بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ذوب ريسي الياف پلي اتيلن ترفتالات با استفاده از چيپس گريد بطري
چکيده
الياف بشر ساخته بيش از ٥٠ سال است که به صورت تجاري با روش ذوب ريسي توليد مي شوند. در ميان الياف مصنوعي الياف پلي استر اهميت ويژه اي يافته است . براي اغلب فرآيندها تاکيد مداوم بر افزايش توان توليد در يک سطح کيفي ، يا بهبود کيفيت براي يک سطح توليد مدنظر است . دماي مذاب ، ويسکوزيته ذاتي مذاب ، سرعت تغذيه و سرعت برداشت پارامترهاي کليدي براي پروسه ذوب ريسي پلي اتيلن ترفتالات مي باشند. از بين پارامترهاي ياد شده تاثير ويسکوزيته ذاتي يا وزن مولکولي پليمر بر خواص الياف توليدي در يک پروسه ذوب ريسي مورد بررسي قرار گرفت .
واژگان کليدي : الياف ، پلي استر، گريد بطري ، ذوب ريسي
١- مقدمه
پلي استر از سال ١٩٥٠ براي توليد الياف استفاده مي شود و سابقه اولين استفاده از پلي استر(پلي اتيلن ترفتالات ) در بسته بندي به سال ١٩٧٠ يعني زمانيکه کمپاني Dupont توليد پلاستيک ها از پلي استر با وزن مولکولي بالا را گسترش داد، بر مي گردد. از آن پس پارامترهاي زيادي از جمله وزن سبک ، دسترسي آسان ، قابليت بازيافت و خواص زيست محيطي مناسب باعث برتري استفاده از PET براي مصارف بسته بندي شده است [ ١] .
استحکام و مدول بالا، جمع شدگي کم ، ثبات حرارتي بالا، ظرافت کم و مقاومت شيميايي خوب از قابليت هاي بالاي PET به شمار مي روند[٢ . دماي مذاب ، ويسکوزيته ذاتي مذاب ، سرعت تغذيه و سرعت برداشت پارامترهاي کليدي براي پروسه ذوب ريسي پلي اتيلن ترفتالات مي باشند[٣] .
IV (ويسکوزيته ذاتي ) و درصد کريستالينيتي الياف پلي استر کارايي محصول نهايي را تعيين مي نمايد و ويسکوزيته بالاتر منجر به افزايش ميزان کريستالينيتي الياف مي گردد[٢] .
شکل ١سهم مصرف جهاني الياف مختلف را در سال ٢٠٠٥ نشان مي دهد. سهم ظرفيت توليد الياف PET در مناطق مختلف دنيا در شکل ٢ نشان داده شده است . رشد توليد الياف PET بين سالهاي ٢٠٠٥ تا ٢٠١٠ به صورت شکل ٣ پيش بيني مي گردد[٤]
PET بين سالهاي ٢٠٠٥ تا ٢٠١٠ PET با گريد بطري نسبت به گريد الياف از لحاظ زير متفاوت است :
- بالاتر بودن ويسکوزيته ذاتي ( ٠.٨٥-٠.٨ براي گريد بطري در مقايسه با ٠.٦٢-٠.٦٠ براي گريد الياف )
- بالاتر بودن ميزان کريستالينيتي
- شفافيت کمتر
- پايين بودن ميزان درصد اليگومرهاي حلقه اي به ميزان کمتر ٠.٥ درصد وزني
- وجود ١٢-١٠ % کومنومر مانند ايزو فتاليک اسيد[١] .
٢- آزمايش ها
٢-١- مواد اوليه
پليمرهاي مورد استفاده در اين مطالعه از شرکت پتروشيمي شهيد تندگويان تهيه گرديد. گريدهاي TG٦٤١، BG٧٨١ و BG٨٢١ مورد آزمايش قرار گرفتند.
مشخصات مربوط به اين پليمرها در جدول ١ نشان داده شده است .
٢-٢- شرايط آزمايش
چيپس هاي PET قبل از عمليات ذوب ريسي بايستي خشک شده و براي جلوگيري از تخريب هيدروليزي در حين فرايند ذوب ريسي خشک نگه داشته شوند. عمليات خشک کردن در دماي ١٨٠ درجه سانتيگراد و نقطه شبنم ٤٠- درجه سانتيگراد انجام پذيرفت . براي چيپس هاي گريد الياف بدليل کريستالينيتي پائين بايستي عمليات کريستاليزاسيون جهت جلوگيري از کلوخه شدن در دماي بالاي فرايند خشک کردن انجام پذيرد.
کريستالايزر از نوع مارپيچ چرخان و با سيرکولاسيون داخلي مواد، ظرفيت ٨٠٠ کيلوگرم ، دماي قابل تنظيم ١٣٠-١٠٠ درجه سانتيگراد و زمان ماند ٩٠-٦٠ دقيقه مي باشد. سيستم انتقال چيپس از کريستالايزر به خشک کن از نوع جابجايي با هوا(Air conveying) و مدت زمان اقامت چيپس در خشک کن حدود ٣ ساعت مي باشد.
سيستم انتقال چيپس از خشک کن به اکسترودر نيز از نوع جابجايي با هوا است . با توجه به دانه بندي چيپس هاي گريد بطري هيچگونه تغييري در سيستم خشک کن و انتقال مواد اعمال نگرديد، با اين تفاوت که در مورد چيپس هاي گريد بطري عمليات کريستاليزاسيون انجام نشد.L.D اکسترودر برابر ٣٠ و داراي ٩ ناحيه حرارتي بود.
دماي اکستروژن بر حسب نياز از ٢٤٠ تا ٣٠٠ درجه سانتيگراد قابل تنظيم مي باشد. سيستم تعويض فيلتر از نوع دو فيلتره و با مش 50mesh.in و تعداد موقعيت هاي ريسندگي ٤ عدد و تعداد روزنه هاي هر رشته ساز ٢١٠٠٠ روزنه مي باشد. خط توليد الياف مورد استفاده در اين مطالعه ساخت شرکت FARE ايتاليا و از نوع پيوسته و داراي سيستم کشش تک مرحله اي بود. دماي کشش ٢٦٠-٢٤٠، دماي غلتک هاي آنيلينگ ١٣٠ درجه سانتيگراد، کريمپر از نوع جعبه تراکمي ، دماي خشک کن ها ١٤٠-١٢٠ درجه سانتيگراد و کاتر از نوع Lummus بود.
براي ارزيابي اثر IV، چيپس هاي مورد استفاده در نسبت هاي مختلف (جدول ٢) مورد آزمايش قرار گرفتند. در مورد مخلوط گريد الياف و بطري پس از انجام کريستاليزاسيون چيپس هاي گريد الياف براي نسبت هاي مشخص شده ، مقادير وزن شده از چيپس گريد بطري درون کريستالايزر اضافه و به مدت ١٠ دقيقه عمليات مخلوط کردن انجام پذيرفت . مواد پس از خشک شدن به کمک سيستم هدايت هوا به قسمت تغذيه اکسترودر انتقال يافتند. پس از خروج الياف نوريس از رشته سازها، تنظيمات دمايي براي ناحيه هاي حرارتي اکسترودر و نيز هواي خنک کننده جهت جريان يکنواخت و پايدار انجام پذيرفت .
سرد کردن الياف به کمک هواي خنک کننده و با دماي تقريبي ٢٠ درجه سانتيگراد انجام شد. الياف پس از تماس با غلتک هاي افزاينده لعاب ريسندگي ، عمليات کشش درون آون حرارتي بين دو مجموعه غلطک ١و٢ (گادت ١و٢)، مرحله آنيلينگ روي مجموعه غلتک هاي ٣ (گادت ٣) و عمليات تکسچرايزينگ درون کريمپر، به سمت خشک کن ، کاتر Lummus و نهايتا سيستم عدل بندي هدايت شدند.
٢-٣- تکنيک هاي ارزيابي پليمر و الياف دانسيته چيپس
اندازه گيري دانسيته چيپس هاي پلي استر مطابق با استاندارد ١-١١٨٣ DIN EN ISO انجام پذيرفت [٥].
رابطه ١ جهت تعيين ميزان کريستالينيتي با استفاده از اندازه گيري دانسيته به کار مي رود:
که براي PET:
X درصد کريستالينيتي و زيروندهاي a و c به ترتيب به فازهاي آمورف و کريستالي بر مي گردند[٧،٦].
کالريمتري روبشي تفاضلي
مطالعات دمايي بر روي پلي استرهاي مختلف به کمک سيستم آناليز حرارتي مدل Thermosystem FP٩٠٠ و کوره FP٨٥ ساخت کمپاني Mettler Toledo سوئيس (١٩٩٦) به همراه نرم افزار ارزيابي و کنترل آن ، انجام پذيرفت [٨].
کاليبراسيون دستگاه براساس دستور کار سازنده انجام گرفت و سپس ٥ ميليگرم نمونه درون بوته آلومينيومي با مشخصات حجم بوته ٤٠ ميکروليتر، فشار کل بيشينه ٣٠٠ کيلوپاسکال ، ثابت زمان تاخير ٢٢ ثانيه ، ثابت زمان سيگنال ١٣ ثانيه و حساسيت گرماسنجي ٢٤٠ مرحله بر ميلي وات قرار داده شد[٩،٨]. برنامه گرمادهي به نمونه ها، از ٣٥ تا ٣٠٠ درجه سانتيگراد و با نرخ ١٠ درجه سانتيگراد بر دقيقه بود. براي اندازه گيري گرماي ذوب از روي نمودار بدست آمده ، محدوده انتگرال گيري از دماي انتقال شيشه اي آغاز و تا دمايي که پليمر بطور کامل ذوب گردد، ادامه داده شد[١٠].
کالريمتري روبشي تفاضلي (DSC) براي اندازه گيري ميزان کريستالينيتي و آرايش مولکولي الياف به کار مي رود. اساس اين آناليز براساس اختلاف در گرماي ذوب فرم کريستالي وغير کريستالي پليمر مي باشد. اين روش به صورت گسترده اي جهت تحليل هاي حرارتي به کار مي رود. درجه کريستالينيتي از نسبت گرماي ذوب پليمر و آنتالپي ذوب نمونه ١٠٠% کريستالي (رابطه ٢) تعيين مي شود[١٠،٧،٢].
ΔHf گرماي ذوب پليمر%١٠٠ کريستالي است که براي PET حدود cal.gr٣٣٤٥(معادل J.gr١٤٠) گزارش شده است . Tg دماي تبديل شيشه اي و Tm دماي ذوب پليمر نيز DSC تعيين مي شود. اندازه گيري خلوص پليمر نيز با توجه به پيک هاي اضافي يا شيفت منحني به کمک پارامترهاي DSC قابل توجه است [ ١١،٢] .
اندازه گيري ظرافت الياف
اندازه گيري ظرافت الياف به وسيله دستگاه ٤٠٠ VIBROSKOP ساخت کشور اتريش مطابق با استاندارد١٥٧٧ ASTM انجام پذيرفت [ ١٣،١٢] .
اندازه گيري استحکام و ازدياد طول الياف
