کامپاند پی وی سی | بررسی میکسر pvc
کامپاند نوعی محصول با پایه پلیمر است که مشکلات تولید کنندگان در تولید این نوع از محصولات را بر طرف کرده است. یکی از مهم‌ترین محصولات در تولیدات پلیمری است که از ترکیب نسبت‌های مشخص مواد بدست می‌آید. در این مقاله قصد داریم شما را با این نوع از محصولات آشنا کنیم.
آشنایی با کامپاند و میکسر
تولید کامپاند پودری پی وی سی به طور معمول شامل مرحله‌ای میکس یا اختلاط پی وی سی با سایر افزودنی‌ها می‌باشد. این کامپاند تولیدی می‌تواند در مرحله بعد به طور مستقیم جهت تولید محصول مورد استفاده قرار بگیرد.
به طور مثال فرآیند اکستروژن لوله و پروفیل UPVC و اکستروژن دمشی و... و یا اینکه در یک فرآیند جداگانه ای ابتدا به صورت مذاب درآمده و وارد فرآیند تولید محصول شود. به طور مثال در فرآیند کلندرینگ و یا قالبگیری فشاری و...
مزایای استفاده از کامپاند پی وی سی به عنوان خوراک
- حذف هزینه مربوط به تبدیل مواد پودری به مذاب یا گرانول
- کاهش زمان اقامت مواد و در نیجه کاهش قرار گرفتن در معرض تنش‌های حرارتی
- طراحی راحت‌تر فرمولاسیون‌های مختلف بر اساس نیاز و کاربرد محصول
معایب استفاده از کامپاند پی وی سی به عنوان خوراک
- نگهداری و انتقال مواد سخت تر نسبت به گرانول و...
- چالش ایجاد کامپاندی با پراکندگی مناسب
- نیاز به حذف رطوبت و مواد فرار به شکل موثر تر در فرآیندهای بعدی
کامپاندینگ پی وی سی (کامپاند پودر جامد) امروزه بیشتر توسط تکنیک بچ و عمدتا در میکسرهای با سرعت بالا و گاهی میکسر با سرعت کم انجام می‌شود. تکنیک‌های continuous-production نیز در برخی از صنایع پی وی سی در حال گسترش هستند.
در روش batch میکس و اختلاط پی وی سی با افزودنی‌ها هم در حالت گرم و هم حالت سرد اتفاق می‌افتد و هر کدام تاثیرات خود را بر کامپاند پی وی سی دارند.
- میکسر سرد پی وی سی
در میکسر PVC از نوع سرد معمولا اختلاط در دمای زیر ۵۰ درجه سانتی گراد و با سرعت کم انجام شده، زمان میکس در این نوع اختلاط معمولا زیاد می‌باشد و مخلوط یا powder blend به شکل کاملا خشک نیست و به صورت free-flowing نمی‌باشد(به ویژه زمانی که میزان نرم کننده زیاد است.).
به همین دلایل معمولا از این نوع روش مکیس معمولا برای پیش-اختلاط در فرآیند کامپاندینگ مذاب يا
melt- compoundingاستفاده می‌شود.
در این روش کامپاندینگ توزیع (distributive) مواد اتفاق می‌افتد، اما اکثر افزودنی‌ها حالت اولیه خود را حفظ می‌کنند (اگرجه نرم کننده تا حدود زیادی در پی وی سی جذب خواهد شد.). از جمله میکسرهای که با این روش عمل می‌کنند می‌توان به ribbon blender اشاره کرد.
- میکسر گرم پی وی سی
میکس و اختلاط گرم پی وی سی معمولا در میکسرهایی با سرعت بالا انجام می‌شود(البته ممکن است گاهی در میکسر با سرعت کم هم انجام شود). دمای مواد طی فرآیند اختلاط تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد و حتی بالاتر نیز افزایش می‌یابد. در این روش علاوه بر توزیع مواد پراکنش (dispersive) نیز اتفاق می‌افتد.
در نتیجه پراکنش مواد خواص مواد نیز بهبود می یابد، همچنین استابلایزر، روان کننده و نرم کننده در مقایس‌های مختلف در پی وی سی جذب می‌شوند. کامپاند حاصل معمولا جامد و به حالت free-flowing بوده و با نام dry powder شناخته می‌شود.
اجزا میکسر توربو پی وی سی
- محفظه اختلاط
- پوشش
- ابزار مخلوط کردن
- یاتاقان و آب بندی شفت
- بلبرینگ شافت
- اندازه گیری دما
- دو سنسور ، یکی برای کنترل تخلیه و دیگری برای محافظت در برابر حرارت.
- موتورمحرک
- دستگاه باز کردن درب
- صفحه تخلیه
- پارامترهای فنی
تولید گرما در میکسر گرم PVC
فرآیند اختلاط با در میکسرهایی با سرعت بالا تقریبا یک سیستم شبه آدیپاتیک است. در واقع گرما در درجه اول در اثر برخورد با سطح موثر پره‌های میکسر و همچین در اثر برخورد متقابل ذرات به یکدیگر ایجاد می‌شود. عامل دیگر در ایجاد گرما اصطکاک بین تجهیزات میکسر و مواد اولیه، اصطکاک بین ذرات، اصطکاک بین ذرات و دیواره میکسر و... می‌باشد.
در صورت طراحی بهینه میکسر وجود هیترها (ژاکت گرمایی) غیر ضروری است، فقط در موارد خاصی مانند میکسر پی وی سی امولوسیون با درصد بالای نرم کننده. برای میکس این نوع از پی وی سی به انرژی در حدود ۱ کیلوات به ازای هر کیلوگرم مورد نیاز است در صورتی که در میکس فرمولاسیون‌های معمول، نیرویی در حدود ۰.۴ تا ۰.۶ کیلو وات بر کیلوگرم کافی است.
استفاده از میکسر سرد در کنار میکسر گرم
امکان استفاده از میکسر گرم به تنهایی وجود دارد و کامپاند تولید شده را می‌توان مستقیما وارد اکستروردر یا کامپاندینگ مذاب کرد؛ با این حال در عمل در کنار میکسر گرم از یک میکسر سرد نیز استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی دلایل استفاده از میکسرهای گرم/ سرد پرداخته می‌شود.
دلایل استفاده از میکسر گرم/ سرد
- کامپاند ایجاد شده باید به جهت جلوگیری از مشکلاتی مثل ایجاد توده و مشکل lumping و caking تا دمای ۵۰ درجه سانتی گراد خنک شود.
- اگر چه بعد از گذشتن زمان مشخص کامپاند گرم پی وی سی به دمای مورد نظر می‌رسد، اما با استفاده از میکسر سرد یک شوک سرمایی به پی وی سی وارد شده که باعث کاهش اقامت حرارت و بهبود خواص جریان پذیری(free-flowing) آن می‌شود.
نکته: به جهت پایین بودن هدایت حرارتی پی وی سی میکسرهای سرد را از نظر حجم چند برابر بزرگتر از میکسر گرم می‌سازند تا زمان سرد شدن PVC کاهش یابد.
- در طی فرآیند میکس پی وی سی سوپانسیون و یا بالک در اثر اصطکاک امکان ایجاد بار الکترواستاتیک وجود دارد که سبب ضعیف شدن خواص پی وی سی از جمله خواص جریان پذیری می‌شود. (به ویژه پی وی سی با دانسیته بالک پایین) یک راه حل برای حل این مشکل سرد کردن سریع پی وی سی تا دمای ۴۰ درجه سانتی گراد است.
معیار تخیله و زمان میکس در میکسر سرد و گرم( توربو میکسر سرد/گرم)
زمان هر پروسه میکسر در حدود 10 دقیقه می‌باشد. این زمان معمولا با رسیدن میکسر به یک دمای مکازیمیم که معمولا بین ۱۰۰ تا ۱۳۰ درجه سانتی گراد است تعیین می‌شود.
میزان ماکزیمیم دمای مناسب برای انجام فرآیند میکس معمولا توسط اپراتور و با توجه به عوامل مانند free-flowing و ایجاد میکس یکنواخت و... مشخص می‌شود. در واقع رسیدن میکس به این شرایط معیاری برای انتخاب دمای تخلیه یا آمپر است.
عوامل مختلفی برای رسیدن میکس پی وی سی به این معیار تاثیر گذار است از جمله می‌توان Kvalue، ساختار مولکولی پی وی سی، میزان نرم کننده و سایر افزودنی‌ها اشاره کرد.
میزان افزایش دما در فرآیند میکس
افزایش دما در میکسر توربو سرد/گرم بستگی به ترکیب مواد و فرمولاسیون دارد، اما به عنوان یک راهنما افزایش دما نباید بیش از ۱۵ درجه در هر دقیقه باشد.
روش میکسر در میکسر توربو سرد و گرم
- روش اول
روش اول ساده‌تر بوده و برای UPVC متداول است. همه مواد به جز روان کننده ( در مواردی روان کننده/استابلایزر) اضافه می‌شوند و روان کننده در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد قبل از دمای تخلیه اضافه می‌شود.
- روش دوم
در روش دوم که برای پی وی سی سخت کاربرد دارد مواد به ترتیب اضافه می‌شوند.
- ابتدا پلیمر در دمای اتاق اضافه می‌شود.
- استابلایزر مایع در دمای ۷۰ درجه سانتی گراد اضافه می شود.
- روان کننده و استابلایزر مایع در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد اضافه می‌شود.
- در نهایت اصلاح کننده‌های پلیمری – فیلر و پیگمنت در دمای ۸۵ تا ۹۰ درجه سانتی گراد اضافه می‌شوند.
در روش دوم برای پی وی سی نرم اجزای جامد ابتدا با یکدیگر میکس شده و نرم کننده در دمایی حدود ۷۰ تا ۸۰ درجه سانتی گراد اضافه می‌شود.
نکته: افزودن نرم کننده نباید با سرعت بالا انجام شود که باعث افزایش ناگهانی آپراژ دستگاه شود.
روش میکس با حضور کمک فرآیند در فرمولاسیون پی وی سی
- اضافه کردن پی وی سی به توربو میکسر و میکس با سرعت مناسب
- اضافه کردن پیگمنت و استابلایزر در دمای ۴۵ درجه سانتی گراد
- اضافه کردن اصلاح کننده ضربه در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد
- اضافه کردن روان کننده در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد
- اضافه کردن کمک فرآیند در دمای ۱۰۰ درجه سانتی گراد
- تخلیه میکسر در دمای ۱۱۰ تا ۱۱۲ درجه سانتی گراد
- سرد کردن میکس در میکسر سرد تا دمای ۴۰ درجه سانتی گراد
پیشنهاد پلینو: در پکیج تخصصی میکس و کامپاند سازی روش اصولی نحوه میکس برای فرمولاسیون های مختلف بررسی شده است. کلیک کنید!
معیار تخلیه میکسر بر اساس آپراژ دستگاه
در صنعت ممکن است معیار تخلیه میکس پی وی سی (زمانی که میکس پی وی سی کامل شده است) بر اساس آمپر دستگاه باشد.
در واقع این روش بر این اصل استوار است که با تغییر فاز در میکس پی وی سی آمپر دستگاه تغییر می‌کند در نتیجه آمپر دستگاه تعیین می‌کند که فاز پی وی سی تغییر کرده یا به فاز مناسب (از نظر اختلاط) رسیده است و آماده تخلیه می‌باشد.
باید توجه داشت که با افزایش حجم میکس نیز آمپر دستگاه بالا می رود در نتیجه معیار تخیله بر اساس آمپر باید براساس نوع دستگاه، فرمولاسیون و... تعیین شود و مانند روش با کنترل دما نمی‌توان عدد دقیقی برای آن تعیین کرد و فقط روند کلی آن مشخص است. همچنین باید توجه داشت که ماکزیمیم بچ برای پی وی سی در میکسر گرم حدود ۸۰۰ کیلوگرم می‌باشد.
تخلیه رطوبت و گاز در توربو میکسرها
برای برخی کاربردها از جمله لوله UPVC با سایز بالا و فیلم های دمشی شفاف نیاز است که پی وی سی فاقد هرگونه رطوبت باشد؛ در نتیجه می‌توان در مرحله میکس نیز گاز گیری انجام شود. این کار با تجهیزات مختلفی از جمله وکیوم‌ها، فیلترها و ... در فاز نهایی میکسر گرم انجام شود.
کلام آخر
برای بدست آوردن کامپاند و میکس مواد روش‌های مختلف با مراحل متفاوتی توضیح داده شد که هر کدام بسته به شرایط کاربرد خاص خود را دارد. هر کدام از روش‌ها در دستگاه میکسر شرایط ویژه‌ای را ایجاد می‌کنند تا به ترکیب مورد نظر برسیم. در نهایت هر کدام از روش‌های تولید کامپاند بر طرف کننده یکی از مشکلات تولیدات پی وی سی خواهد بود.
تهیه و تنظیم: سایت پلینو