) روی سطح ظاهر میگردد. این پدیده نشاندهنده اصطکاک بیش از حد بین مذاب PVC و سطوح فلزی است و معمولاً در فرآیندهای اکستروژن و تزریق مشاهده میشود.
سطح ناصاف، موجدار یا sharkskin:
سطح محصول موجدار، پوستماری یا نامنظم میشود و خروجی اکسترودر نوسان دارد. این مشکل زمانی رخ میدهد که ویسکوزیته مذاب بیش از حد بالا باشد و فشار در دهانه دایِ به طور ناگهانی تغییر کند.
گشتاور (Torque) یا آمپر موتور بالا
موتور اکسترودر بیش از حد بار میگیرد، آمپر بالا میرود و دمای مذاب از حد مجاز (مثلاً ۱۹۰درجه سانتیگراد) فراتر میرود. این نشانه اصطکاک داخلی شدید در مذاب و ویسکوزیته بالای آن است.
خروجی کم (Low Output)
سرعت خط تولید پایینتر از ظرفیت طراحی شده است و فشار در دهانه دایِ بیش از حد بالاست. این مشکل به دلیل جریانپذیری ضعیف مذاب و مقاومت بالای آن در برابر حرکت رخ میدهد.
رسوب روی دایِ یا رول (Plate-out / Die Build-up)
رسوب سفید، زرد یا قهوهای روی دایِ، رول کلندر یا پیچ اکسترودر ایجاد میشود و خطوط یا لکههایی روی محصول نهایی ظاهر میگردد. این پدیده معمولاً ناشی از مهاجرت بیش از حد افزودنیها یا روانکنندهها و یا ناسازگاری روانکننده در فرمولاسیون است.
شفافیت پایین یا کدری (Haze)
فیلم، ورق یا پروفیل شفاف کدر میشود و پراکندگی نور افزایش مییابد. این مشکل اغلب به دلیل استفاده از روانکننده نامناسب (با رنگ زرد، IV بالا یا مهاجرت زیاد) ایجاد میشود.
تخریب حرارتی (Degradation / Yellowing)
محصول زرد، قهوهای یا حتی سیاه میشود و بوی تند HCl آزاد میگردد. این علامت نشاندهنده دمای بیش از حد بالا در مذاب به دلیل اصطکاک و تأخیر در فرآیند است.
مهاجرت و رسوب سطحی (Blooming / Migration)
چند روز پس از تولید، پودر سفید یا لایهای چرب روی سطح محصول ظاهر میشود و ممکن است به بستهبندی بچسبد. این پدیده به دلیل حلالیت کم روانکننده در PVC در دمای محیط رخ میدهد.
استحکام مکانیکی پایین (Brittleness)
محصول شکننده میشود، به راحتی ترک میخورد یا در تست خمش میشکند. روانکنندههای داخلی با کاهش ویسکوزیته مذاب، زنجیرههای پلیمری PVC را از یکدیگر دور میکنند؛ در دوزهای بالا، این مواد مانند یک پلاستیسایزر ضعیف عمل کرده و پیوندهای ضعیف واندروالسی بین زنجیرهها را به شدت تضعیف مینمایند، در نتیجه سختی ظاهری محصول حفظ میشود اما انعطافپذیری به طور چشمگیری کاهش یافته و محصول در برابر تنشهای مکانیکی شکننده میگردد.