شرکت مهندسی آریانام

امروزه فیلم و ورق پلیمری استفاده بسیار زیادی در کاربردهای مختلف دارند. بسیاری از این کاربردها نیاز به سفتی یا شق و رق بودن دارند. کمیتی که به آن سفتی stiffness یا مدول خمشی flexural modulus می گویند. 

لذا نیاز است تا در فیلم یا ورق تولید شده این کمیت را به حد مناسبی برسانیم. اما چه راهکارهایی برای افزایش مدول یا سفتی در فیلم و ورق پلیمری وجود دارد؟

همانطور که احتمالا می دانید، در صنعت دو روش عمده برای تولید فیلم های پلیمر وجود دارد، film blowing یا فیلم دمشی و کستینگ film casting.

در هر دوی این روش ها، فیلم تولیدی بلافاصله پس از خروج از دای باید خنک شود تا خواص مکانیکی در آن شکل گرفته و آماده استفاده شود.

در اکستروژن دمشی فیلم یا  film blowing ممکن است توسط جریان هوا، و در روش casting توسط رول ها و غلتک های خنک کننده chilled roll این خنک سازی انجام می شود. 

یکی از عوامل کنترل کننده خواص مکانیکی مانند مدول خمشی، خنک کاری آن است. با کاهش سرعت خنک کاری می توان به تشکیل بلور یا کریستال در فیلم کمک کرد، یعنی هرچه سرعت خنک سازی فیلم اهسته تر باشد، در فیلم های پلی اولفینی مانند پلی اتیلن و پلی پروپیلن که نیمه بلورین هستند، درجه کریستالینیتی بیشتر می شود. افزایش بلور مهم ترین عامل کنترل کننده مدول خمشی یا  سفتی stiffness فیلم می باشد. به طوری که هرچه درجه بلور بالاتر باشد، مدول نهایی فیلم بالاتر خواهد بود.

البته باید توجه کرد که افزایش مقدار بلور و درجه کریستال همیشه مطلوب نیست و می تواند خواصی مانند شفافیت، استحکام کششی و ازدیاد طول در شکست را کاهش دهد.

یکی دیگر از راهکار های افزایش مدول و سفتی می تواند ایجاد آرایش یافتگی در فیلم باشد. البته که این عمل تاثیری کمتر از سرعت خنک سازی دارد اما روشی کاربردی است. آرایش یافتگی می تواند از طریق اعمال تنش کششی در دماهای مختلف باشد و با ایجاد نظم در زنجیره ها، به ایجاد بلور و افزایش مدول خمشی کمک کند.  به عنوان مثال توسط غلطک های شکنده در فرایند casting کستینگ.

راهکار موثر دیگر که بسیار مورد توجه می باشد، افزودن فیلر به ماتریس پلیمری می باشد. یعنی از فیلرهایی مانند کلسیم کربنات، تالک و الیاف شیشه در جهت بهبود مدول خمشی یا stiffenss استفاده می شود. در فیلرها، توجه به دو عامل ضروری است، اول aspect ratio یا نسبت ابعادی که معادل بزرگترین بعد هر ذره به کوچکترین آن است، دوم اندازه ذرات فیلر. هرچه اندازه ذرات فیلر بزرگتر باشد می تواند به افزایش مدول تا حدی کمک کند. همچنین بزرگ تر بودن aspect ratio برای ذرات فیلر یا پرکننده تاثیر بسیار مهمی بر افزایش مدول دارد. به طور مثال فیلر معدنی تالک با aspect ratio 20 تاثیر خوبی بر مدول دارد. 

تقویت پلیمر با الیاف شیشه نیز به دلیل ماهیت الیافی و محکم بودن آن، تاثیر بسیار زیادی بر مدول دارد.