کمک فرآیندها برای قالب

در فرآیندهای اکستروژن، از کمک فرآیندهای مختلفی به منظور بهبود تولید و کیفیت استفاده می‌شود. دلیل اصلی استفاده از این مواد معمولا بیشتر به کاهش زمان و هزینه فرآیند مربوط می‌شود تا منجر به افزایش خواص کامپاند شود. اگرچه فرآیند پلی ‌الفین‌ها نسبتا آسان است ولی در زمان قالب‌گیری از کمک فرآیندها استفاده می‌شود. به این منظور از روان کننده ((lubricant های داخلی  برای کاهش ویسکوزیته مذاب استفاده می‌کنند یا از روان کننده‌های خارجی برای کاهش اصطکاک مذاب با سطح قالب بهره می‌برند. بنابراین کمک فرآیندها اساسا موادی برای کاهش زمان و انرژی مذاب پلیمری هستند تا به راحتی قالب را پر کنند و به تسهیل خروج قطعه از قالب کمک ‌کنند. انواع کمک فرآیندها در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1 هدف و انواع کمک فرآیندها

هدف کمک فرآیند	رایج‌ترین کمک فرآیند	مزایا	معایب احتمالی
روان‌کننده‌های داخلی	استئارات فلزی، آمیدهای چرب، استر، اسیدها یا الکل‌ها، عامل‌های پلیمری	افزایش خروجی کاهش ویسکوزیته مذاب و دماذخیره انرژی فرآیند و کاهش گشتاوربهبود در پر کردن قالب	امکان آلودگی سطحافت خواص فیزیکی (یا افزایش آن که بستگی به نوع کمک فرآیند دارد.)
کنترل رئولوژی (برای PP)	پراکسیدها	کاهش ویسکوزیته مذاب بهبود خروجی و پر کردن قالب توزیع وزن مولکولی باریک‌تر	برهم کنش با آنتی اکسیدان‌ها
رها ساز  قالب	واکس‌های هیدروکربنی، آمیدهای چرب، اسیدها یا استرهایی با وزن مولکولی کم	سهولت در خارج کردن قطعه کاهش ضایعات حذف اسپری یا عامل خارجی رها ساز از قالب	آلودگی بیش‌از حد سطح قطعه و تجمع؛ که ممکن است اثری بر روی مذاب پلیمری بگذارد.
پراکندگی پرکننده‌ها، پیگمنت‌ها و الیاف	افزودنی‌های مختلف	بهبود فرآیندپذیری کامپاندهای حاوی پر کننده زیاد مانند استفاده از روان کننده‌های داخلی برای افزایش اثرات پرکننده بهبود فرآیندپذیری آمیزه‌های حاوی مقادیر بالای پرکننده مزایای مشابه کاربرد روانکارهای داخلی	انتخاب و استفاده از کمک فرآیند پیچیده باشد.

روان کننده‌های داخلی

روان کننده‌های داخلی تا حدودی قابلیت حل شدن در پلیمر را دارند. آن‌ها در واقع اصطکاک بین زنجیره‌های پلیمری را کاهش داده تا بر روی یک دیگر بلغزند، ویسکوزیته مذاب را کاهش می‌دهند و با کاهش گشتاور پیچ، انرژی لازم برای انجام فرآیند اختلاط را کم می‌کنند. همچنین این مواد به پر شدگی بهتر قالب کمک می‌کنند. برخی از روان کننده‌ها بر سطح پلیمر موثر هستند که منجر به افزایش رهاسازی از قالب می‌شود. برخی از کمک فرآیندهایی که به افزایش جریان‌ پذیری فرآیند کمک می‌کنند عبارتند از:

1-استئارات فلزی (نمک‌ها یا صابون‌های اسید استئارات):

معولا روان کننده داخلی محسوب می‌شوند. این مواد باعث تغییر ویسکوزیته مذاب و خنثی کردن کاتالیزور می‌شوند. اما می‌توانند بر روی سطح قطعه تجمع کنند و در اصلاح سطح تداخل ایجاد کنند.

2- erucamide, oleamide, and ethylene bisstearamide (EBS):

آمیدهایی هستند که علاوه بر نقش روان کننده داخلی، به عنوان روان کننده خارجی بر سطح پلیمر عمل می‌کنند. بنابراین کاهش ویسکوزیته به همراه رهاسازی از قالب را به همراه دارد.

3-استرها

استرهایی مانند glycerol monostearate (GMS) و روغن‌های گیاهی که در وزن‌های مولکولی بالا می‌توانند به عنوان روان کننده داخلی عمل کنند. همچنین در وزن‌های مولکولی پایین نقش روان کننده خارجی را دارند.

4-سایر اسیدهای چرب و الکل‌ها

که در دماهای پایین‌تر جریان پذیری پلیمر و فشار تزریق را افزایش می‌دهند. از طرف دیگر، نیاز به افزایش دما را به مقداری که احتمال تخریب پلیمر وجود دارد، برطرف می‌کنند.

5-افزودنی‌های پلیمری

افزودنی‌های پلیمری مانند سیلیکون‌ها و فلوروپلیمرها مانند تفلون، پلاستومرها یا پلی الفین‌های کاتالیز شده با متالوسن که روان‌کننده‌های داخلی گران قیمتی هستند. این روان کننده‌ها تمایل به مقاومت در برابر حرارت و مهاجرت به سطح پس از فرآیند را دارند. همچنین نسبت به کمک فرآیندهای دیگر استحکام ضربه را کاهش نمی‌دهند و در برخی موارد خواص پلیمر را افزایش می‌دهند.

6- کنترل کننده رئولوژی PP:

افزودنی‌های پراکسیدی نوع متفاوتی از افزایش جریان مذاب را برای کنترل رئولوژی (CR) فراهم می‌کنند. این موضوع در کاربرد قالب گیری تزریقی محصولات جداره نازک و تولید الیاف PP  اهمیت پیدا می‌کند. این افزودنی‌های کاهش دهنده ویسکوزیته، با شکستن زنجیرهای پلیمری بلند رادیکال‌های آزاد ایجاد می‌کنند تا وزن مولکولی متوسط را به روش کنترل شده‌ای کاهش دهند. افزون بر این، توزیع وزن مولکولی باریک‌تر و شاخص جریان مذاب را بهبود می‌بخشند.

اساسا پراکسیدها بر خلاف آنتی اکسیدان‌های موجود در کامپاند عمل می‌کنند. در حالی‌که در مقادیر کم، می‌توانند بهبود قابل توجهی را در فرآیند ایجاد کنند. با این حال، استفاده از پراکسیدهای CR مشکل است، زیرا آن‌ها با آنتی اکسیدان‌ها هم برهم کنش دارند و می‌توانند باعث تغییر رنگ شوند. همچنین تغییرات رئولوژی این اجازه را به پلیمر می‌دهد تا بخش‌های نازک قالب و یا قالب‌های چند حفره‌ای را پر کند. افزون‌براین، به طور خاص با افزودن پراکسیدهای CR در کوپلیمرهای تصادفی PP، توزیع وزن مولکولی باریک‌تر حاصل می‌شود و زبری سطح کاهش پیدا می‌کند.

 رهاساز قالب (روان کننده خارجی):

افزودنی رهاساز قالب، به عنوان روان کننده خارجی نامیده می‌شود. در حالت کلی این روان کننده‌ها با پلیمر ناسازگار هستند و به سطح مهاجرت می‌کنند. از این‌رو؛ ویسکوزیته مذاب را افزایش نمی‌دهند. عملکرد آن‌ها بدین صورت است که در سطح قطعه تجمع می‌کنند و از چسبندگی به قالب یا سطوح دیگر ممانعت می‌کنند. همچنین آن‌ها نیروی رهاسازی قطعات پلیمرهای نیمه بلوری که تمایل به جمع شدگی و اتصال به قالب را دارند، کاهش می‌دهند و اغلب نیاز به استفاده از اسپری خارجی را از بین می‌برند.

برخی از رهاسازهای قالب عبارتند از: واکس‌های هیدروکربنی میکروکریستالی و پلی اتیلن نیمه اکسید شده. اگر چه این‌ها موثر هستند ولی ممکن است بیش از حد سطح قطعه را آلوده کنند. از دیگر روان کننده‌های خارجی می‌توان به اسیدهای چرب یا استرهایی با وزن مولکولی کم مانند GMS (که به عنوان آنتی اکسیدان نیز استفاده می‌شوند) اشاره کرد. از طرف دیگر آمیدهایی مانند erucamide and oleamide هم کار روان‌کننده داخلی و هم روان کننده خارجی سطح را به خوبی انجام می‌دهند. تولیدکنندگان اغلب به دنبال تعادلی از روان کننده‌های داخلی و خارجی قالب هستند تا هم جریان مذاب و هم رهاسازی از قالب را افزایش دهند و معمولا کمتر از 1% در فرمولاسیون از آن‌ها استفاده می‌شود.

روان کننده برای کامپاندهای حاوی مقادیر بالا پرکننده:

هنگامی‌که پرکننده‌ها در کامپاند زیاد باشند، استفاده از کمک فرآیند‌ها به منظور کاهش ویسکوزیته مفید خواهد بود. برخی از کمک فرآیندها علاوه بر نقش روان کننده داخلی، پراکندگی پرکننده را نیز در ماتریس بهبود می‌بخشند. پرکننده‌هایی که جریان مذاب پلیمر را محدود می‌کنند عبارتند از تیتانیوم دی اکسید و سایر رنگ‌دانه‌ها، تالک، میکا، الیاف شیشه و کربنات کلسیم در مقادیر بالا و مواد تاخیرانداز شعله معدنی مانند آلومینیوم تری هیدرات. در حالی‌که، با توجه به ماهیت کمک فرآیندها مانند استرهای چرب یا اسید استئاریک ممکن است منجر به تضعیف پیوند ماتریس و پرکننده شوند و در نتیجه خواص کامپاند پر شده را کاهش دهند. همچنین روان کننده‌های معمولی مانند استئارات کلسیم ممکن است افزایش کمی در سرعت جریان مذاب در کامپاندهای پر شده ایجاد کنند.

از دیگر کمک فرآیندهای خاص، آمیزه‌های nonblooming (که به سطح مهاجرت نمی‌کنند) و چندعاملی هستند. آن‌ها به اتصال پرکننده‌های قطبی به پلیمرهای غیر قطبی کمک می‌کنند. افزون‌بر بهبود پیوند بین پرکننده و پلیمر، گشتاور را کاهش می‌دهند و همانند روان‌کننده‌های معمول، رهاسازی از قالب را بهبود می‌بخشند. این کمک فرآیندها را می‌توان به عنوان پرکننده‌های هم افزا هم معرفی کرد که علاوه بر بهبود جریان پذیری مذاب، افزایش خواص کامپاند پر شده را نیز به همراه دارند. نمونه‌ای از تاثیر کمک فرآیند در کامپاندهای پر شده در جدول 2 گزارش شده است.

جدول 2- مقایسه کامپاندهای پرشده و پر نشده با و بدون کمک فرآیند سیلیکون

Charpy Notched impact (KJ/m2)		Melt Flow Rate Increase (%)		Required % of Maximum Torque		Polyolefin system
With 1.0% Additive	Without Additive	With 1.0% Additive	Without Additive	With 1.0% Additive	Without Additive
–	–	–	0	13	25	PP
4	3	89	0	17	96	PP+ 40% CaCo3
–	–	–	0	18	63	LDPE
23	17	37	0	43	60	LDPE+ 60% ATH