مراحل تولید پلاستیک تا بازیافت

معرفی مراحل تولید پلاستیک

در این مقاله می خواهیم مراحل تولید پلاستیک را بیان کنیم. پلاستیک ها جزو موادی هستند که در 90 درصد زندگی انسان حضور دارند. در هواپیما، قطار، اتوبوس، کیف، کفش و .... پلاستیک استفاده شده است.

  1. ترکیب، ساختار و خواص پلاستیک ها

  2. پلیمر ها و پلاستیک

  3. ترموپلاستیک و ترموست

  4. حالات فیزیکی و مورفولوژی های مولکولی

  5. مورفولوژی پلیمرهای آمورف و نیمه بلوری

  6. خواص پلیمرها

  7. مواد افزودنی در پلاستیک ها

  8. نرم کننده ها در پلاستیک ها

  9. رنگ ها

  10. تقویت کننده ها

  11. تثبیت کننده ها

  12. فرآوری و ساخت پلاستیک

  13. مرکب شدن

  14. تشکیل پلاستیک

  15. اکستروژن

  16. قالب گیری فشاری

  17. قالب گیری تزریقی

  18. قالب گیری تزریقی واکنش

  19. قالب گیری دمشی

  20. ریخته گری و غوطه وری

  21. قالب گیری چرخشی

  22. ترموفرمینگ و قالب گیری سرد

  23. کف کردن پلاستیک

  24. ترموپلاستیک فوم دار

  25. ترموست فوم دار

  26. به پایان رساندن

  27. پیوستن

  28. ماشینکاری

  29. پوشش

  30. تقویت فیبر

  31. ساندویچ لمینت

  32. فایبرگلاس

  33. بازیافت و بازیابی منابع

  34. شناسایی، تفکیک، تجمع

  35. بازیابی اقتصادی ارزش

  36. پلاستیک های تجزیه پذیر

پلاستیک عبارت است از مواد پلاستیکی پلیمری

پلاستیک عبارت است از مواد پلاستیکی پلیمری که معمولاً با اعمال گرما و فشار ، قابلیت قالب گیری یا شکل دهی را دارند. این خاصیت پلاستیسیته که اغلب در ترکیب با سایر خواص ویژه مانند چگالی کم، رسانایی الکتریکی کم، شفافیت و چقرمگی یافت می‌شود، به پلاستیک‌ها اجازه می‌دهد تا محصولات متنوعی تولید کنند. اینها شامل بطری های نوشیدنی سخت و سبک وزن ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات (PET)، شیلنگ های باغی انعطاف پذیر ساخته شده از پلی وینیل کلرید (PVC)، ظروف مواد غذایی عایق ساخته شده از پلی استایرن فوم شده، و پنجره های نشکن ساخته شده از پلی متیل متاکریلات هستند.

در این مقاله بررسی مختصری از مراحل تولید پلاستیک ارائه شده است، 

ترکیب، ساختار و خواص پلاستیک ها

بسیاری از اسامی شیمیایی پلیمرهایی که به عنوان پلاستیک استفاده می شوند برای مصرف کنندگان آشنا هستند. البته برخی نیز با نام های اختصار یا تجاری شناخته می شوند.بنابراین، پلی اتیلن ترفتالات و پلی وینیل کلراید معمولا به عنوان PET و PVC شناخته می شوند، در حالی که پلی استایرن فوم دار و پلی متیل متاکریلات با نام های تجاری خود، Styrofoam و Plexiglas (یا Perspex) شناخته می شوند.

سازندگان صنعتی محصولات پلاستیکی قصد دارند تا پلاستیک را به عنوان رزین کالایی معرفی کنند.(اصطلاح رزین به سال های اولیه صنعت باز میگردد که در اصل به مواد جامد بی شکل طبیعی مانند شلاک (shellac)و رزین اطلاق می گردد.)

رزین های کالایی پلاستیک هایی هستند که با حجم بالا و هزینه کم برای رایج ترین اقلام دور ریختنی و کالاهای بادوام تولید می شوند. آنها عمدتاً توسط پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی وینیل کلراید و پلی استایرن نشان داده می شوند.

رزین‌های تخصصی پلاستیک‌هایی هستند که خواص آنها برای کاربردهای خاص طراحی شده و با حجم کم و هزینه بالاتر تولید می‌شوند. از جمله این گروه می توان به پلاستیک های مهندسی یا رزین های مهندسی اشاره کرد که پلاستیک هایی هستند که می توانند با فلزات ریخته گری شده در لوله کشی، سخت افزار و کاربردهای خودرو رقابت کنند.

پلاستیک های مهندسی مهم که برای مصرف کنندگان کمتر از پلاستیک های کالایی ذکر شده در بالا آشنا هستند، پلی استال، پلی آمید (به ویژه آنهایی که با نام تجاری نایلون شناخته می شوند)، پلی تترا فلورواتیلن (علامت تجاری تفلون)، پلی کربنات، پلی فنیلن سولفید، اپوکسی و پلی اتر اترکتون هستند.

یکی دیگر از اعضای رزین های تخصصی الاستومرهای ترموپلاستیک هستند، پلیمرهایی که خاصیت ارتجاعی لاستیک را دارند، اما می توانند بارها و بارها با حرارت دادن قالب گیری شوند. الاستومرهای ترموپلاستیک در مقاله الاستومر توضیح داده شده اند.

الاستومرهای ترموپلاستیک

دسته دیگر پلاستیک ها از پلیمرهای هترو زنجیره ای تشکیل شده اند. این ترکیبات علاوه بر کربن حاوی اتم هایی مانند اکسیژن، نیتروژن یا گوگرد در زنجیره های اصلی خود هستند. بیشتر پلاستیک های مهندسی ذکر شده در بالا از پلیمرهای هترو زنجیره ای تشکیل شده اند. یک مثال پلی کربنات است که مولکول های آن حاوی دو حلقه معطر (بنزن) است:

تمایز بین پلیمرهای زنجیره کربن و هتروزنجیره در جدول منعکس شده است، که در آن خواص و کاربردهای منتخب مهم‌ترین پلاستیک‌های زنجیره کربنی و زنجیره‌ای هترو نشان داده شده‌اند و از آنجا پیوندهایی مستقیماً به ورودی‌هایی ارائه می‌شوند که این مواد را با جزئیات بیشتر توصیف می‌کنند. توجه به این نکته مهم است که برای هر نوع پلیمری که در جدول ذکر شده است، می‌توان انواع فرعی زیادی وجود داشته باشد، زیرا هر یک از ده‌ها تولیدکننده صنعتی هر پلیمری می‌توانند 20 یا 30 نوع مختلف را برای استفاده در کاربردهای خاص ارائه دهند. به همین دلیل ویژگی های نشان داده شده در جدول باید به صورت تقریبی در نظر گرفته شوند.

خانواده و نوع پلیمر استحکام کششی (MPa) ازدیاد طول در نقطه شکستن (٪) مدول خمشی (GPa) کاربرد هر محصول
ترموپلاستیک ها
زنجیره کربن
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) 20-30 10-1100 1-1.5 بطری شیر، رویه سیم و کابل
پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) 8-30 100-650 0.25-0.35 فیلم بسته بندی، کیسه های مواد غذایی، مالچ کشاورزی
پلی پروپیلن (PP) 30–40 100–600 1.2–1.7 بطری، ظروف غذا، اسباب بازی
پلی استایرن (PS) 35–50 1–2 2.6–3.4 ظروف غذاخوری، ظروف غذای فوم دار
اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS) 15–55 30–100 0.9–3.0 محفظه لوازم، کلاه ایمنی، اتصالات لوله
پلی وینیل کلراید، غیر پلاستیک (PVC) 40–50 2–80 2.1–3.4 لوله، مجرای آب، ناودونی خانه، قاب پنجره
پلی متیل متاکریلات (PMMA) 50–75 2–10 2.2–3.2 پنجره های مقاوم در برابر ضربه، نورگیرها، سایبان ها
پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) 20–35 200–400 0.5 بلبرینگ های خود روغن کاری، ظروف نچسب
هترو زنجیره ها
پلی اتیلن ترفتالات (PET) 65–75 110–120 2.3–2.4 بطری های شفاف، نوار ضبط
پلی کربنات (PC) 65–75 110–120 2.3–2.4 دیسک های فشرده، عینک ایمنی، کالاهای ورزشی
پلی استال 70 25–75 2.6–3.4 بلبرینگ، چرخ دنده، سر دوش، زیپ
پلی اترترکتون (PEEK) 70–105 30–150 3.9 قطعات ماشین آلات، خودرو و هوافضا
پلی فنیلن سولفید (PPS) 50–90 1–10 3.8–4.5 قطعات ماشین آلات، لوازم برقی، تجهیزات الکتریکی
دی استات سلولز 15–65 6–70 1.5 فیلم عکاسی
پلی کاپرولاکتام (نایلون 6) 40–170 30–300 1.0–2.8 بلبرینگ، قرقره، چرخ دنده
ترموست*
هترو زنجیره ها
پلی استر (اشباع نشده) 20–70 <3 7–14 بدنه قایق، پانل های اتومبیل
اپوکسی ها 35–140 <4 14–30 برد مدارهای چند لایه، کفپوش، قطعات هواپیما
فنل فرمالدئید 50–125 <1 8–23 کانکتورهای الکتریکی، دستگیره های لوازم خانگی
اوره و ملامین فرمالدئید 35–75 <1 7.5 میز، ظروف غذاخوری
پلی اورتان 70 3–6 4 فوم های انعطاف پذیر و سفت برای اثاثه یا لوازم داخلی، عایق

خواص و کاربردهای پلاستیک های تجاری مهم

انواع پلاستیک ها

طبق این مقاله، پلاستیک ها در درجه اول نه بر اساس ترکیب شیمیایی، بلکه بر مبنای رفتار مهندسی شان تعریف می شوند. در واقع آنها به عنوان رزین های ترموپلاستیک یا رزین های ترموست مشخص می گردند.

پلیمر ها و پلاستیک

پلیمر ترکیب شیمیایی است که مولکول های ان خیلی بزرگ بوده و اغلب شبیه زنجیره های بلندی هستند که از یک سری به ظاهر بی پایان پیوندهای به هم پیوسته تشکیل می شوند. اندازه این مولکول ها، فوق العاده است و در هزاران و حتی میلیون ها واحد جرم اتمی(در مقابل ده ها واحد جرم اتمی که معمولا در سایر ترکیبات شیمیایی یافت می شود) متغیر است. اندازه مولکول ها، همراه با وضعیت فیزیکی و ساختاری که آنها اتخاذ می کنند، دلایل اصلی خواص منحصر به فرد مرتبط با پلاستیک هستند - از جمله توانایی قالب گیری و شکل دهی

ترموپلاستیک و ترموست

همانطور که در بالا ذکر شد، پلیمرهایی که به عنوان پلاستیک طبقه بندی می شوند را می توان به دو دسته اصلی ترموپلاستیک ها و ترموست ها تقسیم کرد. ترموپلاستیک هایی مانند پلی اتیلن و پلی استایرن قابلیت قالب گیری و قالب گیری مکرر را دارند. بنابراین، یک فنجان فوم پلی استایرن را می توان گرم کرد و به شکل جدیدی درآورد - به عنوان مثال، یک ظرف. ساختار پلیمری مرتبط با ترموپلاستیک ها، ساختار مولکول های منفرد است که از یکدیگر جدا هستند و از کنار یکدیگر عبور می کنند. مولکول ها ممکن است وزن مولکولی کم یا بسیار زیاد داشته باشند و ممکن است از نظر ساختار منشعب یا خطی باشند، اما ویژگی اساسی آن جدایی پذیری و متعاقب آن تحرک است.

از طرف دیگر ترموست ها را نمی توان با گرم کردن مجدد دوباره پردازش کرد. رزین های ترموست در طول پردازش اولیه خود، تحت یک واکنش شیمیایی قرار می گیرند که منجر به ایجاد یک شبکه غیرقابل انحلال می شود. در اصل، کل ماده گرم شده و تمام شده به یک مولکول بزرگ تبدیل می شود. به عنوان مثال، پلیمر اپوکسی مورد استفاده در ساخت ورقه ورقه تقویت شده با الیاف برای چوب گلف زمانی که در دمای بالا قالب‌گیری می‌شود، تحت واکنش پیوند متقابل قرار می‌گیرد. استفاده بعدی از گرما، مواد را تا حدی نرم نمی کند که بتوان آن را دوباره کار کرد و در واقع ممکن است فقط به تجزیه آن کمک کند.

حالات فیزیکی و مورفولوژی های مولکولی در مراحل تولید پلاستیک

حالات فیزیکی و مورفولوژی های مولکولی در مراحل تولید پلاستیک

شکل رفتار پلاستیک پلیمرها نیز تحت تأثیر مورفولوژی یا آرایش مولکول ها در مقیاس بزرگ است. به بیان ساده، مورفولوژی پلیمرها یا آمورف یا کریستالی هستند. مولکول های آمورف به طور تصادفی مرتب شده اند و در هم تنیده می شوند، در حالی که مولکول های کریستالی به طور نزدیک و به ترتیبی قابل تشخیص مرتب شده اند. بیشتر گرماسخت ها آمورف هستند، در حالی که ترموپلاستیک ها ممکن است آمورف یا نیمه بلوری باشند. مواد نیمه کریستالی، نواحی کریستالی به نام کریستالیت ها را در یک ماتریس آمورف نشان می دهند. علاوه بر این، بلورهای نسبی پلاستیک های اصلی در جدول خواص و کاربردها نشان داده شده است.

فرایند تولید پلاستیک و  مورفولوژی پلیمرهای آمورف و نیمه بلوری

طبق تعریف، مواد ترموپلاستیک شکل قالب‌گیری شده خود را تا دمای مشخصی حفظ می‌کنند که توسط دمای انتقال شیشه‌ای یا دمای ذوب پلیمر خاص تنظیم می‌شود. در زیر یک دمای معین، که به عنوان دمای انتقال شیشه ای (Tg) شناخته می شود، مولکول های یک ماده پلیمری در حالتی که به عنوان حالت شیشه ای شناخته می شود، منجمد می شوند. حرکت مولکول ها از کنار یکدیگر کم یا اصلا وجود ندارد و مواد سفت و حتی شکننده هستند.

در بالای Tg، قسمت‌های آمورف پلیمر وارد حالت لاستیکی می‌شوند، که در آن مولکول‌ها تحرک بیشتری نشان می‌دهند و ماده پلاستیکی و حتی الاستیک می‌شود (یعنی قابلیت کشش را دارد). در مورد پلیمرهای غیر کریستالی مانند پلی استایرن، افزایش بیشتر دما مستقیماً به حالت مایع منجر می شود. از سوی دیگر، برای پلیمرهای نیمه کریستالی مانند پلی اتیلن با چگالی کم یا پلی اتیلن ترفتالات، تا زمانی که دمای ذوب (Tm) از بین نرود، به حالت مایع نمی رسد. فراتر از این نقطه، نواحی کریستالی دیگر پایدار نیستند و پلیمرهای لاستیکی یا مایع را می توان قالب گیری یا اکسترود کرد. ترموست ها که با گرم کردن مجدد ذوب نمی شوند، می توانند تا دمایی که در آن تخریب شیمیایی آغاز می شود، از نظر ابعادی پایدار باشند.

خواص پلیمرها و مراحل تولید پلاستیک

حالت فیزیکی و مورفولوژی یک پلیمر تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی آن دارد. یک معیار ساده از تفاوت‌های ایجاد شده در رفتار مکانیکی، ازدیاد طولی است که زمانی رخ می‌دهد که پلاستیک تحت بارگذاری (تنش) در کشش قرار می‌گیرد. یک پلیمر شیشه ای مانند پلی استایرن کاملاً سفت است و نسبت تنش اولیه به ازدیاد طول اولیه را نشان می دهد. از سوی دیگر، پلی اتیلن و پلی پروپیلن، دو پلاستیک بسیار کریستالی، به عنوان فیلم و اشیاء قالب‌گیری قابل استفاده هستند.

حالت فیزیکی و مورفولوژی یک پلیمر تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی آن دارد. یک معیار ساده از تفاوت‌های ایجاد شده در رفتار مکانیکی، ازدیاد طولی است که زمانی رخ می‌دهد که پلاستیک تحت بارگذاری (تنش) در کشش قرار می‌گیرد. یک پلیمر شیشه ای مانند پلی استایرن کاملاً سفت است و نسبت تنش اولیه به ازدیاد طول اولیه را نشان می دهد.

از سوی دیگر، پلی اتیلن و پلی پروپیلن، دو پلاستیک بسیار کریستالی، به عنوان فیلم و اجسام قالب‌گیری شده قابل استفاده هستند، زیرا در دمای اتاق، نواحی آمورف آنها بسیار بالاتر از دمای انتقال شیشه‌ای است. چقرمگی چرمی این پلیمرها بالاتر از Tg ناشی از نواحی کریستالی است که در یک ماتریس بی شکل و لاستیکی وجود دارد.

کشیدگی 100 تا 1000 درصد با این پلاستیک ها امکان پذیر است. در PET، یکی دیگر از پلاستیک های نیمه بلوری، بخش های کریستالی در یک ماتریس شیشه ای وجود دارند زیرا Tg PET بالاتر از دمای اتاق است. این به مواد سفتی و پایداری ابعادی بالایی در برابر تنش می بخشد که در بطری های نوشیدنی و نوار ضبط از اهمیت زیادی برخوردار است.

خواص پلیمرها و مراحل تولید پلاستیک

تقریباً همه پلاستیک‌ها در اثر تنش، مقداری کشیدگی از خود نشان می‌دهند که با حذف تنش بازیابی نمی‌شود. این رفتار، که به عنوان "خزش" شناخته می شود، ممکن است برای پلاستیکی که بسیار کمتر از Tg است بسیار کوچک باشد، اما برای یک پلاستیک نیمه کریستالی که بالاتر از Tg است، می تواند قابل توجه باشد.

متداول‌ترین خواص مکانیکی پلیمرها شامل سختی و تنش شکست است که در جدول خواص و کاربردها به‌عنوان مدول خمشی و استحکام کششی مشخص شده‌اند. خاصیت مهم دیگر چقرمگی است، که انرژی جذب شده توسط پلیمر قبل از شکست - اغلب در نتیجه یک ضربه ناگهانی است. اعمال مکرر تنش بسیار کمتر از استحکام کششی یک پلاستیک ممکن است منجر به شکست خستگی شود.

بیشتر پلاستیک ها رسانای ضعیف گرما هستند. رسانایی را می توان با افزودن یک گاز (معمولاً هوا) به مواد کاهش داد. به عنوان مثال، پلی استایرن فوم‌دار که در فنجان‌های نوشیدنی‌های گرم استفاده می‌شود، رسانایی حرارتی تقریباً یک چهارم پلیمر بدون کف دارد. پلاستیک ها همچنین عایق های الکتریکی هستند مگر اینکه مخصوصاً برای رسانایی طراحی شده باشند. علاوه بر رسانایی، خواص الکتریکی مهم شامل قدرت دی الکتریک (مقاومت در برابر شکست در ولتاژهای بالا) و تلفات دی الکتریک (معیار انرژی تلف شده به عنوان گرما هنگام اعمال جریان متناوب) است.

مواد افزودنی در مراحل تولید پلاستیک

در بسیاری از محصولات پلاستیکی، پلیمر تنها یک جزء است. به منظور دستیابی به مجموعه ای از خواص مناسب با محصول، پلیمر تقریباً همیشه با سایر مواد یا مواد افزودنی ترکیب می شود که در طول پردازش و ساخت با آنها مخلوط می شوند. از جمله این افزودنی ها می توان به نرم کننده ها، رنگ ها، تقویت کننده ها و تثبیت کننده ها اشاره کرد. این موارد به نوبه خود در زیر توضیح داده شده است.

نرم کننده ها در پلاستیک ها

نرم کننده ها برای تغییر Tg پلیمر استفاده می شوند. به عنوان مثال، پلی وینیل کلرید (PVC)، اغلب با مایعات غیرفرار به این دلیل مخلوط می شود. سایدینگ وینیل مورد استفاده در خانه ها به پی وی سی غیرپلاستیک و سفت و سخت با Tg 85 تا 90 درجه سانتیگراد (185 تا 195 درجه فارنهایت) نیاز دارد. از طرف دیگر، طبق مراحل تولید پلاستیک شیلنگ باغی PVC باید حتی در دمای 0 درجه سانتیگراد (32 درجه فارنهایت) انعطاف پذیر بماند. مخلوطی از 30 قسمت دی (2-اتیل هگزیل) فتالات (که دیوکتیل فتالات یا DOP نیز نامیده می شود) با 70 قسمت PVC دارای Tg حدود 10- درجه سانتیگراد (15 درجه فارنهایت) است که آن را برای استفاده به عنوان شلنگ باغچه مناسب می کند.

اگرچه سایر پلیمرها را می توان پلاستیکی کرد، PVC در پذیرش و نگهداری نرم کننده هایی با ترکیب شیمیایی و اندازه مولکولی بسیار متفاوت است. نرم کننده همچنین ممکن است اشتعال پذیری، بو، زیست تخریب پذیری و هزینه محصول نهایی را تغییر دهد.

کاربرد رنگ ها در مراحل تولید پلاستیک

کاربرد رنگ ها در مراحل تولید پلاستیک

برای اکثر کاربردهای مصرف کننده، پلاستیک ها رنگی هستند. سهولت در ترکیب رنگ در یک محصول قالب‌گیری شده مزیت پلاستیک نسبت به فلزات و سرامیک‌ها است که برای رنگ به پوشش‌ها بستگی دارد. رنگدانه های محبوب برای رنگ آمیزی پلاستیک ها عبارتند از دی اکسید تیتانیوم و اکسید روی (سفید)، کربن (سیاه) و سایر اکسیدهای معدنی مختلف مانند آهن و کروم. ترکیبات آلی را می توان برای افزودن رنگ به عنوان رنگدانه (غیر محلول) یا رنگ (محلول) استفاده کرد.

سفره یکبار مصرف مجلسی طلاکوب فیلجون

یکی از محصولات جدید مانا الماس سفره مجلسی طلاکوب فیلجون است که از ترکیب رنگ های جذاب و با چاپ طلاکوب و نقره کوب تولید شده است. این سفره بسیار باکیفیت بوده و برای مهمانی های پرترافیک پیشنهاد عالی است.

تقویت کننده ها و مراحل تولید پلاستیک

آرماتورها همانطور که از نام آن پیداست برای افزایش خواص مکانیکی پلاستیک استفاده می شود. سیلیس ریز تقسیم شده، کربن سیاه، تالک، میکا و کربنات کلسیم و همچنین الیاف کوتاه از انواع مواد را می توان به عنوان پرکننده ذرات ترکیب کرد. (استفاده از الیاف بلند یا حتی پیوسته به عنوان تقویت کننده، به ویژه با گرماسخت، در زیر در تقویت فیبر توضیح داده شده است.) ترکیب مقادیر زیادی پرکننده ذرات در طول ساخت پلاستیک هایی مانند پلی پروپیلن و پلی اتیلن می تواند سفتی آنها را افزایش دهد. زمانی که دما کمتر از Tg پلیمر باشد، تأثیر آن کمتر است.

تثبیت کننده ها

برای اینکه یک پلاستیک در هر کاربری عمر مفید و طولانی داشته باشد، خواص آن پلاستیک باید تا حد امکان با گذشت زمان تغییر کند. تثبیت کننده ها معمولاً در مقادیر کم برای مقابله با اثرات پیری اضافه می شوند.

از آنجایی که تمام پلیمرهای مبتنی بر کربن در معرض اکسیداسیون هستند، رایج ترین تثبیت کننده ها آنتی اکسیدان ها هستند. فنل‌های مانع و آمین‌های سوم در پلاستیک‌ها در غلظت‌های کم‌تر از چند قسمت در میلیون استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، هیدروکسی تولوئن بوتیله (BHT) در فیلم های بسته بندی پلی الفین برای مواد غذایی و دارویی استفاده می شود. PVC به افزودن تثبیت کننده های حرارتی به منظور کاهش هیدروهالوژناسیون (از دست دادن کلرید هیدروژن [HCl]) در دمای پردازش نیاز دارد.

صابون‌های روی و کلسیم، مرکاپتیدهای ارگانوتین و فسفیت‌های آلی از جمله افزودنی‌های مؤثر هستند. تثبیت کننده های دیگر به طور خاص برای کاهش تخریب توسط نور خورشید، ازن و عوامل بیولوژیکی طراحی شده اند.

فرآوری و ساخت پلاستیک

فرآوری مواد خام به اشکال قابل استفاده را ساخت یا تبدیل می نامند. یک مثال از صنعت پلاستیک تبدیل گلوله های پلاستیکی به فیلم یا تبدیل فیلم ها به ظروف غذا است. در این بخش اختلاط، شکل دهی، تکمیل و تقویت الیاف پلاستیک ها به نوبه خود توضیح داده شده است.

مرکب شدن و مراحل تولید پلاستیک

اولین مرحله در اکثر مراحل تولید پلاستیک، ترکیب کردن است، مخلوط کردن مواد اولیه مختلف با هم به نسبت طبق یک دستور العمل خاص. اغلب رزین‌های پلاستیکی به صورت گلوله‌های استوانه‌ای (به قطر و طول چند میلی‌متر) یا به صورت پولک و پودر در اختیار سازنده قرار می‌گیرند. اشکال دیگر عبارتند از مایعات چسبناک، محلول ها و سوسپانسیون ها.

اختلاط مایعات با سایر مواد ممکن است در مخازن همزن معمولی انجام شود، اما عملیات خاصی نیاز به ماشین آلات خاصی دارد. ترکیب خشک به مخلوط کردن مواد خشک قبل از استفاده بیشتر، مانند مخلوط رنگدانه ها، تثبیت کننده ها یا تقویت کننده ها اشاره دارد. با این حال، پلی وینیل کلراید (PVC) به عنوان یک پودر متخلخل را می توان با یک نرم کننده مایع در یک فرورفتگی به نام مخلوط کن نواری یا در یک ظرف غلتکی ترکیب کرد.

این فرآیند ترکیب خشک نیز نامیده می شود، زیرا مایع به منافذ رزین نفوذ می کند و مخلوط نهایی که حاوی 50 درصد نرم کننده است، همچنان پودری با جریان آزاد است که به نظر می رسد خشک است.

مرکب شدن و مراحل تولید پلاستیک

میکسر پرکار صنایع پلاستیک و لاستیک، همزن داخلی است که در آن گرما و فشار به طور همزمان اعمال می شود. میکسر Banbury شبیه یک خمیر زن قوی است که دو روتور مارپیچی قطع شده در جهت مخالف با سرعت 30 تا 40 چرخش در دقیقه حرکت می کنند. عمل برش شدید است و توان ورودی می تواند تا 1200 کیلووات برای یک دسته 250 کیلوگرمی (550 پوندی) رزین مذاب با رنگدانه ریز تقسیم شده باشد.

در برخی موارد، اختلاط ممکن است با مرحله اکستروژن یا قالب گیری، مانند اکسترودرهای دو مارپیچ، ادغام شود.

تشکیل پلاستیک

فرآیند شکل‌دهی پلاستیک به اشکال مختلف معمولاً شامل مراحل ذوب، شکل‌دهی و انجماد می‌شود. به عنوان مثال، گلوله های پلی اتیلن را می توان در بالای Tm گرم کرد، در قالب تحت فشار قرار داد و تا زیر Tm سرد کرد تا محصول نهایی از نظر ابعادی پایدار باشد. به طور کلی ترموپلاستیک ها با سرد کردن زیر Tg یا Tm جامد می شوند. ترموست ها با حرارت دادن به منظور انجام واکنش های شیمیایی لازم برای تشکیل شبکه جامد می شوند.

اکستروژن در مراحل تولید پلاستیک

در اکستروژن، یک پلیمر ذوب شده از طریق یک روزنه با سطح مقطع خاص (قالب) عبور داده می شود و یک شکل پیوسته با سطح مقطع ثابت مشابه سطح روزنه تشکیل می شود. اگرچه ترموست ها را می توان با گرم کردن اکسترود اکسترود کرد و به هم متصل کرد، ترموپلاستیک هایی که اکسترود می شوند و با سرد کردن جامد می شوند بسیار رایج تر هستند.

از جمله محصولات قابل تولید به روش اکستروژن می توان به فیلم، ورق، لوله، عایق و سایدینگ خانگی اشاره کرد. در هر مورد پروفیل با هندسه قالب تعیین می شود و انجماد با سرد کردن انجام می شود.

اکثر کیسه های پلاستیکی مواد غذایی و موارد مشابه با اکستروژن مداوم لوله ساخته می شوند. در اکستروژن دمشی، لوله قبل از خنک شدن با جریان دادن به اطراف حباب هوای عظیم منبسط می شود. با فرو ریختن فیلم در طرف دیگر حباب از خروج هوا از حباب جلوگیری می شود. برای برخی کاربردها، ساختارهای چند لایه ممکن است با اکسترود کردن بیش از یک ماده به طور همزمان از طریق یک قالب یا از طریق قالب های متعدد ساخته شوند.

محصولات قابل تولید به روش اکستروژن

فیلم‌های چندلایه مفید هستند زیرا لایه‌های بیرونی ممکن است به استحکام و مقاومت در برابر رطوبت کمک کنند در حالی که یک لایه داخلی ممکن است نفوذپذیری اکسیژن را کنترل کند - یک عامل مهم در بسته‌بندی مواد غذایی. لایه های لایه ای ممکن است از طریق اکستروژن دمشی تشکیل شوند، یا اکسترودهای سه ماشین ممکن است در یک بلوک قالب به هم فشرده شوند تا یک صفحه تخت سه لایه تشکیل شود که متعاقباً با تماس با یک رول سرد خنک می شود.

جریان از طریق یک قالب در اکستروژن همیشه منجر به جهت گیری مولکول های پلیمر می شود. جهت گیری ممکن است با کشش افزایش یابد - یعنی کشیدن اکسترود در جهت جریان پلیمر یا در جهت دیگری قبل یا بعد از انجماد جزئی. در فرآیند اکستروژن دمشی، مولکول‌های پلیمر در اطراف محیط کیسه و همچنین در طول آن قرار می‌گیرند، که منجر به ساختاری دو محوره می‌شود که اغلب دارای خواص مکانیکی برتری نسبت به مواد غیر جهت‌دار است.

قالب گیری فشاری و مراحل تولید پلاستیک

در ساده‌ترین شکل قالب‌گیری فشاری، یک پودر قالب‌گیری (یا گلوله‌ها که گاهی اوقات پودر قالب‌گیری نیز نامیده می‌شود) حرارت داده می‌شود و در همان زمان به شکل خاصی فشرده می‌شود. در مورد گرماسخت، ذوب باید سریع باشد، زیرا یک شبکه بلافاصله شروع به تشکیل می‌کند و ضروری است که مذاب قبل از اینکه انجماد تا جایی که جریان متوقف شود، قالب را کاملاً پر کند. پلاستیک قالب‌گیری شده با پیوند متقابل را می‌توان بدون خنک کردن قالب جدا کرد.

افزودن شارژ بعدی به قالب با فشرده کردن مقدار دقیق پودر قالب گیری سرد به یک "بیسکویت" از پیش ساخته شده، تسهیل می شود. همچنین، بیسکویت را می توان قبل از قرار دادن در حفره قالب توسط انرژی مایکروویو تا نزدیک دمای واکنش گرم کرد. یک بخاری معمولی، که ظاهراً شبیه اجاق مایکروویو است، ممکن است تا 10 کیلو ولت در فرکانس یک مگاهرتز اعمال شود. ماشین‌های قالب‌گیری تجاری از فشارها و دماهای بالا برای کوتاه کردن زمان چرخه هر قالب استفاده می‌کنند. محصول قالب‌گیری شده با عمل پین‌های اجکتور به بیرون از حفره رانده می‌شود که با باز شدن قالب به طور خودکار عمل می‌کنند.

در برخی موارد، فشار دادن رزین به داخل قالب قبل از اینکه مایع شود، ممکن است باعث ایجاد تنش های نامناسب در قسمت های دیگر شود. به عنوان مثال، درج های فلزی برای قالب گیری در یک اتصال دهنده الکتریکی پلاستیکی ممکن است از موقعیت خود خم شوند. این مشکل با قالب گیری انتقالی حل می شود که در آن رزین در یک محفظه مایع شده و سپس به حفره قالب منتقل می شود.

در یک شکل از قالب گیری فشاری، ممکن است یک لایه از مواد تقویت کننده قبل از معرفی رزین گذاشته شود. گرما و فشار نه تنها جرم را به شکل دلخواه می‌سازد، بلکه آرماتور و رزین را به شکلی کاملاً متصل ترکیب می‌کند. هنگامی که از صفحات تخت به عنوان قالب استفاده می شود، ورق هایی از مواد مختلف را می توان با هم قالب زد تا یک ورق چند لایه را تشکیل دهد. تخته چندلای معمولی نمونه ای از ورقه ورقه ای با ترموست است. در تخته سه لا، لایه‌های چوب هم به یکدیگر می‌چسبند و هم توسط گرماسختی مانند اوره فرمالدئید آغشته می‌شوند که شبکه‌ای را در هنگام گرم کردن تشکیل می‌دهد.

قالب گیری تزریقی

 

قالب‌گیری ترموپلاستیک‌ها با استفاده از روش‌های قالب‌گیری فشرده‌ای که در بالا توضیح داده شد، معمولا کند و ناکارآمد است. مخصوصاً لازم است یک قطعه ترموپلاستیک قبل از خارج کردن آن از قالب خنک شود و این مستلزم آن است که جرم فلزی که قالب را تشکیل می دهد نیز سرد شود و سپس برای هر قسمت دوباره گرم شود. قالب گیری تزریقی روشی برای غلبه بر این ناکارآمدی است. قالب‌گیری تزریقی شبیه قالب‌گیری انتقالی است زیرا مایع شدن رزین و تنظیم جریان آن در قسمتی از دستگاه انجام می‌شود که داغ باقی می‌ماند، در حالی که شکل‌دهی و خنک‌سازی در قسمتی انجام می‌شود که خنک می‌ماند.

در ماشین قالب گیری تزریقی پیستونی، مواد تحت نیروی گرانش از قیف روی یک پیچ گردان جریان می یابد. انرژی مکانیکی تامین شده توسط پیچ، همراه با گرمکن های کمکی، رزین را به حالت مذاب تبدیل می کند. در همان زمان پیچ به سمت انتهای قیف جمع می شود. هنگامی که مقدار کافی رزین ذوب می شود، پیچ به سمت جلو حرکت می کند و به عنوان یک قوچ عمل می کند و پلیمر را از طریق دروازه ای به داخل قالب خنک می کند.

هنگامی که پلاستیک در قالب جامد شد، قالب از حالت گیره خارج می شود و باز می شود و قطعه توسط پین های اجکتور خودکار از قالب خارج می شود. سپس قالب بسته می شود و پیچ دوباره می چرخد ​​و جمع می شود تا چرخه مایع شدن یک افزایش جدید رزین تکرار شود. برای قطعات کوچک، چرخه ها می توانند به اندازه چندین تزریق در دقیقه سریع باشند.

قالب گیری تزریقی واکنش

یک نوع ترموست تشکیل دهنده شبکه، پلی اورتان، از طریق فرآیندی به نام قالب گیری تزریقی واکنش یا RIM به قطعاتی مانند ضربه گیر خودرو و پانل های داخلی قالب گیری می شود. دو پیش ساز مایع پلی یورتان عبارتند از یک ایزوسیانات چند منظوره و یک پیش پلیمر، یک پلی اتر یا پلی استر با وزن مولکولی کم که دارای چندین گروه انتهایی واکنش پذیر مانند هیدروکسیل، آمین یا آمید است. در حضور یک کاتالیزور مانند صابون قلع، دو واکنش دهنده به سرعت شبکه ای را تشکیل می دهند که عمدتاً توسط گروه های یورتان به هم می پیوندند.

واکنش آنقدر سریع انجام می شود که دو پیش ساز باید در یک سر اختلاط مخصوص ترکیب شده و بلافاصله وارد قالب شوند. با این حال، هنگامی که محصول در قالب قرار می گیرد، به فشار بسیار کمی برای پر شدن و انطباق با قالب نیاز دارد - به خصوص که مقدار کمی گاز در فرآیند تزریق ایجاد می شود و حجم پلیمر را گسترش می دهد و مقاومت در برابر جریان را کاهش می دهد. فشار کم قالب گیری اجازه می دهد تا از قالب های نسبتا سبک و ارزان استفاده شود، حتی زمانی که اقلام بزرگی مانند مجموعه سپر یا درب یخچال تشکیل می شوند.

قالب گیری دمشی

محبوبیت ظروف ترموپلاستیک برای محصولاتی که قبلاً به صورت شیشه ای به بازار عرضه می شدند به دلیل توسعه قالب گیری دمشی است. در این روش، یک لوله توخالی ترموپلاستیک، پاریزون، با قالب گیری تزریقی یا اکستروژن تشکیل می شود. در شکل گرم شده، لوله در یک انتها مهر و موم شده و سپس مانند یک بالون منفجر می شود. انبساط در یک قالب تقسیم شده با سطح سرد انجام می شود. همانطور که ترموپلاستیک با سطح برخورد می کند،سرد می شود و از نظر ابعادی پایدار می شود.

قالب گیری دمشی در مراحل تولید پلاستیک

پاریسون را می‌توان طوری برنامه‌ریزی کرد که با ضخامت دیواره‌های متفاوت در طول آن شکل می‌گیرد، به طوری که وقتی در قالب گسترش می‌یابد، ضخامت دیواره نهایی در گوشه‌ها و سایر مکان‌های بحرانی کنترل می‌شود. در فرآیند انبساط هم از نظر قطر و هم از نظر طول (قالب‌گیری ضربه‌ای کششی)، پلیمر به صورت دو محوری جهت‌گیری می‌کند که منجر به افزایش استحکام و به ویژه در مورد پلی اتیلن ترفتالات (PET) افزایش بلورینگی می‌شود.

قالب گیری دمشی برای تولید بطری های پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، پلی کربنات، PVC و PET برای محصولات مصرفی داخلی استفاده شده است. همچنین برای تولید مخازن سوخت خودروها استفاده شده است. در مورد مخزن پلی اتیلن با چگالی بالا، ماده دمیده شده ممکن است بیشتر با تری اکسید گوگرد تصفیه شود تا مقاومت در برابر تورم یا نفوذ بنزین بهبود یابد.

ریخته گری و غوطه وری

هر فرآیند شکل دهی نیاز به فشار زیاد ندارد. اگر ماده ای که قرار است قالب گیری شود از قبل یک مایع پایدار است، به سادگی ریختن (ریخته گری) مایع در قالب ممکن است کافی باشد. از آنجایی که قالب نباید حجیم باشد، حتی گرمایش و سرمایش چرخه ای برای یک ترموپلاستیک به طور موثر انجام می شود.

یکی از نمونه‌های ترموپلاستیک ریخته‌گری، سوسپانسیونی از ذرات PVC کم تخلخل و ریز تقسیم‌شده در یک نرم‌کننده مانند دیوکتیل فتالات (DOP) است. این سوسپانسیون مایعی با جریان آزاد (پلاستیزول) تشکیل می دهد که برای ماه ها پایدار است. با این حال، اگر سوسپانسیون (به عنوان مثال، 60 قسمت PVC و 40 قسمت نرم کننده) به مدت پنج دقیقه تا 180 درجه سانتیگراد (356 درجه فارنهایت) حرارت داده شود،

PVC و نرم کننده یک ژل همگن تشکیل می دهند که با سرد شدن به اجزای آن جدا نمی شود. بازگشت به دمای اتاق را می توان با استفاده از قالب های ارزان قیمت و چرخه ای که فقط به چند دقیقه نیاز دارد از یک پلاستیزول ریخته شود. علاوه بر این، هنگامی که قالبی به شکل دست در پلاستیزول فرو می‌رود و سپس خارج می‌شود، گرمایش بعدی باعث تولید دستکش یکبار مصرف نایلونی می‌شود که می‌توان آن را پس از سرد شدن از قالب جدا کرد.

مواد ترموست نیز می توانند ریخته گری شوند. به عنوان مثال، مخلوطی از پلیمر و مونومرهای چند منظوره با آغازگرها را می توان در یک قالب گرم شده ریخت. هنگامی که پلیمریزاسیون کامل شد، می توان محصول را از قالب خارج کرد. با استفاده از یک مونومر کربنات دی آلیل دی گلیکول و یک آغازگر رادیکال آزاد می توان یک عدسی شفاف را به این روش تشکیل داد.

قالب گیری چرخشی در مراحل تولید پلاستیک

برای ساختن یک محصول توخالی، می توان یک قالب تقسیم شده را تا حدی با یک پلاستیزول یا یک پودر پلیمری ریز تقسیم شده پر کرد. چرخش قالب در حین حرارت دادن، مایع را تبدیل می کند یا پودر را به یک لایه پیوسته در سطح داخلی قالب ذوب می کند. وقتی قالب خنک شد و باز شد، می توان قسمت توخالی را جدا کرد. از جمله محصولات تولید شده به این روش می توان به اسباب بازی های زیادی مانند توپ و عروسک اشاره کرد.

ترموفرمینگ و قالب گیری سرد

هنگامی که ورقه ای از ترموپلاستیک بالاتر از Tg یا Tm گرم می شود، ممکن است قادر به تشکیل یک غشای آزاد و انعطاف پذیر باشد تا زمانی که وزن مولکولی آن به اندازه کافی بالا باشد که کشش را تحمل کند. در این حالت گرم شده، ورق را می توان با خلاء در تماس با سطح سرد قالب کشید، جایی که تا زیر Tg یا Tm سرد می شود و از نظر ابعادی به شکل قالب پایدار می شود. فنجان برای نوشیدنی های سرد به این روش از پلی استایرن یا PET تشکیل می شود.

شکل دهی خلاء تنها یکی از انواع ترموفرمینگ ورق است. قالب‌گیری دمشی بطری‌هایی که در بالا توضیح داده شد تنها از این جهت با شکل‌دهی حرارتی تفاوت دارد که شکل آغازین آن یک لوله به جای ورق است.

حتی بدون گرم کردن، برخی از ترموپلاستیک ها را می توان با اعمال فشار کافی به اشکال جدید در آورد. این روش که قالب‌گیری سرد نامیده می‌شود، برای ساخت فنجان‌های مارگارین و سایر ظروف غذای یخچال‌دار از ورقه‌های کوپلیمر آکریلونیتریل-بوتادین-استایرن استفاده شده است.

کف کردن پلاستیک

کف کردن پلاستیک

فوم ها که پلاستیک های منبسط شده نیز نامیده می شوند دارای ویژگی های ذاتی هستند که آنها را برای کاربردهای خاص مناسب می کند. به عنوان مثال، هدایت حرارتی یک فوم کمتر از پلیمر جامد است. همچنین، یک پلیمر فوم دار نسبت به پلیمر جامد برای هر وزن معینی از ماده، سفت تر است. در نهایت، تنش‌های فشاری معمولاً باعث فروپاشی فوم‌ها می‌شوند در حالی که انرژی زیادی را جذب می‌کنند، که یک مزیت آشکار در بسته‌بندی محافظ است. خواصی از این قبیل را می توان با انتخاب پلیمر و نحوه تشکیل یا ساخت فوم متناسب با کاربردهای مختلف تنظیم کرد. بزرگترین بازارهای پلاستیک فوم دار در عایق خانگی (پلی استایرن، پلی اورتان، فنل فرمالدئید) و بسته بندی، از جمله ظروف مختلف یکبار مصرف مواد غذایی و نوشیدنی و نیز سفره های یکبار مصرف است.

ترموپلاستیک فوم دار

طبق مراحل تولید پلاستیک گلوله های پلی استایرن را می توان در دمای اتاق و فشار متوسط به ایزوپنتان آغشته کرد. هنگامی که گلوله ها گرم می شوند، می توان همزمان با تبخیر ایزوپنتان، آنها را با هم ذوب کرد و پلی استایرن را کف کرد و مجموعه را همزمان خنک کرد. معمولاً گلوله ها قبل از قرار دادن در قالب تا حدی از قبل فوم می شوند تا یک فنجان یا نوعی بسته بندی سفت و سخت را تشکیل دهند. گلوله های آغشته به ایزوپنتان نیز ممکن است تحت فشار حرارت داده شوند و اکسترود شوند، در این صورت یک ورقه پیوسته از پلی استایرن فوم به دست می آید که می تواند در حالی که هنوز گرم است به بسته بندی، ظروف یا کارتن تخم مرغ تبدیل شود.

فوم‌های ساختاری را می‌توان با تزریق نیتروژن یا گازهای دیگر به یک ترموپلاستیک مذاب مانند پلی استایرن یا پلی پروپیلن تحت فشار در اکسترودر تولید کرد. فوم های تولید شده به این روش متراکم تر از فوم هایی هستند که در بالا توضیح داده شد، اما از استحکام و استحکام بسیار خوبی برخوردار هستند و آنها را برای مبلمان و سایر مصارف معماری مناسب می کند.

یکی از راه های ساخت فوم از انواع ترموپلاستیک ها، ترکیب موادی است که در هنگام گرم شدن، برای تولید گاز تجزیه می شود. برای اینکه ماده دمنده موثری باشد، ماده باید تقریباً در دمای قالب گیری پلاستیک تجزیه شود، در محدوده دمایی باریکی تجزیه شود، حجم زیادی از گاز تولید شود و البته استفاده از آن بی خطر باشد. در مراحل تولید پلاستیک یکی از عوامل تجاری آزودی کربنامید است که معمولا با برخی مواد دیگر ترکیب می شود تا دمای تجزیه را تغییر دهد و به پراکندگی عامل در رزین کمک کند.

یک مول (116 گرم) آزودی کربنامید حدود 39000 سانتی متر مکعب نیتروژن و گازهای دیگر در دمای 200 درجه سانتی گراد تولید می کند. بنابراین، افزودن 1 گرم به 100 گرم پلی اتیلن می تواند کفی با حجم بیش از 800 سانتی متر مکعب ایجاد کند. پلیمرهایی که می توانند با مواد دمنده کف شوند عبارتند از پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، پلی آمیدها و PVC پلاستیکی شده.

ترموست فوم دار و مراحل تولید پلاستیک

ترموست فوم دار

واکنش سریع ایزوسیانات ها با پیش پلیمرهای حامل هیدروکسیل برای ساختن پلی یورتان ها در قالب گیری تزریقی واکنش در بالا ذکر شده است. این مواد همچنین می توانند با ترکیب یک مایع فرار، که تحت گرمای واکنش تبخیر شده و مخلوط واکنش پذیر را تا حد زیادی کف می کنند، کف کنند. صلبیت شبکه به اجزای انتخاب شده به ویژه پیش پلیمر بستگی دارد.

پلی‌اترهای پایانه‌دار هیدروکسیل اغلب برای تهیه فوم‌های انعطاف‌پذیر استفاده می‌شوند که در روکش زدن مبلمان استفاده می‌شوند. از سوی دیگر، پلی‌استرهای پایانه‌دار هیدروکسیل برای ساخت فوم‌های سفت و سخت مانند فوم‌هایی که در بسته‌بندی سفارشی لوازم استفاده می‌شوند، محبوب هستند. چسبندگی خوب پلی یورتان ها به سطوح فلزی کاربردهای جدیدی مانند پر کردن و ساختن اجزای خاص هواپیما (به عنوان مثال سکان و آسانسور) را به همراه داشته است.

یکی دیگر از ترموست های سفت و سخت که می توان در محل کف کرد، بر پایه رزین های فنل فرمالدئید است. مرحله نهایی تشکیل شبکه با افزودن یک کاتالیزور اسیدی در حضور یک مایع فرار انجام می شود.

به پایان رساندن مراحل تولید پلاستیک

پیوستن

برخی از پلاستیک‌ها را می‌توان به روشی مشابه فلزات با جوشکاری به یکدیگر متصل کرد. معمولاً سطوح از طریق تماس با یکدیگر و گرم شدن توسط رسانایی یا حرارت دی الکتریک به یکدیگر متصل می شوند. آب بندی حرارتی کیسه های ساخته شده از لوله های پلی اولفین های دمشی مانند پلی اتیلن و پلی پروپیلن معمولاً نیاز به تماس با میله آب بندی داغ دارد. پی وی سی دارای تلفات دی الکتریک به اندازه کافی بالاست که می تواند با قرار گرفتن در معرض میدان الکتریکی با فرکانس بالا و ولتاژ بالا، گرما را در سراسر ماده ایجاد کند.

ماشینکاری

ترموپلاستیک های سخت و ترموست را می توان با فرآیندهای معمولی مانند حفاری، اره کردن، چرخاندن ماشین تراش، سنباده کاری و سایر عملیات ماشین کاری کرد. ترموست های تقویت شده با شیشه به چرخ دنده ها، قرقره ها و اشکال دیگر تبدیل می شوند، به ویژه زمانی که تعداد قطعات ساخت یک قالب فلزی را توجیه نمی کند. اشکال مختلف را می توان از ورقه های ترموپلاستیک و ترموست جدا کرد. به عنوان مثال، فنجان های ساخته شده با شکل گیری خلاء، با استفاده از یک قالب تیز از ورق مادر بریده می شوند. در مورد یک ترموپلاستیک مانند پلی استایرن، ورق ضایعات باقیمانده را می توان دوباره آسیاب کرد و دوباره قالب زد.

پوشش دهی با رنگ در مراحل تولید پلاستیک

پوشش با رنگ در تولید پلاستیک

اگرچه ممکن است رنگ به شکل رنگدانه یا رنگ در سراسر یک کالای پلاستیکی اضافه شود، اما کاربردهای زیادی وجود دارد که در آن پوشش سطح برای اهداف حفاظتی یا تزئینی ارزشمند است. سپرهای خودرو تولید شده توسط قالب گیری تزریقی واکنشی را می توان به گونه ای رنگ آمیزی کرد که با بقیه بدنه مطابقت داشته باشد. در اعمال پوشش روی پلاستیک ها مهم است که حلال مورد استفاده باعث تورم بستر زیرین نشود. به همین دلیل، رنگ‌های پراکندگی لاتکس مورد پسند قرار گرفته‌اند، اگرچه عملیات سطحی برای ایجاد پیوند خوب با این مواد ضروری است.

تقویت فیبر

اصطلاح کامپوزیت زمینه پلیمری به تعدادی از مواد مبتنی بر پلاستیک که در آنها چندین فاز وجود دارد، اطلاق می شود. اغلب برای توصیف سیستم هایی استفاده می شود که در آنها یک فاز پیوسته (ماتریس) پلیمری است و فاز دیگر (تقویت کننده) حداقل یک بعد طولانی دارد. کلاس‌های اصلی کامپوزیت‌ها شامل لایه‌های مجزا (لامینیت‌های ساندویچی) و آنهایی است که با حصیرهای الیافی، پارچه‌های بافته شده یا رشته‌های طولانی و پیوسته از شیشه یا مواد دیگر تقویت شده‌اند.

فایبرگلاس

تقویت الیافی در مصارف رایج تقریباً مترادف با فایبرگلاس در تولید پلاستیک

تقویت الیافی در مصارف رایج تقریباً مترادف با فایبرگلاس است، اگرچه از مواد فیبری دیگر (کربن، بور، فلزات، پلیمرهای آرامید) نیز استفاده می شود. الیاف شیشه به صورت تشک هایی از میکروفیبریل های با جهت گیری تصادفی، به صورت پارچه بافته شده و به صورت رشته های پیوسته یا ناپیوسته عرضه می شود.

Hand lay-up یک روش همه کاره است که در ساخت سازه های بزرگ مانند مخازن، استخرها و بدنه قایق ها استفاده می شود. در این شیوه، تشک های الیاف شیشه روی قالب چیده شده و با یک رزین تشکیل دهنده ماتریس، مانند محلولی از پلی استر غیراشباع (60 قسمت) در مونومر استایرن (40 قسمت) همراه با آغازگرهای پلیمریزاسیون رادیکال آزاد اسپری می شوند. تشک را می توان از قبل آغشته به رزین عرضه کرد. پلیمریزاسیون و تشکیل شبکه ممکن است به گرمایش نیاز داشته باشد،

اگرچه سیستم‌های "ردوکس" رادیکال آزاد می‌توانند پلیمریزاسیون را در دمای اتاق آغاز کنند. قالب گیری ممکن است با پوشاندن قالب با یک پتو و اعمال خلاء بین پتو و سطح یا زمانی که حجم تولید آن را توجیه می کند با استفاده از یک قالب فلزی منطبق فشرده شود.

نخ های چند رشته ای پیوسته از رشته هایی با چند صد رشته تشکیل شده است که قطر هر یک از آنها 5 تا 20 میکرومتر است. اینها از طریق فرآیندی به نام سیم پیچی رشته ای در یک ماتریس پلاستیکی ادغام می شوند که در آن رشته های آغشته به رزین به دور شکلی به نام سنبه پیچیده می شوند و سپس با رزین ماتریکس پوشانده می شوند.

هنگامی که رزین ماتریکس به شبکه تبدیل می شود، استحکام در جهت حلقه بسیار زیاد است (که اساساً الیاف شیشه است). اپوکسی ها به دلیل چسبندگی خوبشان به الیاف شیشه اغلب به عنوان رزین های ماتریکس استفاده می شوند، اگرچه مقاومت در برابر آب ممکن است به خوبی پلی استرهای غیر اشباع نباشد.

روشی برای تولید پروفیل (اشکال مقطعی) با تقویت الیاف پیوسته، پالتروژن است. همانطور که از نام پیداست، pultrusion شبیه اکستروژن است، با این تفاوت که الیاف آغشته شده از طریق قالبی که نمایه را مشخص می‌کند، کشیده می‌شوند و در حین گرم شدن، یک شبکه پایدار از نظر ابعادی تشکیل می‌دهند.

بازیافت و بازیابی منابع از پلاستیک های تولید شده

در بسیاری از شهرداری‌ها، روش مطلوب دفع زباله‌های جامد در محل‌های دفن بهداشتی است که در آن لایه‌های زباله با لایه‌هایی از خاک متناوب می‌شوند. با این حال، نگرانی ها در مورد خرد چنین کاربری زمین، تلاش هایی را برای دفع مواد مختلف با بازیافت آنها برای استفاده مجدد یا به دست آوردن برخی از مزایای مثبت تشویق کرده است. ظروف کاغذی و شیشه ای و آلومینیومی سال هاست که تا حدودی بازیافت می شوند و در سال های اخیر بازیافت پلاستیک رایج شده است. مشکلات فنی و اقتصادی متعددی در بازیافت پلاستیک وجود دارد. آنها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

(1) شناسایی، تفکیک (یا مرتب سازی)، و جمع آوری در ایستگاه های مرکزی

(2) اقتصاد بازیابی ارزش.

شناسایی، تفکیک، تجمع زباله های پلاستیکی

شناسایی، تفکیک، تجمع زباله های پلاستیکی

از آنجایی که پلاستیک های مورد استفاده در بسته بندی بخشی بسیار قابل مشاهده (تقریباً 20 درصد حجمی اما کمتر از 10 درصد وزن) از جریان زباله را تشکیل می دهند، بیشتر تلاش ها برای بازیافت روی ظروف متمرکز شده است. تقریباً تمام بطری‌ها، سینی‌های غذا، فنجان‌ها و ظروف ساخته‌شده از مواد پلاستیکی اصلی اکنون دارای یک شماره شناسایی هستند که در یک مثلث همراه با یک علامت اختصاری محصور شده است.

علاوه بر چنین برچسب‌هایی، در بسیاری از مناطق، مصرف‌کنندگان تشویق می‌شوند تا ظروف خالی نوشیدنی را به محل خرید بازگردانند، زیرا در زمان خرید، باید مبلغی را برای هر واحد پرداخت کنند. این سیستم به حل دو مشکل عمده مرتبط با بازیافت اقتصادی کمک می کند، زیرا مصرف کننده ای که به دنبال بازگرداندن سپرده است، مرتب سازی را انجام می دهد و فروشگاه ها پلاستیک ها را در مکان های مرکزی جمع می کنند. یکی از جذابیت های اضافی قوانین سپرده کاهش قابل توجه زباله های کنار جاده است.

با این حال، در حالی که چنین اقداماتی به افزایش چشمگیر نرخ بازیافت بطری های پلاستیکی کمک کرده است - به ویژه آنهایی که از پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) ساخته شده اند - کمتر از 10 درصد از تمام محصولات پلاستیکی پس از اولین استفاده بازیافت می شوند. (از طرف دیگر، بیشتر پلاستیک ها در کاربردهای طولانی مدت مانند ساخت و ساز، لوازم خانگی و اثاثیه منزل استفاده می شوند که بازیافت کارآمد برای آنها دشوار است.)

بازیابی اقتصادی ارزش نایلون های تولیدی

به طور کلی، مواد ترموپلاستیک را می توان راحت تر از ترموست ها بازیافت کرد. با این حال، محدودیت‌های ذاتی در بازیافت حتی این مواد وجود دارد. اول، یک پلاستیک قابل بازیافت ممکن است توسط مواد غیر پلاستیکی یا پلیمرهای مختلف که محصول اصلی را تشکیل می‌دهند، آلوده شود. حتی در یک نوع پلیمر، تفاوت هایی در وزن مولکولی وجود دارد. به عنوان مثال، یک تامین کننده پلی استایرن ممکن است ماده ای با وزن مولکولی بالا برای سینی های مواد غذایی ورقه ای تولید کند، زیرا این فرآیند شکل دهی به نفع ویسکوزیته مذاب و خاصیت ارتجاعی بالا است.

در عین حال، تامین کننده ممکن است پلی استایرن با وزن مولکولی کم را برای قالب گیری تزریقی محصولات یکبار مصرف ارائه دهد، زیرا قالب گیری تزریقی با مذابی با ویسکوزیته کم و خاصیت ارتجاعی بسیار کمی کار می کند. اگر پلیمرهای هر دو نوع محصول در یک عملیات بازیافت مخلوط شوند، مواد مخلوط شده برای هیچ یک از کاربردهای اصلی چندان مناسب نخواهد بود.

یکی دیگر از عارضه های بازیافت پلاستیک، مخلوط شدن رنگدانه ها یا رنگ های مختلف با یکدیگر است و مشکل دیگر، مشکل کنترل کیفیت است. تقریباً همه پلاستیک‌ها در نتیجه ساخت و استفاده اولیه، کمی یا بسیار تغییر می‌کنند. به عنوان مثال، برخی از آنها به دلیل اتصال متقاطع یا بریدگی زنجیره ای (شکستن پیوندهای شیمیایی که زنجیره پلیمری را در کنار هم نگه می دارند) دچار تغییراتی در وزن مولکولی می شوند. برخی دیگر تحت اکسیداسیون قرار می گیرند، واکنش رایج دیگری که می تواند خواص پلاستیک را نیز تغییر دهد.

به دلایل فوق، پلاستیک های بازیافتی تقریباً همیشه در مقایسه با پلاستیک های بازیافت نشده دارای معایب خاصی هستند. بنابراین بیشتر ترموپلاستیک‌ها به کاربردهای کم‌تقاضا بازیافت می‌شوند. به عنوان مثال HDPE از کیسه های مواد غذایی با دیواره نازک ممکن است به گلدان های با دیواره ضخیم تبدیل شود. پلی وینیل کلرید (PVC) بازیافت شده از بطری ها ممکن است در مخروط های ترافیکی استفاده شود و PET بدست آمده از بطری‌های نوشیدنی را می‌توان شسته، خشک کرد و به صورت ذوب در داخل بالش‌ها و لباس‌ها ریخت.

پلاستیک های زائد را که نمی توان با نوع پلیمری جدا کرد، می توان به "الوار" پلاستیکی تبدیل کرد(اسلب های اکسترود شده که برای کاربردهایی مانند کفپوش های صنعتی و نیمکت های پارکی مناسب هستند. به دلیل ترکیب ناهمگن) الوار پلاستیک ذاتا ضعیف تر از پلیمرهای اصلی است. سایر فرآیندهای بازیافتی که از پلاستیک های مخلوط استفاده می کنند عبارتند از پیرولیز که مواد جامد را به ماده ای شبیه نفت تبدیل می کند و سوزاندن مستقیم که می تواند انرژی نیروگاه ها یا کوره های صنعتی را تامین کند.

علیرغم مشکلاتی که در ایجاد بازیافت پلاستیک در مقیاس بزرگ از نظر اقتصادی جذاب است، بسیاری از فرآیندهای موفق برای برنامه‌های کاربردی «طاقچه» با تعریف محدودتر توسعه یافته‌اند. تامین کنندگان خودرو بازیافت پلی یورتان ها را از داخل پنل ها و داشبوردها در صورت توجه مناسب به طراحی مواد اولیه امکان پذیر دانسته اند. پلی کربنات‌هایی که به‌طور گسترده در دیسک‌های فشرده استفاده می‌شوند بازیابی شده و به‌طور مؤثر مورد استفاده مجدد قرار گرفته‌اند.

محفظه های پلی پروپیلن باتری های خودرو را می توان در طی عملیات بازیافت سرب به صورت اقتصادی بازیابی کرد و سپس برای همان کاربرد دوباره قالب گیری کرد. برخی از تولیدکنندگان PET را با هیدرولیز یا متانولیز پلیمریزه می کنند. مواد به دست آمده را می توان با تقطیر خالص و سپس پلیمریزه مجدد کرد.

در اکثر عملیات بازیافت پلاستیک، اولین مرحله پس از مرتب سازی، خرد کردن و آسیاب کردن پلاستیک به شکل تراشه است که تمیز کردن و جابجایی آن در مراحل بعدی آسان تر است. معمولاً تراشه‌ها ابتدا شسته می‌شوند تا اقلام غیر پلاستیکی مانند برچسب‌ها، درپوش‌ها و چسب‌ها از بین بروند. اگر مواد از یک منبع باریک تعریف شده باشد، ممکن است بتوان تراشه های شسته شده را خشک کرد و بلافاصله آنها را به گلوله های قالب گیری اکسترود کرد یا حتی آنها را مستقیماً در الیاف اکسترود کرد. برای پلیمرهای "مخلوط زباله"، فرآیندهای جداسازی خودکار بر اساس تفاوت در چگالی یا حلالیت تا حدودی استفاده شده است.

پلاستیک های تجزیه پذیر

هیچ یک از پلاستیک های کالایی به سرعت در محیط زیست تخریب نمی شوند. با این وجود، برخی از دانشمندان و دوستداران محیط زیست، پلاستیک های زیست تخریب پذیر و تجزیه پذیر را به عنوان راه حلی برای مشکل زباله در نظر گرفته اند. برخی از "پلاستیک های زیستی" توسعه یافته اند، اما در مقیاس بزرگ در درجه اول به دلیل هزینه های تولید بالا و مشکلات پایداری در طول پردازش و استفاده از آنها موفق نبوده اند.

موارد مصرف سفره یکبار مصرف 450 گرمی طرح دار فیلجون

با افزایش تولید محصولات یکبار مصرف، بیشتر شرکت های تولید کننده به دنبال تولید محصولاتی هستند که طبیعت دوست باشند و به آسانی در محیط زیست تجزیه شوند.شرکت مانا الماس نیز با برند فیلجون محصول دوستداز طبیعت را با عنوان سفره 450 گرمی طرح دار فیلجون تولید می کند.

از سوی دیگر، حلقه‌های پلاستیکی که شش بسته قوطی‌های نوشابه و نوشیدنی را در کنار هم نگه می‌دارند، کاربرد مؤثری در استفاده از تخریب نوری دارند. یک کوپلیمر اتیلن با مقداری مونوکسید کربن حاوی گروه‌های کتون است که انرژی کافی از نور خورشید را جذب می‌کند تا باعث بریدگی گسترده زنجیره پلیمری شود. پلاستیک قابل تجزیه نور، که از نظر ظاهر و خواص بسیار شبیه پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) است، در عرض چند ماه پس از قرار گرفتن در آب و هوای آفتابی به پودر تجزیه می شود.


ثبت نظر



نظرات