گزارش کارورزی شرکت هانی چاپ قم - مهندسی شیمی - گاز

بخشی از مقاله

چکیده کلی مطالب :
در ابتدای گزارش مقدمه ای تحت عنوان ستایش پلاستیک ها، کاربرد آنها و تاثیرات آن در رشد و زندگی امروزه بشر عنوان شده است. سپس بعد از معرفی شرکت هانی چاپ، فعالیت های روزانه خود را طی این دوران شرح داده و در قسمت بعد مفسر به شناسایی دستگاه ها و کار آنها در سه قسمت تولید، چاپ، برش و دوخت پرداخته ام . در بخش تولید پلاستیک به معرفی پلی اتیلن ماده سازنده پلاستیک، روش تولید پلاستیک از این ماده ارزشمند شرح کامل و مفسری داده شده است.

به دلیل آنکه استاد راهنما متذکر شدند که یک دستگاه را کامل توضیح داده و مختصری از دستگاه های دیگر عنوان شود، دستگاه تولید را مفسر توضیح داده و چاپ، برش و دوخت مختصر معرفی شده است. که در بخش چاپ به مقایسه مختصری از سه نوع دستگاه چاپ پلاستیک که در دنیا موجود است پرداخته شده است. در بخش برش و دوخت فقط کار دستگاه ها در این کارخانه ذکر شده است.
در پایان فهرستی از منابع و مآخذ که در طی تنظیم گزارش مورد استفاده بود بیان شده است.

مقدمه

در ستایش پلاستیک ها
پلاستیک یک واژه عمومی برای اطلاق به مواد تولیدی از پلیمرهای synthetic است. پلاستیک ماده ای است که بیشتر از 100 سال است در اطراف خود می توانیم آن را ببینیم و تقریباً نمی توان زندگی را بدون این ماده تصور کرد. اگر در مورد زندگی واژه تقریباً را به کار بریم، در مورد بسته بندی باید اذعان کنیم که تصور بسته بندی بدون پلاستیک امری است غیر ممکن. پلاستیک خود را در تمامی ارکان زندگی ما کاملاً جا انداخته است. برخی مردم همواره از دنیای خالی از پلاستیک حرف می زنند و یکسره می گویند، کاش می شد دنیا را بدون پلاستیک دید. اما این مردم هیچ وقت سوال خود را تصحیح نمی کنند که: جرات این را دارید که دنیا را بدون پلاستیک تصور کنید؟
در اواسط دهه 1980 بود که پلاستیک بالاخره فلز را از رتبه اول پرمصرف ترین مواد اولیه به زیر

کشید و از آن زمان تا به حال یکسره رشد مصرف این ماده را شاهد بوده ایم تا جایی که هم اکنون فاصله بین میزان استفاده از فلزات و پلاستیک بسیار زیاد و چشمگیر شده است. برای این امر دلایل بسیاری می توان یافت که در ذیل به برخی از آنان اشاره خواهیم داشت ولی واقعیت فلزات بسیار سبک تر و کم حجم تر و به این دلیل که استفاده از پلاستیک صرفه جویی زیادی در مواد اولیه می کند، مصرف آن نیز رشد بسیار بالایی داشته است. در مورد ایده صرفه جویی باید گفت که چند سالی است یک نظریه کاملاً آگاهانه در مورد کم کردن از میزان مواد اولیه در تمامی محصولات پلاستیکی و غیرپلاستیکی بر صنعت حاکم شده و همین نظریه است که باعث تولید شیشه ها و بطری های پلاستیکی کم وزن گردیده است. با توجه به این نگرش، باز هم پلاستیک گزینه ای است بسیار مناسب چرا که به راحتی می توان از ضخامت یا قطر آن کاست، همین امر خود موجب استفاده فزآینده از پلاستیک گردیده و حتی برای آن موارد استفاده جدید یافته است. به جرات می توان گفت که این رشد مصرف حتی بسیار بیشتر از آن چیزی است که آمار به ما نشان می دهد. اگر نگرانی های زیست محیطی را نیز در نظر بگیریم، باز هم پلاستیک با فاصله زیادی رقبای خود را پشت سر می گذارد. چرا که انجام تحقیقات بسیار گسترده اثبات کرده که هیچ ماده ای همچون پلاستیک به این میزان قابل بازیافت نیست و حتی می توان ادعا کرد که بازیافت پذیری پلاستیک پایان ناپذیر است. از منظر دیگر می توان به نظریه انعطاف پذیری بسیار بالای لاستیک اشاره نمود. پلاستیک به حدی انعطاف پذیر است که از آن می توان برای تولید هر نوع محصولی استفاده کرد بدون این که حتی میزان دقیق مواد مورد نیاز مشخص کنیم. شاید صفت همه کاره، بهترین صفت برای توصیف این ماده باشد. یکی دیگر از عوامل رشد مصرف پلاستی

ک را می توان ابداع باکالیت Bakelite دانست.
این ماده که خود یک رزین گرمایی است در سال 1909 ابداع شد و از همان ابتدا در بسیاری از صنایع از جمله صنعت بسته بندی برای خود جای پای محکمی باز کرد. اما رشد واقعی در مصرف را زمانی تجربه کرد که از این ماده در مقیاس بسیار وسیع و گسترده در صنعت بسته بندی استفاده شد. یکی از مهم ترین انواع این رزین ها، رزین های گرمایی پلی اتیلن بود که در سال 1935 کش

ف گردید. پلی اتیلن در حقیقت ذرات اصلی سازنده و حجیم کننده پلاستیک می باشد. به جرات می توان گفت که تولید پلی اتیلن نقطه عطفی بود در استفاده از پلاستیک و قیمت بسیار مناسب آن نیز می تواند به عنوان یک عامل مثبت در رشد تولید ومصرف آن محسوب شود. تاکنون بشر هیچ ماده ای را نساخته که به اندازه پلاستیک در تولید کم هزینه باشد و هنوز هم حتی نمی توان یک رقیب برای این ماده نام برد که بتواند ذره ای یکه تازی پلاستیک را تهدید کند و از نظر هزینه تولید و

تبدیل به پای پلاستیک برسد.
پلاستیک در صنعت بسته بندی
پلاستیک خود به تنهایی امتیازی است بسیار بزرگ برای صنعت بسته بندی و البته این ممتاز بودن به هیچ وجه بی دلیل نیست. صنعت بسته بندی با توجه به نوع مشتریان خود، همواره در تلاش بوده تا از مواد اولیه سخت و سفت و انعطاف پذیری همچون بطری های شیشه ای، قوطی ها و بشکه های فلزی و جعبه های چوبی، رو به مواد انعطاف پذیری همچون پلاستیک بیاورد. روی آوری صنعت بسته بندی به بسته بندی های انعطاف پذیر همه ساله حدود 6%رشد دارد و البته رشد مصرف پلاستیک در بسته بندی حداقل 50% بیشتر از دیگر انواع مواد اولیه برای این صنعت می باشد. البته در چند سال اخیر، بسته بندی های کاغذی و کارتنی نیز رشد خوبی داشته اند ولی فعلا پلاستیک حرف اول را می زند. گفتنی است که رشد کاغذ و کارتن تقریباً منحصر به بسته بندی های متوسط از نظر اندازه می شود. با تمامی اقدامات انجام شده برای کاهش میزان مصرف پلاستیک در تولید محصولات مختلف، پلاستیک هنوز هم در حال رشد تولید و حتی ازدیاد فاصله خود با دیگر انواع مواد اولیه برای بسته بندی است. در اوایل دهه 1980 میزان تقاضا برای پلاستیک تنها 22% از تمامی مواد خام را تشکیل می داد ولی امروزه و با توجه به رشد بسیاری دیگر از بخش

های غیر بسته بندی، این میزان به 33% رسیده. اگر می خواهید رشد واقعی تقاضا برای پلاستیک را حس کنید، کافی است نگاهی به انواع موارد استفاده غیر بسته بندی برای دیگر انواع مواد اولیه همچون بخش ساخت و ساز مسکن، اتومبیل و حمل و نقل بیاندازید. صنعت بسته بندی در دهه 1950 روی بر استفاده فزاینده از پلاستیک نهاد چرا که پلاستیک نه تنها ضد آب و ضد رطوبت بود بلکه مقاومت مناسبی در برابر گرما نیز از خود نشان داد. از همه مهم تر، نیازی بود که صنعت بسته بندی به انواع عایق های شیمیایی داشت که همه این ویژگی ها به طور یک جا در پلاستیک یافت

می شد. در سال 1957 برای اولین بار از کیسه های پلاستیکی برای ساندویچ استفاده شد. تا سال 1974، رشد مصرف پلاستیک افزایش بیشتری یافت و در این سال بود که فروشگاه های زنجیره ای بزرگ هم چون penny , ward , sears روی به استفاده از کیسه های پلاستیکی به جای کیسه های کاغذی آوردند. استفاده از پلاستیک جنبه های بهداشتی نیز دارد. در سال 1969 مرکز مطالعات بهداشتی نیویورک طی تحقیقی اعلام داشت که کیسه های زباله پلاستیکی بسیار تمیزتر، بهداشتی تر و کم سروصداتر از سطل های زباله فلزی هستند و این خود دلیلی شد تا در دهه 1980، صنعت تولید کیسه های زباله با استفاده از فیلم های LDPE و LLDPE تبدیل به بزرگترین بخش تولیدی صنعت پلاستیک شود تا جایی که تنها از این محصول حدود 500 هزار متر تن محصول به صورت سالانه تولید می گردد. در نهایت، آخرین دستاورد صنعت پلاستیک که آن نیز خود انقلابی در صنعت بسته بندی بود، ابداع بطری های PET می باشد. پیش بینی می شود که تا پایان سال 2010، تقاضای جهانی برای پلاستیکی به بیشتر از 200 میلیون متر تن برسد.

معرفی واحد (درباره شرکت)
شرکت های چاپ با هدف تولید و چاپ انواع لفاف بسته بندی موادغذایی و با تولید فیلم سه لایه پلی اتیلن مخصوص موادغذایی و لمینیت انواع فیلم های بسته بندی در سال 1379 رسماً به ثبت رسید و فعالیت خود را در همان سال آغاز کرد تا در بازار رقابت مورد توجه قرار گیرد.
شرکت هانی چاپ با سرمایه اولیه 100000 میلیون ریال توسط چند سهام دار و به مدیریت سید حسن هانی و اشتغال 20 کارگر و کارمند در هر دو شیفت کاری کارخانه خود را در استان قم کیلومتر 20 جاده قدیم قم-تهران شهرک صنعتی شکوهیه احداث گرداند.
کارخانه هانی چاپ با زمینی به وسعت 4000 مترمربع دارای سوله ای به متراژ 1000 مترمربع جهت سالن تولید و 1000 متر مربع سالن جهت انبار و 200 مترمربع ساختمان اداری و ساختمان کارگران و نگهبانی ساخته گردید.
در ابتدای کار، کارخانه با یک دستگاه اکسترودر جهت تولید فیلم سه لایه وارداتی از کشور هند و

دو دستگاه چاپ یکی چاپ فلکسو استک 6 رنگ ساخت شرکت فوژان ارغوان مشهد و دیگری رتوگراور 6 رنگ ساخت تایلند و دستگاه لمینیت ساخت ترکیه و دستگاه های برش داخلی شروع به فعالیت کرد که پس از این سالها علاوه بر رشد روزافزون بر تولید و سرمایه گذاری های مجدد در این صنعت شرکت با خرید دستگاه فلکسو استک دو رنگ و فلکسو سیلندر مرکزی ایتالیایی و دستگاه اکسترودر عرض کم تولید فیلم یک لایه در حال حاضر با تمام توان و جدیت مشغول به کار است.
شرکت هانی چاپ مفتخر است تا با تولید فیلم سه لایه پلی اتیلن جهت بسته بندی صنایع لبنی

از جمله شیر و دوغ با مجوز تولید فیلم سه لایه برای مصارف غذایی و کلیه خدمات چاپ بسته بندی انواع پلاستیک ها و برش و دوخت آنها را به نحو احسن در اختیار مشتریان خود قرار دهد.
در ادامه از روند کار دستگاه ها و کار کارخانه به تفسیر شرح داده خواهد شد.

فعالیت کارورز
در این بخش به شرح فعالیت ها و یادگیریها و کار در این دوره که در شرکت گذراندم می پردازم. در ابتدا باید متذکر شوم که با توجه به آشنایی قبلی اینجانب با کار این کارخانه به سبب آشنا بودن با مدیریت داخلی آن، در نبود ایشان به علت بیماری به نوعی مدیریت آن جا را تجربه کردم. که علاوه بر آن چیزهای فراوانی آموختم در این نوع مدیریتی که من انجام دادم حسابداری، انبارداری، کنترل و نظارت بر کارگران و دستگاه ها، رسیدگی به فعالیتهای شرکت و چندین مورد دیگر را نیز تجربه کردم. علاوه بر کار روزانه فعالیت مرتبط بر رشته ی تحصیلی خود نیز داشتم از جمله ترکیب رنگ ها با حلال و یا رقیق کردن چسب ومقدار مواد پتروشیمی مصرفی در روز البته مقدار مصرف مواد پلی اتیلن در تولید پلاستیک که شرکت تولید می کند طی فرمولی تولید می شود که تحت نظارت وزارت بهداشت و سازمان استاندارد است و هویداست. شایان ذکر است در این دوران دانشجو موظف به گذراندن کارآموزی است و لاغیر اما به دلیل لطف مدیریت داخلی این کارخانه مدیریت را هم تجربه نمودم. تجربه ای عظیم اما سخت به دلیل شرایط بد از جمله اینکه در تابستان امسال مشکل قطعی برق را در استان داشتیم و با قطع برق چه یک دقیقه باشد و یا دو ساعت تمام کارها لغو می شد و گرمای شدید و طاقت فرسای قم که در تابستان شدید است. اما با یاری خداوند دوره به پایان رسید در قسمت انبارداری در طی روز مواد اولیه برداشته از انبار توسط کارگر ثبت می شد که در پایان هر هفته به شمارش و موجودی انبار رسیدگی می کردیم برای محصولات نیز فیش ور

ود و خروج نوشته می شود و در حساب مشتری ثبت می گردید. که حساب وکتاب مشتری فقط به عهده مدیریت داخلی است هر روز و در زمان مختلف به کارگران و دستگاه ها سرکشی می کردم تا اگر مشکلی بوجود می آمد در صورت نیاز برطرف کنم در غیر این صورت مراتب را به اطلاع مدیران می رساندم در پایان هر ماه که طی دوره کارآموزی من دو ماه و نیم بود نیز حقوق کارگران را محاسبه و به اطلاع مدیریت داخلی می رساندم تا حقوق آنها را پرداخت کند. لیستهای بیمه و

مالیات که جدیداً کامپیوتری شده را نیز تنظیم و ثبت می کردم و با نظارت مدیریت به ادارات بیمه ومالیات می رساندم. جواب دادن ارباب رجوع و تلفن ها و فکس نیز از جمله کارهای دیگر من بود و حسابداری که کار فوق العاده عجیب و صبر بالایی می طلبد را انجام می دادم از جمله بدهکارها

و بستانکارها. اوقات بیکاری به نظاره چرخه تولید و کار دستگاه ها می پرداختم که بسیار جالب بود که دنیا و به خصوص ایران نیز این قدر رشد کرده و با تکنولوژی روز همگام شده است. به ازای هر ماه کاری که انجام می دادم حقوقی هم دریافت می کردم.
در پایان بر خود واجب می دانم که باز هم مراتب سپاس و قدردانی خود را از استاد راهنمایم به اطلاع برسانم.

بخش اول
آشنایی با ساختار بسپارها
1-1 مقدمه
بسپار (پلیمر) مولکول بسیار بزرگی است که از به هم پیوستن تعداد زیادی مولکول های کوچک که تکپار نامیده می شوند، پدید می آید. به عبارتی دیگر زنجیر بلندی است که از تکرار واحدهای شیمیایی کوچک و ساده ساخته شده است. به هر یک از این واحدهای تکراری پار (و در زبان انگلیسی mer) گفته می شود و از به هم چسبیدن بسیاری پار، بسپار (polymer) ساخته می شود. فرایند تولید بسپار از تکپار را بسپارش می گویند اغلب به علت ساختار زنجیروار مولکول های بسیار که در آن تکپارها به صورت حلقه های یک زنجیر به هم متصل شده اند، از اصطلاح زنجیر بسپاری به جای مولکول یا درشت مولکول بسپاری استفاده می شود. یک بسپار می تواند طول زنجیرهای متفاوتی داشته باشد. بسپارهای تجاری عموماً زنجیرهایی دارند که از 1000 تا 10000 واحد تکراری تشکیل شده اند. اگر تعداد واحدهای تکراری در زنجیر خیلی زیاد نباشد، ماده به صورت مایع خواهد بود و به آن چند پار یا oligomer می گویند. با افزایش واحدهای تکراری (و در نتیجه افزایش وزن مولکولی) حالت فیزیکی ماده به سمت مایع گرانرو (عسلی) و در نهایت جامد تغییر شکل می دهد. شکل 1 طرحی اجمالی از مولکول های کوچک و بزرگ را نشان می دهد.

شکل 1- طرحی اجمالی از مولکول های کوچک و بزرگ
یک درشت مولکول بسپاری می تواند به صورت خطی، شاخه ای و یا شبکه ای وجود داشته ب

اشد (شکل 2) در یک بسپار خطی گروه های تکرار شونده پشت سر یکدیگر قرار می گیرند. شکل فضایی این مولکول ها معمولاً به صورت یک کلاف نخ است و توده ای از این مولکول ها کلاف در هم گره خورده ای را تشکیل می دهند. این امکان هست که روی یک زنجیر بسپار، زنجیرهای کوچک دیگری رشد کنند که به آنها شاخه می گویند و به این نوع بسپارها، بسپار شاخه ای می گویند. شاخه های متصل به بدنه زنجیر می توانند کوتاه یا بلند باشند.
در حالتی که زنجیرهای یک ماده بسپاری به وسیله اتصالات عرضی به یکدیگر پیوند خورده با

شند، بسپار شبکه ای نامیده می شود. بسپار شبکه ای به دلیل ساختار به هم پیوسته ای که دارند در حلال ها حل نمی شوند.

شکل 2 - اشکال مختلف مولکول بسپار
همبسپارها (کوپلیمرها) نوعی از بسپارها هستند که از بسپارش دو یا چند نوع تکپار با یکدیگر به دست می آیند. در این حالت به تکپارها، همتکپار گفته می شود. گاهی اوقات عبارت جوربسپار (هموپلیمر) برای بسپار ساخته شده از یک تکپار منفرد به کار گرفته می شود.

1-2 بلورینگی
اگر ساختار مولکول بسپار منظم بوده و فاقد گروه های جانبی بزرگ باشد، زنجیرها می توانند به آسانی در کنار یکدیگر قرار گرفته، و نظم یابند. مناطقی که در آنها زنجیرهای بسپار منظم در کنار یکدیگر مستقر می شوند را نواحی بلورین می گویند (شکل 3) مبحث بلورینگی و نوع ریز ساختار بسپار در علمی به نام ریخت شناسی مطرح می شود. به بسپارهایی که ریخت بلورین و یا جهت یافتگی خاصی بین زنجیرهای آن ها مشاهده نشود، بسپار بی ریخت یا بی شکل می گویند. میزان بلورین بودن یک بسپار یکی از عوامل مهم در تعیین خواص آن می باشد، به طور مثال شفافیت یکی از خواص ظاهری بسپار است که تابع بلورینگی است. بسپارهای غیربلورین مانند پلی استایرن و پلی (متیل متاکریلات) شفافیت عالی دارند. سایر بسپارها بر حسب میزان بلورینگی شان ظاهری ابری تا مات دارند (مگر در موارد خاص که اندازه بلورها بسیار کوچک باشد که در این حالت نیز بسپار شفاف خواهد بود). به همین دلیل برای تولید فیلم های بسپاری شفاف از بسپارهای کم بلورین یا غیربلورین (بی ریخت) استفاده می شود، در بسپارهای شاخه ای، وجود شاخه ها مانعی برای تشکیل نواحی بلورین است. به همین دلیل در یک نوع بسپار که قابلیت بلورینگی دارد، گونه های خطی آن نوع بسپار، بلوری تر از گونه های شاخه ای همان بسپار بوده و خواص متفاوتی نیز خواهند داشت.

شکل 3 - نمایش دوبعدی مولکول ها در بسپار با نواحی بلورین و بی ریخت
به هنگام فراورش و شکل دهی بسپارها این امکان هست که با تغییر شرایط فراورش، میزان بلورینگی را در محصول نهایی تغییر داد، چون نظم یابی زنجیرها در کنار هم یا بلورین شدن بسپار وابسته به شرایط دمایی و زمانی است. برای مثال اگر قطعه قالب گیری شده به آرامی سرد شود، بلوری تر از حالتی خواهد شد که ناگهان سرد شود. جدول 1 برخی از ویژگی های نواحی بلورین و بی ریخت را بیان می کند.
جدول 1- ویژگی های نواحی بلورین و بی ریخت
بی ریخت بلورین
شفاف
جمع شدگی کم
نرم می شود (ذوب نمی شود)
ضربه پذیری زیاد
مقاومت شیمیایی ضعیف ناشفاف (Opague)
جمع شدگی زیاد
ذوب می شود (نرم نمی شود)
ضربه پذیری کم
مقاومت شیمیایی خوب

برای مثال با افزایش بلورینگی در یک قطعه:
- دمای ذوب، مقاومت شیمیایی و صلبیت افزایش می یابد؛
- ضربه پذیری، شفافیت، مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی و تراوایی قطعه (در برابر گازها) کاهش می یابد.
1-3 رفتار گرمایی بسپارها
در حالت کلی بسپارهای صنعتی را می توان به دو گروه گرمانرم و گرما سخت تقسیم کرد. گرمانرم ها در بیانی ساده، بسپارهایی هستند که در اثر گرم نرم شده و در بالاتر از یک دمای خاص جریان می یابند. به عبارت دیگر در این مواد امکان لغزش زنجیرهای بسپاری روی هم در اثر گرم شدن وجود دارد، به طوری که درشت مولکول ها از انرژی کافی جهت غلبه بر نیروهای بین مولکولی برخوردار هستند. بالطبع با سرد کردن، این مواد سفت شده و زنجیرهای آن از حرکت باز می ایستند.
گرمانرم ها را می توان بارها گرم کرد و شکل داد. این مواد قابلیت حل شدن در حلال را نیز دارند. گرمانرم ها از نظر تجاری مهم ترین دسته مواد پلاستیکی هستند. 80% بسپارها در دنیا جزء گرمانرم ها هستند. ساختار مولکولی گرمانرم ها به صورت خطی یا شاخه ای است.
گرماسخت ها پلاستیک هایی هستند که در اثر گرما یا عوامل دیگری از قبیل تابش اشعه و

رطوبت، پخت شده و تبدیل به محصولاتی غیر قابل ذوب و انحلال می شوند. اصطلاح گرما سخت به این دلیل روی این مواد گذاشته شد که اولین پلاستیک های شبکه ای ساخته شده، در اثر گرما شبکه ای می شدند، اما در چند دهه اخیر روش های غیرگرمایی نیز برای شبکه ای کردن مواد استفاده می شود. رفتار گرمانرم ها در برابر گرما با رفتار مواد کوچک مولکول بسیار متفاوت است. بسپارها معمولاً نقطه ذوب مشخصی ندارند و فرایند ذوب آنها در محدوده ای از دما صورت می

گیرد. نواحی بی ریخت و بلورین یک گرمانرم، رفتارهای متفاوتی در برابر گرما دارند. اگر یک بسپار بی ریخت (یا نواحی بی ریخت یک بسپار بلورین) را گرم کنیم، به محدوده ای از دما می رسیم که در آن تحرک بخش هایی از زنجیر ممکن شده و بسپار نرم می شود. به این دما، دمای انتقال شیشه ای (Tg) گفته می شود که از ویژگی های مهم یک بسپار گرمانرم است. اگر به گرما دادن ادامه دهیم، به جایی می رسیم که کل زنجیر امکان حرکت پیدا می کند، به این محدوده از دما که در آن زنجیرهای بسپار می توانند روی هم بلغزند، دمای ذوب (Tm) گفته می شود.

نواحی بلورین از مقاومت گرمایی بیشتری نسبت به نواحی بی ریخت برخوردار هستند، به عبارتی دمای ذوب بیش تر و مشخص تری دارند، دمایی که برای ذوب بلورها تعریف می شود (Tc)، دمایی است که در آن نواحی بلورین نظم خود را از دست می دهند. برای داشتن جریان در یک بسپار بلورین، لازم است که آن را تا بالاتر از دمای ذوب بلورها گرم کنیم. در حالت عمومی برای اغلب بسپارها بین سه دمای مذکور رابطه زیر برقرار است:

1-4 وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی
وزن مولکولی یک بسپار نقش مهمی در کاربرد آن ایفا می کند. جالب و مفید بودن ویژگی های مکانیکی بسپارها نتیجه وزن مولکولی بسیار زیاد آنها است. وزن مولکولی بسپار تعیین کننده ویژگی های مکانیکی و نیز فرایندپذیری آن است. هر چه وزن مولکولی زیادتر شود، مقاومت شیمیایی و خواص مکانیکی ماده (از قبیل استحکام، چقرمگی، خزش، مقاومت در مقابل ترک) نیز بهبود می یابد. اما در عین حال موجب زیاد شدن گرانروی مذاب بسپار شده و فراورش آن را مشکل تر می کند. در صنعت برای تخمین وزن مولکولی از اندازه گیری شاخص جریان مذاب بسپار استفاده می شود که عبارت است از وزنی از بسپار که در حالت مذاب و تحت فشاری مشخص از میان روزنی استاندارد، طی 10 دقیقه رانده می شود. این شاخص با گرانروی بسپار و در نتیجه وزن مولکولی آن نسبت معکوس دارد. روش های دقیق تر تخمین وزن مولکولی، کروماتوگرافی ژل تراوایی (GPS) و اندازه گیری گرانروی محلول بسپار است که روش هایی آزمایشگاهی هستند.
وزن مولکولی یک بسپار، در طول فرایند بسپارش، کنترل می شود. شرایط واکنش، فرایند و نوع یاریگرها (کاتالیزورها) از عوامل موثر بر وزن مولکولی هستند. البته در یک بسپار تجاری همه مولکولها هم اندازه نیستند. به عبارتی در طول فرایند بسپارش، همه مولکول ها به یک اندازه رشد نمی کنند و یک بسپار شامل مخلوطی از مولکول هایی با وزن های مولکولی مختلف است. هنگامی که از وزن مولکولی یک بسپار صحبت می شود. در واقع میانگین وزن مولکولی در نظر گرفته می شود. در کنار وزن مولکولی، توزیع وزن های مولکولی مختلف در بسپار نیز از عوامل تعیین کننده ویژگی ها است و باید مورد بررسی قرار گیرد. این توزیع معمولاً توسط یک منحنی مشابه شکل 4 تعریف می ش

ود.

شکل 4 - طرح کلی منحنی توزیع وزن مولکولی
برای رسم این منحنی کافی است وزن مولکولی را روی محور افقی و تعداد مولکول هایی که این وزن را دارند روی محور عمودی قرار داد. اگر این منحنی همیشه مانند شکل 4 متقارن

باشد. فقط یک نقطه برای بیان میانگین وزن مولکولی و توزیع آن کافی است. اما در عمل شکل منحنی توزیع وزن مولکولی بسپارها متقارن نیست.

شکل 5 - منحنی توزیع وزن مولکولی یک بسپار
وزن مولکولی بسپارها معمولاً با دو روش تعیین و گزارش می شود که عبارتند از: وزن مولکولی میانگین عددی Mn و وزن مولکولی میانگین وزنی Mw که این گونه تعریف می شوند:
تعداد کل زنجیرها / وزن کل زنجیرهای بسپارMn=
کل وزن زنجیرها/ مجموع(تعداد زنجیرهای هم وزن وزن هر زنجیر با تعداد واحدهای تکراری مشخص) Mw=
اگر زنجیرهای یک بسپار دارای اندازه های تقریباً یکسانی باشند، توزیع وزن مولکولی باریک خواهد بود و به آن اصطلاح تک پراکند می گویند (شکل 6) و هر چه اندازه زنجیرها متنوع تر باشد، توزیع مذکور پهن تر خواهد بود و به آن بس پراکند می گویند.

شکل 6 - منحنی توزیع باریک و پهن وزن مولکولی
در یک بسپار تک پراکند، مقادیر Mn و Mw یکسان خواهند بود، اما در بسپار بس پراکند رابطه زیر برقرار است:
هر چه توزیع وزن مولکولی پهن تر باشد، اختلاف بین مقادیر انواع وزن مولکولی ها افزایش می یابد. برای بیان چگونگی توزیع وزن مولکولی از نمایه پراکندگی (PDI) استفاده می شود که عبارت است از حاصل تقسیم وزن مولکولی میانگین وزنی بر وزن مولکولی میانگین عددی: PDI=Mw/Mn
در بسپارهای تک پراکند نمایه فوق برابر یک است و هر چه توزیع وزن مولکولی پهن تر باشد، مقدار آن از یک بیشتر خواهد بود.
چگونگی توزیع وزن مولکولی یک بسپار روی ویژگی های آن تاثیر زیادی دارد و در نتیجه توزیع های متفاوت وزن مولکولی یک بسپار، آن را برای کاربردهای متفاوتی مناسب می سازد. بسپارهایی که توزیع وزن مولکولی باریک دارند نسبت به گونه هایی که توزیع وزن مولکولی آنها پهن است، ویژگی های مکانیکی بهتری دارند اما فراورش آنها به مراتب مشکل تر است.

1-5 پلی اتیلن سپارها دارد و بیشترین میزان تولید مواد پلاستیکی را به خود اختصاص داده است. این ماده از بسپارش تکپار اتیلن بدست می آید. اتیلن گازی است که عمدتاً از منابع نفتی حاصل می شود و از گرمای بسپارش بسیار زیادی برخوردار است. ساختار شیمیایی اتیلن به صورت زیر است:

اولین پلی اتیلنی که به طور تجاری ساخته شد، پلی اتیلن کم چگال (LPDE) بود که در سال 1933 در انگلیس ساخته شد و به دلیل اینکه عایق الکتریکی خوبی بود، مورد توجه قرار گرفت. تا اواسط دهه 1950 تمام پلی اتیلن های تجاری به همان روش اولیه و تحت فشار و دمای زیاد تهیه می شدند و بسپار حاصل شاخه ای و کم چگال بود. در سال 1953 با کشف یاریگرهای زیگلر-ناتا، انقلابی در زمینه تولید پلی اتیلن صورت گرفت ونسل دوم این بسپار به بازار آمد. این نسل پلی اتیلن، که دارای مولکولهای خطی و چگالی زیادتری بود، علاوه بر این که ویژگی های مکانیکی بهتری از پلی اتیلن های کم چگال داشت، در فشار کمتری تولید می شد و به همین دلیل بسپار مورد توجه واقع شده و پلی اتیلن پر چگال (HDPE) نام گرفت. هم زمان با کشف یاریگرهای زیگلر –ناتا، فرایندی تحت نام فیلیپس نیز معرفی شد که آن نیز با استفاده از یاریگرهای اکسیدفلزی منجر به تولید پلی اتیلن پرچگال می شود. به این ترتیب کاربردهای پلی اتیلن گسترش یافت. پس از جنگ جهانی دوم، در ایالات متحده با توجه به فعال شدن صنایع بسته بندی، فیلم های پلی اتیلنی بسیار مورد توجه قرار گرفتند و در همان زمان نیز در انگلیس قطعات قالب گیری شده پلی اتیلنی اهمیت پیدا کردند.
در اواسط دهه 1970 نسل سوم پلی اتیلن تحت نام پلی اتیلن کم چگال خطی به بازار عرضه شد که از همبسپارش تکپار اتیلن با تکپارهایی از قبیل 1-بوتن، 2-هگزن و 1-اکتن تولید می شد. از ویژگی های مهم این محصول، زیاد بودن مقاومت پارگی فیلم به همراه شفافیت خوب آنها بود که باعث شد به عنوان گونه مخصوص تولید فیلم پلی اتیلن در صنایع بسته بندی، پذیرفته شود.
از آنجایی که مواضع فعال در یاریگرهای زیگلر-ناتا واکسید فلزی، دارای فعالیتهای یکسانی نیستند، پلی اتیلن های پر چگال و کم چگال خطی تولید شده با این یاریگرها، توزیع وزن مولکولی به نسبت پهنی دارند. در اواسط دهه 1980 با کشف یاریگرهای متالوسن (metallocene) که دارای مواضع فعال یکنواختی هستند، تحول دیگری در تولید پلی اتیلن حاصل شد. این یاریگرها بسپارهایی با مولکول های بسیار یکنواخت و وزن مولکولی های دلخواه تولید می کنند و این امکان را به تولید کننده می دهند که محصولاتی دقیقاً منطبق بر نیازهای مشتری به بازار عرضه کنند.

1-6 روش های صنعتی بسپارش پلی اتیلن
در تولید صنعتی پلی اتیلن دو مرحله اصلی وجود دارد که عبارتند از بسپارش و دانه سازی محصول، در مرحله اول تکپار اتیلن در اثر بسپارش به ذرات پلی اتیلن جامد تبدیل می شود. این ذرات که حاوی زنجیرهای بلند بسپار هستند، از نظر اندازه و شکل ظاهر شبیه پودر رختشویی هستند. در یک واحد صنعتی در مرحله بسپارش، می توان با تغییر یاریگرها، تکپارها، همتکپارها و شرایط و ظرف واکنش، طول و توزیع زنجیرها و در نتیجه ویژگی های فیزیکی پلی اتیلن را کنترل کرد. در مرحله دوم یا رانشگری(اکستروژن)، ذرات پلی اتیلن ذوب شده و با افزودنی های مورد نیاز برای فرایند شکل دهی مخلوط شده و به صورت دانه در می آیند. به این ترتیب حمل و نقل مواد آسان تر می شود ضمن اینکه حالت دانه ای برای خوراک دهی به ماشین های شکل دهی مناسب تر هستند.

1-6-1 فرایند تولید پلی اتیلن کم چگال
پلی اتیلن کم چگال توسط واکنش رادیکال آزاد و با استفاده از یاریگر تولید می شود. در این فرآیند از اکسیژن یا دیگر آغازگرهای رادیکال آزاد مثل پراکسیدهای آلی و ترکیبات آزو استفاده می شود. واکنش در فشار و دمای زیاد (معمولاً MPa280-120، 300-250) انجام می شود و زمان اقامت مواد در ظرف واکنش معمولاً حدود 15-10 ثانیه است. گرمای واکنش حدود kcal/g 800 است و باید در طول زمان کوتاه اقامت مواد، از ظرف واکنش خارج شود. فقط بخش اندکی از این گرما از طریق دیواره ظرف واکنش به بیرون منتقل می شود که علت آن ضخامت زیاد و سطح به نسبت محدود دیواره است. به علاوه بسپار تمایل دارد روی سطح سرد ظرف رسوب کند که در نتیجه میزان انتقال گرما باز هم کاهش می یابد. در عمل، با عبور دادن مقداری تکپار سرد اضافی از واکنشگاه، مخلوط سرد می شود. بنابراین سرعت تولید، به طور مستقیم با سرعت گردش اتیلن و میزان افزایش دما در ظرف واکنش تغییر می کند. موازنه گرمایی، درجه تبدیل را در هر بار عبور مواد به 15-20% محدود می کند.

فرآیند تولیدصنعتی پلی اتیلن کم چگال

شکل 7 - فرایند تولید صنعتی پلی اتیلن کم چگال
دو نوع ظرف واکنش یا واکنشگاهی که برای انجام واکنش فوق به کار می روند عبارتند از: اتوکلاوها و لوله های فشار زیاد، محصولات هر یک از این واکنشگاه ها با دیگری تا حدودی متفاوت است که علت آن اختلاف توزیع دما در هر یک از آن ها است. شکل 7 طرح یک واحد صنعتی تولید پلی اتیلن کم چگال را نشان می دهد.
1-6-2 فرایند تولید پلی اتیلن پرچگال

برای تولید پلی اتیلن پرچگال از سه نوع واکنشگاه استفاده می شود:
1-واکنشگاه محلولی که به دلیل هزینه بالای بازیافت حلال استفاده از آن فقط به تولیدگونه هایی خاص محدود شده است.
2-واکنشگاه دوغابی که در آن محصول خروجی از واکنشگاه، دوغابی 50/50 از بسپار در یک مایع رقیق کننده (معمولاً ایزوبوتان) است. در حالت کلی مایع رقیق کننده باید حلال ضعیفی برای پلی اتیلن باشد. دمای واکنش در این ظرف واکنش کمتر از 130 و فشار آن کمتر از MPa8/4 ا

ست.
3-واکنشگاه های فاز گاز که در آن از یک بستر سیال استفاده می شود. دمای این واکنشگاه ها کمتر از 160 و فشار نیز کمتر از MPa 7/2 است، شکل 8 طرح یک واحد صنعتی تولید پلی اتیلن پر چگال را نشان می دهد.
فرآیند تولید صنعتی پلی اتیلن پر چگال

شکل 8 - فرایند تولید صنعتی پلی اتیلن پرچگال
1-6-3 فرایند تولید پلی اتیلن کم چگال خطی
پلی اتیلن کم چگال خطی از طریق به کار گرفتن همتکپارهای آلفا-الفینی از قبیل 1-بوتن، 1-هگزن، 1-اکتن و یا 4-متیل -1-پنتن در واکنش تهیه می شود. شرایط و تجهیزات واکنش مشابه با تولید پلی اتیلن پرچگال است. شکل 9 طرحی از فرایند تولید پلی اتیلن کم چگال خطی را نشان می دهد. البته بدیهی است که بسته به نوع همتکپار مورد استفاده، ویژگی های بسپار حاصل فرق خواهد کرد و پلی اتیلن کم چگال خطی همه تولیدکنندگان همانند نیستند.

فرآیند تولید صنعتی پلی اتیلن کم چگال خطی

شکل 9 - فرایند تولید صنعتی پلی اتیلن کم چگال خطی
1-6-4 دانه سازی پلی اتیلن
همان طور که ذکر شده، محصول پلی اتیلن که از ظرف واکنش بیرون می آید به شکل پودر

رختشویی است و معمولاً آن را پس از ظرف واکنش به دلیل مسائل ترابری و نیاز ماشین شکل دهی به صوت دانه در می آورند. در فرایند دانه سازی این امکان هست که بسیاری از افزودنی های مورد نیاز برای مصرف نهایی را به ماده افزود، تا در نهایت به هنگام شکل دهی نیازی به افزودن مجدد افزودنی ها نباشد. برای مثال می توان از افزودنی های ضد لغزش، ضد خشک چسبی (anti blocking) و صدمه زدگی در صنعت فیلم نام برد، که تقریباً عمده گونه های ویده شود، اختلاط رنگ را می توان در این مرحله انجام داد. برای مثال پلی اتیلن ویژه لوله معمولاً به صورت از پیش رنگ شده (سیاه یا زرد) فروخته می شود.
برای اختلاط این افزودنی ها با پلی اتیلن نیاز به مارپیچ های اختلاط است. افزودنی های مایع را نیز مستقیم به کمک پمپ به قسمت پیمایش مارپیچ اکسترودر تزریق می کنند. اکسترودرهایی که زیر ظرف واکنش نصب می شوند تا مذاب یا محلول پلی اتیلن را دریافت کنند، معمولاً بسیار بزرگ هستند و در حدد 20 تا 29 تن ماده را در ساعت به کمک مارپیچ هایی به قطر 500 تا 600 میلی متر انتقال می دهند.
این اکسترودرها معمولاً به ناحیه گاز زدا مجهز هستند تا مواد تبخیرشدنی را از پلی اتیلن جدا کنند، چه برای مثال در پلی اتیلن کم چگال معمولاً پس از واکنش حدود 1/0 تا 2/0 درصد تکپار اتیلن در میان بسپار باقی می ماند که با توجه به حساسیت های زیست محیطی موجود لازم است میزان اتیلن واکنش نداده به زیر ppm50 برسد به همین ترتیب میزان حلال باقی مانده در پلی اتیلن نیز بایستی به حداقل برسد. البته باید توجه داشت که بسته به این که واکنش دوغابی، در فاز گاز و یا محلولی باشد، شرایط و نحوه جداسازی اجزاء فرار و هم چنین تجهیزات اختلاط ممکن است تفاوت کند.
برای جداسازی به تناسب از اکسترودرهای دو مارپیچ متداخل یا با مارپیچ های جدا از هم به صورت های همسو گرد یا ناهمسوگرد و هم چنین اکسترودرهای تک مارپیچ استفاده شده است.
برای دانه سازی پلی اتیلن، جلوی اکسترودر ماشینی به نام دانه ساز، یا خردکن قرار می گیرد. که ماده خروجی از اکسترودر را بریده و تبدیل به دانه می کند. برای دانه سازی پلی اتیلن پرچگال و کم چگال خطی معمولاً خرد کردن در زیر آب انجام می شود و سرعت آن گاه به 25 تن بر ساعت می رسد.
1-7 انواع پلی اتیلن
در حالت کلی و به طور سنتی، پلی اتیلن های تجاری را می توان به سه دسته عمده تقسیم کرد:
پلی اتیلن کم چگال، LDPE
پلی اتیلن پر چگال، HDPE

پلی اتیلن کم چگال خطی، LLDPE
از دیگر انواع پلی اتیلن می توان به محصولات میان چگال (MDPE) و بسیارکم چگال (VLDPE) یا (VLDPEU)، پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار زیاد (UHMWPE) و پلی اتیلن شبکه ای (PEX یا XLPE) اشاره کرد. شکل 10 طرحی اجمالی از ساختار انواع بسپارها را نشان می دهد.
در یکی دو دهه گذشته با افزایش دانش و ایجاد روش های تولید جدیدتر، پلی اتیلن های با ویژگی های خاص و متفاوت تولید شدند که هر یک نام مناسب خود را یافتند مانند پلی اتیلن های

متالوسنی، دوقله ای و ... آن چه در ادامه می آید به شرح خانواده های پلی اتیلن موجود می پردازد.
1-7-1 پلی اتیلن پر چگال
این نوع پلی اتیلن عمدتاً دارای مولکولهایی خطی و بدون شاخه است و به همین دلیل از درصد بلورینگی بالایی برخوردار است، که موجب می شود چگالی آن نسبت به دیگر انواع پلی اتیلن زیاد باشد. چگالی این نوع پلی اتیلن در محدوده 97/0-94/0 قرار دارد. قطعات قالب گیری شده از پلی اتیلن پرچگال به رنگ سفید و ناشفاف هستند، در تماس با دست تا حدودی روغنی هستند و به جز در مواردی که طی فرایند قالب گیری تخریب صورت گرفته باشد، بو و مزه ای ندارند.
الف)پلی اتیلن پرچگال
ب)پلی اتیلن کم چگال
پ)پلی اتیلن میان چگال
ت)پلی اتیلن کم چگال خطی

شکل 10- ساختار انواع پلی اتیلن های تجاری
پلی اتیلن پر چگال، سفت ترین ماده در میان انواع پلی اتیلن است. یک پلاک قالب گیری شده از پلی اتیلن پر چگال، به ضخامت cm125/3، با فشار دست به مقدار کمی خم می شود. خم و راست کردن فیلم های نازک این ماده، صدایی همانند صدای مواد ترد تولید می کند و به راحتی روی آن خط تا و چروک های دائمی ایجاد می شود. اگر برش و یا سوراخی روی این فیلم ها ایجاد شود، به راحتی پاره می شوند.
پلی اتیلن پر چگال به دلیل بلورینگی زیاد، بیشترین سفتی و کم ترین میزان نفوذپذیری را در میان دیگر انواع پلی اتیلن داراست. به دلیل این دو ویژگی، از این ماده برای ساخت ظروف، مثل بطری های شیر و مواد شوینده، سطل ها، بشکه ها و مخازن نگهداری مواد شیمیایی استفاده

می شود. نفوذپذیری کم، سفتی و مقاومت خوب در برابر خوردگی باعث شده است تا از این ماده در ساخت انواع لوله های انتقال آب، فاضلاب و گاز طبیعی استفاده شود. استحکام کششی خوب پلی اتیلن های پر چگال از ویژگی های مناسب برای تهیه فیلم هایی است که برای مدت کوتاه تحت بار قرار می گیرند. مثل کیسه های میوه یا کیسه های زباله، از دیگر کاربردهای این نوع

پلی اتیلن می توان به کاربردهای خانگی از قبیل ظروف نگهداری غذا، سینی ها و جعبه های حمل بطری و میوه اشاره کرد.
1-7-2 پلی اتیلن کم چگال
مولکول پلی اتیلن کم چگال دارای تعداد زیادی شاخه های بلند و کوتاه است که مانع بلورسازی می شوند. به همین دلیل این نوع پلی اتیلن از چگالی به نسبت کمی برخوردار است. چگالی این بسپار در محدوده 94/0-9/0 است. قطعات قالب گیری شده از پلی اتیلن کم چگال معمولاً شفاف بوده و در تماس با دست تا حدودی چرب هستند و امکان مهاجرت مواد به سطح در آنها وجود دارد. محصولات آن کاملاً نرم هستند، برای مثال یک پلاک به ضخامت cm5/4 به راحتی با دست خم می شود. مانند دیگر پلی اتیلن ها، اگر تخریبی در آن صورت نگرفته باشد، بو و مزه ندارد. فیلم های پلی اتیلن کم چگال در اثر کشش به طور یکنواخت تغییر شکل می دهند و ممکن است نواحی کشیده شده کمی سفید شوند. این فیلم ها قبل از اینکه پاره شوند، تغییر شکل زیاد و قابل توجهی پیدا می کنند و پس از آن نیز پارگی به راحتی ادامه نمی یابد. پلی اتیلن کم چگال به دلیل داشتن ساختار شاخه ای، فرایند پذیری خوب، استحکام مذاب زیاد و گرانروی به نسبت کمی دارد. این ویژگی ها برای تولید دمشی فیلم مناس هستند و در واقع بیش از نصف مصرف پلی اتیلن کم چگال به این فرایند اختصاص دارد. از فیلم این ماده برای بسته بندی های کالاهای تجاری سبک و کوچک استفاده می شود. از دیگر کاربردهای آن می توان به آستر پوشک بچه، بسته بندی های جمع شو، فیلم های کشاورزی و پوشش گلخانه اشاره کرد. با پوشش یک لایه پلی اتیلن کم چگال بر روی

مقوا، یک دو لایه ضد آب حاصل می شود که در پاکت های شیر و آب میوه کاربرد گسترده ای دارد. کاربردهای فرعی این ماده، عایق کاری سیم ها وکابل ها و نیز لوله های منعطف است. قطعاتی که به روش قالب گیری تزریقی و قالب گیری دمشی از پلی اتیلن کم چگال ساخته می شوند، منعطف و چقرمه هستند، از این رو برای ظروف فشارشی مثل تیوپ خمیردندان و ظروف نگهداری غذا مناسب هستند.
1-7-3 پلی اتیلن کم چگال خطی

پلی اتیلن کم چگال خطی دارای مولکولهایی است که ساختار بدنه اصلی آنها خطی است و گروه های کوتاه آلکیلی، به صورت شاخه هایی به آن متصل هستند. این مواد از طریق همبسپارش اتیلن با 1-آلکان ها تهیه می شوند. متوسط فاصله بین شاخه ها در طول زنجیر اصلی، معمولاً بین 25 الی 100 اتم کربن است. وجود شاخه تا حدودی مانع تشکیل بلور می شود و در نتیجه چگالی این نوع پلی اتیلن را نسبت به پلی اتیلن پر چگال می کاهد. چگالی پلی اتیلن کم چگال خطی در محدوده 94/0-9/0 قرار می گیرد.
قطعات قالب گیری شده از این ماده تا حدودی مه گون و سفید هستند. در تماس با دست کمی چرب بوده و ممکن است مقداری مهاجرت مواد به سطح در آنها مشاهده شود. بو و مزه ای نداشته و وابسته به میزان تکپار موجود در ساختارشان می توانند کاملاً انعطاف پذیر یا آنقدر سفت باشند که با اندکی خم کاری دچار تغییر شکل دائمی می شوند. البته حداکثر سفتی این محصولات باز اندکی کمتر از نرم ترین گونه های پلی اتیلن پرچگال است. فیلم های نازک پلی اتیلن کم چگال خطی کاملاً شفاف بوده و در برابر پارگی و سوراخ شدگی بسیار مقاوم هستند. این فیلم ها در نواحی تغییر شکل داده، مه گون می شوند. همانطور که گفته شد، این مواد گستره وسیعی از لاستیک های شفاف تا قطعات صلب ناشفاف را شامل می شوند، اما قسمت عمده پلی اتیلن های کم چگال خطی از نظر چگالی در محدوده پلی اتیلن های کم چگال قرار می گیرند و بنابراین همان بازار را دارند. فیلم بیشترین کاربرد این پلی اتیلن ها را تشکیل می دهد و فیلم های این ماده چقرمگی خیلی خوبی دارند. کاربرد این فیلم ها عبارتند از، کیسه های میوه، بسته بندی موادغذایی تازه، فیلم های کشایند، کیسه های زباله های خانگی. هم چنین از رانشگری (اکستروژن) پلی اتیلن کم چگال خطی محصولاتی از قبیل عایق سیم و کابل، لوله و ورق(برای مواقعی که انعطاف پذیری و چقرمگی با هم مورد نیاز هستند، مثل درپوش ظروف غذا و اسباب بازی ها، استفاده می شوند. در مقیاس های بزرگ تر، از پلی اتیلن کم چگال خطی برای محفظه های فراورش غذا مخازن نگهداری و مواردی از این دست استفاده می شود.
1-7-4 پلی اتیلن بسیار کم چگال

ساختار این نوع پلی اتیلن مانند پلی اتیلن کم چگال خطی است با این تفاوت که میزان شاخه های کوتاه در آن بسیار بیشتر است. متوسط فاصله بین شاخه ها در طول زنجیر اصلی این نوع پلی اتیلن در حدود 7 الی 25 اتم کربن است. تعداد زیاد شاخه ها از میزان بلورینگی به طور چشمگیری می کاهد، به طوری که این ماده عمدتاً غیربلورین است. محدوده چگالی پلی اتیلن بسیار کم چگال 9/0-86/0 است.
از این ماده به ندرت قطعات ضخیم قالب گیری می شود. فیلم های آن بسیار نرم و منعطف هستند، به راحتی تغییر شکل می دهند، ولی در برابر پارگی و سوراخ شدگی مقاوم هستند و سطح آنها تا حدودی چسبنده است. بو و مزه ای ندارند و اگر افزودنی طول آنها در اثر کشش از 100% بیشتر نشود، قسمت عمده تغییر شکل حاصل، قابل برگشت است. پلی اتیلن بسیار کم چگال کاملاً شفاف بوده و مه گونی فیلم های نازک آن قابل چشم پوشی است.
1-7-5 پلی اتیلن های متالوسنی
بر خلاف دیگر انواع پلی اتیلن، این نوع پلی اتیلن بر اساس چگالی معرفی نمی شود و مشخصه آن یکدست و هم شکل بودن مولکول ها است. متالوسن نام یاریگری است که در فرایند بسپارش به کار می رود. یاریگرها را می توان به صورت دست هایی کوچک یا الگوهایی دانست که ساخت یک زنجیر بسپاری را آغاز و هدایت می کنند. قبل از متالوسن، یاریگرها دارای نقاط فعال متفاوتی بودند که هر کدام از آنها زنجیر بسپار را به روشی متفاوت پدید می آوردند. با چنین الگوهای متنوعی کنترل ساختار مولکول های بسپاری حاصل مشکل بوده و موجب اختلاف هایی اندک در ساختار مولکول و ویژگی های آن می شد. یاریگرهای متالوسن هر کدام دارای مواضع یکسان و در نتیجه الگوهایی مشابه هستند که همگی به یک روش عمل می کنند. به این ترتیب همه زنجیرهای بسپار تولید شده همسان هستند و خواص بسپار نیز یکنواخت خواهد بود. شکل های 11 و 12 اثر یاریگر را بر توزیع ترکیب و آرایشمندی مولکول پلی اتیلن نشان می دهد.

شکل 11- اثر یکسان بودن مواضع فعال روی یاریگرهای متالوسن

شکل 12- اثر یاریگر بر توزیع آرایشمندی مولکول پلی اتیلن
به این ترتیب یاریگرهای متالوسن امکان ساخت بسپارهای بسیار یکنواخت و یا طراحی بسپارها با ویژگی دلخواه را ایجاد می کنند و این فرصت را فراهم می آورند که پلی اتیلن هایی دقیقاً منطبق بر نیاز بازار تولید شوند.
با استفاده از یاریگرهای مذکور می توان محصولاتی با چقرمگی بهتر، استحکام ضربه ای بسیار بیشتر و مه گونی کمتر به دست آورد. به این ترتیب دیگر لازم نیست تولید کنندگان فیلم، بین استحکام و شفافیت یکی را انتخاب کنند و یا تولید کنندگان قطعات تزریقی، فرایند پذیری را فدای استحکام ضربه ای قطعه کنند.
همان طور که ذکر شد وزن مولکولی، شاخه داری و وجود همتکپارهای مختلف همگی بر روی ویژگی های بسپارها تاثیر می گذارند و بالطبع یاریگرها و شرایط تولیدی که بیشترین قابلیت کنترل بر روی عوامل فوق را ایجاد کنند، موجب می شوند بسپارهایی بسازیم که متناسب با نیازهای ما در فرآیندهای تولیدی مختلف باشند. یاریگرهای متالوسن به رغم این که نسبت به اسلاف خود ویژگی های بسیار بهتری دارند، ایده آل نیستند ودر آینده با روند پژوهشی موجود مسلماً یاریگرهای جدیدتری به بازار خواهند آمد که نسل جدیدی از بسپارها با ویژگی های مناسب تر از آن چه که موجود است را پدید خواهند آورد.
1-7-6 پلی اتیلن دو قله ای
همان طور که قبلاً گفته شد، یک بسپار با وزن مولکولی کم فرایندپذیری خوبی دارد، ولی ویژگی

های مکانیکی آن ضعیف است و در مقابل، بسپاری که وزن مولکولی آن زیاد است، خواص مکانیکی خوب و فرایند پذیری ضعیفی دارد. محصولی مطلوب است که هر دو ویژگی فوق یعنی فرایند پذیری و خواص مکانیکی خوب رادر کنار هم داشته باشد. برای رسیدن به چنین محصولی، پلی اتیلن های دو قله ای در دهه 1980 به بازار عرضه شدند. این محصولات را می توان مخلوطی از دو اندازه مولکول دانست. مولکولهایی با وزن زیاد برای فراهم آوردن ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مورد نظر و اجزایی با وزن مولکولی کم برای ایجاد فرایندپذیری مطلوب. منحنی توزیع وزن مولکولی پلی اتیلن های دوقله ای دارای دو کوهه توزیع است (شکل 13)

شکل 13- پلی اتیلن دو قله ای
فرایند تولید پلی اتیلن دو قله ای، جداگانه و داخل دو ظرف واکنش صورت می گیرد. ظروف واکنش توسط یک تبخیرکننده آنی از هم جدا می شوند. واحد تبخیر کننده مذکور کلیه هیدروکربن های واکنش نکرده را از سیستم خارج می کند. در ظرف واکنش اول، زنجیرهای پلی اتیلن با وزن مولکولی کم بر روی یک سری یاریگر رشد می کنند سپس به ظرف واکنش دوم منتقل شده و در آنجا مولکولهای بزرگ تر روی همان یاریگرها رشد می کنند.
به این ترتیب یک شبکه در هم رونده از زنجیرهای پلی اتیلنی کوچک و بزرگ تشکیل می شود. از آنجایی که شرایط هر کدام از ظرف های واکنش را می توان جداگانه کنترل کرد، درصد اجزاء و وزن مولکولی آنها را در محصول نهایی می توان به گونه ای طراحی کرد که توازن مطلوبی بین ویژگی های ماده و فرایند پذیری آن ایجاد شود.
شکل 14 طرحی از واحد تولید پلی اتیلن دو قله ای را نشان می دهد. در این سیستم ها می توان محدوده وسیعی از پلی اتیلن ها، از پلی اتیلن کم چگال خطی تا پلی اتیلن پر چگال را تولید کرد.
یکی از ویژگی های مهم پلی اتیلن های دو قله ای این است که با افزایش سرعت برش، گرانروی آنها با سرعت بیشتری کاسته می شود (شکل 15) به عبارتی هنگام فرایند که برش زیادی اعمال می شود، گرانروی آنها کمتر و فراورش شان آسان تر است. در عین حال در برش های کم گرانروی بیشتری نسبت به گونه های تک قله ای دارند که باعث می شود قطعه شکل گرفته، در طول زمان سرد شدن، پایداری بیشتری داشته باشد.

شکل 14 - فرایند تولید پلی اتیلن ورقه ای

شکل 15 - تغییرات گرانروی مذاب پلی اتیلن با سرعت برش
1-7-7 پلی اتیلن شبکه ای (PEX)
پلی اتیلن شبکه ای، پلی اتیلنی است که بین زنجیرهای آن اتصالات عرضی برقرار شده است. با ایجاد اتصالات عرضی بین زنجیرهای پلی اتیلن، رفتار این بسپار تغییر چشمگیری پیدا می کند. مهم ترین ویژگی پلی اتیلن های شبکه ای، پایداری گرمایی آنها تحت بار است. دمای کارکرد پلی

اتیلن های شبکه ای حداقل 100 است و بسته به چگالی اولیه پلی اتیلن و نوع و میزان اتصال های عرضی، می تواند تا 120 نیز برسد.
این در حالی است که دمای کارکرد پیوسته پلی اتیلن پرچگال حداکثر 70 است. از دیگر اثرات مهم ایجاد اتصالات عرضی، کاهش ترک زایی تنشی محیطی (ESCR) است. (قطعات پلی اتیلنی تحت تنش و در مجاورت برخی مواد شیمیایی زودتر ترک می خورند. به این پدیده ترک زایی تنشی محیطی گفته می شود).
پس از ایجاد اتصالات عرضی، استحکام کششی بدون تغییر می ماند و یا اندکی افزایش می یابد اما افزایش طول تا شکست به شدت افت می کند. به طور کلی پلی اتیلن های شبکه ای از دیگر انواع پلی اتیلن سفت تر هستند. تفاوت برخی از ویژگی ها در اثر شبکه ای شدن در جدول 2 آمده است.
جدول 2- تغییر برخی از ویژگی های پلی اتیلن در اثر شبکه ای شدن
ویژگی تغییر حاصل در اثر شبکه ای کردن HDPE
شاخص مذاب
چگالی
استحکام کششی
افزایش طول تا شکست
مقاومت ترک زایی تنشی محیطی (ESCR)
مقاومت در برابر رشد آهسته ترک کاهش می یابد
تغییر نمی کند یا کاهش می یابد
تغییر نمی کند یا اندکی کاهش می یابد.
کاهش می یابد
افزایش می یابد
افزایش می یابد

خواص پلی اتیلن
اهمیت زیاد پلی اتیلن در این است که ضمن داشتن خواص فیزیکی خوب از نظر شیمیایی نیز خنثا است. این ویژگی ها به همراه قیمت کم و فرایندپذیری مناسب، موجب انتخاب پلی اتیلن در کاربردهای متنوع و وسیعی شده است. خواص فیزیکی پلی اتیلن از طبیعت نیمه بلورین آن سرچشمه می گیرد و بیشتر ویژگی های آن متاثر از ترکیب نواحی بلورین و غیربلورین آن است. اما در کنار ویژگی های فیزیکی خوب، ناپایداری ابعادی پلی اتیلن تحت بارهای طولانی مدت و دمای نرم شوندگی کم باعث شده است که این بسپار از پلاستیک های مهندسی مجزا شده و استفاده از آن به کاربردهای کوتاه مدت و یا کاربردهای فاقد تنش های بحرانی محدود شود.
خنثا بودن پلی اتیلن از نظر شیمیایی و مقاومت الکتریکی خوب آن به پیوندهای کربن-کربن و کربن-هیدروژن موجود در ساختارش مربوط می شود. پیوندهای بین اتم ها در مولکول پلی اتیلن قطبیت اندکی داشته و به همین دلیل مولکولهای پلی اتیلن در برابر حمله مواد شیمیایی بسیار قاومند و از میدان های الکتریکی اثر اندکی می پذیرند.
در ادامه برخی از ویژگی های مهم پلی اتیلن مورد بررسی قرار می گیرند.
1-8-1چگالی

چگالی یکی از ویژگی هایی است که معمولاً برای معرفی یک پلی اتیلن از آن استفاده می شود. زیرا ویژگی های فیزیکی پلی اتیلن را می توان از روی چگالی اش با تقریب خوبی پیش بینی نمود، ارتباط بین چگالی و ویژگی های مکانیکی یک پلی اتیلن به طبیعت نیمه بلورین آن مربوط می شود. چگالی نواحی بلورین پلی اتیلن در حدود 1000 و چگالی نواحی بی شکل آن در حدود 850 است. بنابراین بسته به میزان بلورینگی پلی اتیلن، چگالی آن از 900 تا 965 متغیر خواهد بود شکل 16 محدوده چگالی انواع مختلف پلی اتیلن را نشان می دهد.