به طور کلی استفاده از انواع کمک های فرآیند های پی وی سی برای فرمولاسیون های پی وی سی امری معمول و مطلوب است و پی وی سی بدون استفاده از افزودنی ها ، یک پلیمر شکندنده می باشد که به سرعت در مقابل نور و دمای بالا تخریب میشود . علاوه بر این ، دمای تخریب پی وی سی در حدود دما های فرآیندی آن است ، از این رو در حین فرآیند نیز احتمال تخریب شدن پلیمر وجود دارد .
در این قسمت یکی از مهم ترین افزودنی های پی وی سی یعنی کمک فرآیند ها مورد برسی قرار گرفته است . تا حدود ۸۰ سال پیش ، پی وی سی تنها یک ماده ای بود که در دانشگاه ها مورد برسی قرار می گرفت . در سال ۱۹۵۰-۱۹۴۰ پی وی سی نرم شده به یک پلاستیک مهم تجاری تبدیل شد . در این سال ها ، تلاش های زیادی برای یافتن یک افزودنی که بتواند به فرآیند پذیری پی وی سی کمک کند و در عین حال اثر نرم کنندگی نداشته باشد ، انجام شد .
در سال های ۱۹۶۰_۱۹۵۰ پلیمر های اکریلیکی با وزن مولکولی بالا به عنوان بهترین کمک فرآیند فرمولاسیون های پی وی سی شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفتند . ایده های اولیه جهت بهبود فرآیند پذیری پی وی سی ، شامل کاهش وزن مولکولی رزین ، تهیه ی کوپلیمر هایی از پی وی سی و وینیل استات و نیز استفاده از مقادیر ناچیز نرم کننده بودند . اما این ایده ها به دلیل محدودیت هایی که از نظر فرآیندی و خواص ایجاد می کردند ، چندان مورد قبول وارد نشدند .
حدود بیست سال بعد از اینکه حق اختراع اولین محصول پلاستیکی وینیلی دارای نرم کننده به سمون از بی اف گودریچ اعطا شد ، حق اختراع اولین کمک فرآیند نیز به دانشمند دیگری بنام گارلان ، از همین شرکت اعطا شد . در این ثبت اختراع کمک فرآیند هایی کوپلیمری از اکریلونیتریل و استایرن وجود داشت . اما در حدود پنج سال بعد یک اختراع دیگر توسط ادچاگرل از بی اف گودریچ ثبت شد که در آن به برسی کوپلیمر هایی از آلکیل متاکریلات ها و استایرن پرداخته شده بود .
نقش کمک فرآیند در آمیزه های پی وی سی
به طور کلی کمک فرآیند ها ، فرآیند پذیری فرمولاسیون های پی وی سی را تسهیل کرده و استحکام مذاب را افزایش می دهند . در ضمن این مواد ، به همگن شدن فرمولاسیون کمک کرده و بازگشت پذیری الاستیک فرمولاسیون ، پس از خروج از حدیده را نیز بهبود می دهند .
لازم به ذکر است که برخی از محققین بهبود فرآیند پذیری را ذوب سریع تر فرمولاسیون دانسته و در نتیجه نقش اصلی کمک فرآیند ها را افزایش و بهبود سرعت ذوب فرمولاسیون پی وی سی می دانند . در حالی که ذوب شدن سریع فرمولاسیون همیشه امر مطلوبی نیست . زیرا گاهی با افزایش سرعت ذوب ، یکنواختی مذاب دچار اشکال می شود .
افزایش یکنواختی مذاب
ذره پی وی سی دارای ساختار غیر معمولی است که همین امر سبب مشکل شدن فرآیند ذوب کامل فرمولاسیون های آن می شود . این ساختار ویژه به علت ویژگی های منحصر به فرد پلیمریزاسیون وی سی ام در پلیمریزاسیون توده ای و یا سوسپانسیونی و نیز به علت نامحلول بودن پی وی سی در وی سی ام بوجود می آید . ابتدا زنجیر های پلیمری رسوب کرده ، نواحی ریزی با قطر حدود ۱/۰ میکرون تشکیل می دهند و سپس این ذرات تجمع کرده و به ذرات جدیدی با قطری در حدود ۱ میکرون تبدیل می شوند که ذرات اولیه پی وی سی نامیده می شود .
در مرحله بعد ، این ذرات اولیه در کنار هم قرار گرفته ذرات پلیمری بزرگ تری که قطری در حدود ۱۰۰ میکرون دارند را تشکیل می دهند . این ساختار ذره ای پی وی سی در تمام روش های پلیمریزاسیون تشکیل می شود . اما در بعضی از روش های پلیمریزاسیون ممکن است پس از تولید ذرات پلیمری ساختار کمی تغییر کند . به عنوان مثال در روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی ذرات پلیمری تولید شده با یک پوسته که از کوپلیمر وینیل کلراید و عوامل پایدار کننده تشکیل شده ، پوشده میشود . از این رو به علت وجود این پوسته ، تنها از طریق اعمال حرارت نمی توان به ذوب یکنواخت و کامل فرمولاسیون پی وی سی دست یافت .
میزان تاثیر حضور یک کمک فرآیند در فرمولاسیون پی وی سی را میتوان با استفاده از نمودار های گشتاور بر حسب دما ، نشان داد . البته باید توجه داشت که گره خوردگی های بین مولکول های کمک فرآیند و زنجیر های پی وی سی نیز در افزایش میزان چسبندگی و بهبود اختلاط آمیزه نقش مهمی دارد . در ضمن با پیشرفت فرآیند میزان درجه ی گره خوردگی نقش مهم تری نیز در افزایش الاستیسیته ی مذاب ایفا می کند .
با توجه به اهمیت یکنواختی مذاب پی وی سی محققان با استفاده از روش های مختلف سعی کرده اند که یکنواختی مذاب را مورد برسی قرار دهند . در این راستا گنزا از یک رئومتر لوله مویین که حدیده ای با طول کوتاه داشت ، برای برسی حالت ذوب پی وی سی در دما های فرآیندی مختلف استفاده کرد .
روزکوزکا و میرز نیز تاثیر دمای فرآیند بر روی حالت ذوب را برسی کردند و از مشاهدات این محققان می توان دریافت که کمک فرآیند مقداری گره خوردگی اضافه در فرمولاسیون ایجاد میکند .
pvc گرانول
اثر کمک فرآیند بر استحکام ، مقاومت کشیدگی و الاستیسیته ی مذاب
تفکیک اهمیت و اثرات این سه خاصیت مذاب کار چندان ساده ای نیست ، به همین جهت ابتدا هر یک به طور مختصر معرفی می شوند . استحکام مذاب در واقع معیاری از دو خاصیت ویسکوزیته ی کششی و الاستیسیته است . مقاومت کشیدگی نیز توانایی تحمل تغییر فرم های کششی بزرگ مذاب پی وی سی ، بدون پاره شدن می باشد .
مزایای استفاده از کمک فرآیند در فرآیند های شکل دهی پی وی سی
اکستروژن
فرآیند اکستروژن یک فرمولاسیون معین پی وی سی در دو حالت بدون کمک فرآیند و دارایphr2 کمک فرآیند انجام شده است . علاوه بر این تا حدی نیز سبب انتقال سریع تر و کامل تر مواد در طول مارپیچ و در نتیجه افزایش خروجی اکسترودر نیز میشوند . در حدیده نیز با استفاده از کمک فرآیند ، استحکام مذاب افزایش یافته و کنترل ابعادی بهتر و در نتیجه ضایعات کمتری وجود خواهد داشت .امتیاز دیگری که با افزودن کمک فرآیند به فرمولاسیون بدست می آید ، چقرمگی بهتر ، کاهش پدیده ی شکست مذاب و تجمع ذرات بر روی حدیده ئ در نتیجه زمان کمتر پاک کردن و خواص سطحی بهتر محصولات است .
شکل دهی حرارتی / کلندرینگ
استفاده از کمک فرآیند های با وزن مولکولی بالا در فرمولاسیون های مورد استفاده برای روش های شکل دهی حرارتی اثرات مفیدی نظیر افزایش مقاومت پارگی دارد . اما باید توجه داشت که گاهی نیز ممکن است این افزودنی سبب سفت شدن بیش از حد فرمولاسیون و در نتیجه افزایش دما و زمان حرارت دهی برای دستیابی به آمیزه یکنواخت و در نتیجه افزایش زمان فرآِند شود . در حین فرآیند کلندرینگنیز ممکن است مشکلاتی برای ویسکوزیته ی فرمولاسیون ایجاد شود . به عبارت دیگر کمک فرآیند با وزن مولکولی بالا می تواند سبب ایجاد گشتاور بالایی در بین غلتک های کلندرینگ شود .
در ضمن گاهی ممکن است بر روی فیلم های کلندرینگ شده که قرار است در روش شکل دهی حرارتی
مورد استفاده قرار گیرند ، عیب اثر جریان ایجاد شود .