الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی سنگین (UHM)

  • خانه / Case Study / الیاف پلی اتیلن…
الیاف پلی اتیلن_توسعه تفلون

الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی سنگین (UHM)

مقدمه

بـا توجـه بـه پیشـرفت روز افـزون در زمینـه تولیـد الیـاف بـا کارایـی بـالا، در ایـن مقالـه ســعی بــر معرفــی و واکاوی تولیــد الیــاف پلی اتیلــن بــا وزن مولکولــی فــوق سـنگین (UHM) و همچنیـن بررسـی خـواص و ویژگیهـای آن می باشد.

در ایـن تحقیـق روشهـای مختلـف تولیـد ایـن الیـاف ارائـه شـده و روش صنعتـی ژل ریسـی همـراه بـا کشـش داغ مـورد توجـه بیشـتر قـرار گرفتـه اسـت.

خواص پلی اتیلن (UHM)

الیـاف پلی اتیلـن بـا وزن مولکولــی فــوق ســنگین (UHM)، الیافــی هســتند کــه وزن مولکولیشــان بیــن 3 تــا 6 میلیــون اسـت. بـه دلیـل آرایش یافتگـی و کشـیدگی کامـل زنجیرهـای مولکولــی، دارای خواصــی چــون مــدول زیــاد هســتند. از خــواص مکانیکــی الیاف پلی اتیلــن (UHM) می تــوان بــه اســتحکام و مــدول کششــی بســیار زیــاد (اســتحکام کششــی بیــش از 3GPa و مــدول کششــی بیــش از 150GPa) اشــاره کـرد. در جـدول پایین برخـی از خـواص الیـاف پلی اتیلـن (UHM) در مقایسـه بـا برخـی الیـاف بـا کارایـی بـالا آورده شـده اسـت.

پلی اتیلــن (UHM) بــه شــکلهای گوناگــون قابــل کاربــرد اســت. از رایج تریــن ایــن اشــکال می تــوان بــه میلگردهــا، ورق ها، غشــاها و الیــاف اشــاره کــرد.

جدول مشخصات پلی اتیلن_توسعه تفلون

ژل ریسی همراه با کشش داغ

شامل مراحل آماده سازی محلول، ریسندگی، خنکسازی و استخراج حلال، در نهایت خشک کردن و کشش می باشد.

بــه منظــور ریســندگی الیــاف، پــودر پلی اتیلــن در حــلال مناســبی حــل می شــود. ایــن حــلال می توانــد مایعــی آلــی یــا معدنــی ماننــد دکالیــن، پارافیــن و … باشــد. ایــن محلـول بایـد بـه صـورت تعلیقـی بسـیار رقیقـی باشــد، زیـرا وزن مولکولـی پلیمـر بسـیار بالا و طـول زنجیـره آن بلند اسـت. درصورتیکه ایـن محلـول رقیـق نباشـد، محلولـی بـا گرانروی مناســب بــرای ریســندگی به دســت نمی آیــد.

مولکول هــای پلی اتیلــن (UHM) انــرژی پتانســیل کمــی دارنــد؛ بــه همیــن دلیــل زنجیــره ایــن مولکــول بســیار منعطــف بــوده و بــه آســانی خــم می شــود. بنابرایــن هرچــه وزن مولکولــی ایــن پلیمــر بالاتــر رود، انعطــاف آن بیشــتر می شــود. در نتیجــه هنــگام انحــلال پلی اتیلــن (UHM) پدیــده گره خوردگــی مولکول هــا رخ می دهــد.

بــرای رفــع ایــن مشــکل، بایــد انحــلال ســریع و محلــول خیلــی رقیــق باشــد و بلافاصلــه ژلریســی انجــام شــود. بــه همیــن منظــور در اختراعــات متعــددی بــه ایــن موضـوع مهـم پرداختـه شـده، تجهیزاتـی بـرای انحـلال بهتـر پلی اتیلـن (UHM) تعبیـه شـده اسـت کـه بـه صـورت پیوسـته انحــلال را انجــام می دهــد و محلــول را بــه مرحلــه بعــدی منتقـل می کنـد یا بـه وسـیله شـانه هایی طـول زنجیـره را مســتقیم کــرده، از گــره خــوردن جلوگیــری می کنــد یا بـا اسـتفاده از دو مخـزن فراینـد انحـلال را تسـریع و محلــول را همگنتــر می کنــد. محلــول ِمناســب به دســت آمــده در ایــن مرحلــه “ژل” نــام دارد کــه از آن در فراینــد ژلریســی اســتفاده می شــود.

خواص پلی اتیلن پس از فرآیند کشش داغ

خــواص الیــاف پلی اتیلــن (UHM) همچــون مــدول و اســتحکام کششــی بســیار خــوب بــه دلیــل نــوع ســاختار بلــوری ناشــی از آرایش یافتگــی و کشــیدگی کامــل زنجیرهـای پلی اتیلـن (UHM) اسـت. در ایـن فراینـد خـواص مکانیکــی بــالای الیــاف پــس از مرحلــه کشــش داغ حاصــل می شــود و بــرای دســتیابی بــه خــواص مناســب لازم اســت کـه الیـاف حداقـل تـا 30 برابـر طـول اولیـه کشـیده شـوند. میــزان کشــش پذیری و در نتیجــه خــواص نهایــی الیــاف بــه ســاختار آن قبــل از فراینــد کشــش بســتگی دارد.

طرحواره ای از دستگاه ژلریسی در عکس ذیل قابل مشاهده می باشد.

پروسه دستگاه ژلریسی پلی اتیلن توسعه تفلون

کاربرد پلی اتیلن (UHM)

الیــاف پلی اتیلــن (UHM) بـه علـت خـواص مکانیکـی منحصـر بـه فردشـان، در صنایـع دریایــی، ماشــین آلات، دســتکشهای ضدبــرش، تجهیـزات کوهنـوردی، نـخ ماهیگیـری، طنابهـای چتـر ورزشـی، چتربـال، کشـتی و … کاربـرد ویـژه ای دارنـد. ایـن الیـاف کاربـرد متنوعـی به ویـژه در بخـش نظامـی و در تولیـد جلیقـه و زره هـای ضدگلولـه مـورد توجه هسـتند.

در ایــن تحقیــق ابتــدا مؤلفه هــای فراینــدی بررســی شــده، ســپس مؤلفه هـای تأثیرگـذار در خـواص نهایـی لیـف مـورد توجـه قــرار گرفــت. انحــلال مطلــوب، طراحــی شــکل روزنــه، اضافـه نمـودن افزودنیهایـی از جملـه آلومینیـوم اسـتئارات، فراینـد کشـش مناسـب و چندمرحلـه ای و سـرعت برداشـت مناسـب از عواملـی هسـتند کـه در تولیـد لیـف بـا اسـتحکام بــالا نقشــی اساســی را ایفــا می کننــد. یکــی دیگــر از مــواردی کــه مــورد توجــه قــرار می گیــرد، روش هــای نویــن ریســندگی از جملــه الکتروریســی و فلش ریســی اســت.