یادداشتی از عرضه کننده انحصاری پلی اتیلن فوق سنگین در ایران + خواص و کاربردها

به گزارش روابط عمومی انجمن صنفی تولیدکنندگان لوله و اتصالات پلی اتیلن به نقل از پپنا، پلی اتیلن فوق سنگین یک پلیمر ترموپلاستیک بوده و جرم مولکولی آن معمولا در محدوده 2 باشد. این پلیمر زنجیرهای مولکولی بسیار بلند داشته و به واسطه طول بلند این زنجیرها می تواند نیروها و ضربه های بسیار بالایی را تحمل کند که این امر منجر به داشتن خواص چقرمگی (Toughness) بالا و بیشترین مقاومت ضربه ای UHMWPE در بین بقیه پلیمرها شده است.

این ماده بی بو، بدون مزه، غیرسمی بوده و در مقابل مواد خورنده به استثناء اسیدهای اکسید کننده بسیار مقاوم می باشد.

همچنین جذبرطوبت بسیار کم، ضریب اصطکاک بسیار پایین و خاصیت خود چرب کنندگی (Self Lubricating) داشته و در مقابل سایش بسیار مقاوم می باشد. در بعضی موارد 51 مرتبه بیشتر از کربن- استیل در مقابل سایش مقاومتر است.

دانسیته UHMWPE در محدوده 932-945 Kg/m3 و نقطه ذوب آن در محدوده125-138 ˚C قرار دارد.

در دماهایی بیش از دمای ذوب، UHMWPE ذوب می شود ولی مذاب آن به واسطه جرم مولکولی بسیار بالا قابلیت جریان یابی ندارد و به همین دلیل نمی توان آن را به روش های معمول فرآیند پلاستیک ها فرآیند نمود.

فرایند کردن آن به روش های قالب گیری فشاری، Ram Extrusion و ریسیدن از حالت ژل انجام می گیرد. پودر UHMWPE امروزه به وسیله سه شرکت Ticona (آلمان) ، Braskem (برزیل) و Mitsui (ژاپن) به صورت صنعتی تولید می شود.

سایر اشکال عرضه این محصول در شکل های الیاف، میله و صفحه جهت تولید محصول نهایی عرضه می شود. الیاف تولید شده از UHMWPE به دلیل داشتن مقاومت کششی بسیار بالا و دانسیته پایین، نسبت خواص به وزن بسیار مطلوبی دارد بطوریکه این نسبت برای UHMWPE 8-51 برابر استیل می باشد. این ماده در اشکال مختلف کاربردهای متنوع دارد که در ادامه با توجه به شکل آن کاربردهای متناظر ارائه می گردد؛

پودر UHMWPE

این بخش در حقیقت تمرکز اصلی کار ما را تشکیل می دهد. اصولا پودر این ماده با استفاده از تکنیک های اشاره شده به شیت (sheet) ، میله (Rod) و یا مستقیما به قطعه مورد نظر تبدیل می گردد. کاربردهای این ماده معطوف به خواص بسیار عالی آن است که در ادامه خواص آن به صورت خلاصه و در پی آن کاربردها اشاره می گردد؛

مزایا:

بالا ترین مقاومت در برابر سایش

بالاترین مقاومت در برابر ضربه

ضریب اصطکاک پایین

بسیار مقاوم در برابر اکسید های قوی

جذب آب ناچیز

دی الکتریک عالی و خواص عایق

کاهش سر و صدا بالا و جذب شوک

ثبات عالی

در حفظ پاکیزگی در مواد غذایی ، آشامیدنی و دارویی

جدول زیر به خوبی مقایسه بین میزان سایش این ماده در مقایسه یا سایر مواد پرکاربرد را در کنار دانسیته آنها نشان می دهد و به روشنی حکایت از برتری این مواد به خصوص در مقایسه نسبت خاصیت به وزن نسبت به سایر مواد دارد. لذا برتری این مواد در زمینه هایی که بحث سایش و اصطکاک از زمینه های چالش برانگیز است مشخص می گردد.

کاربردهای پودر پلی اتیلن فوق سنگین

1. Bulk material handling

به واسطه خواص سایشی فوق العاده این مواد یکی از مهم ترین جنبه های کاربرد آنها در دستگاه هایی است که به طور ثابت قرار گرفته اند و در زمینه جابجایی مواد خشن مورد استفاده قرار میگیرند.

به عنوان مثال در جابجایی انواع سنگ ها، مواد معدنی، شن، ماسه، سیمان و… که مهم ترین جنبه کاربرد آن در معادن و ساخت ابزارهای حمل مواد معدنی از درون معادن به بیرون و یا جابجایی آنها توسط کامیون ها و یا سطح خارجی فرغون های حمل مواد است. نمونه کاربرد اشاره شده آن در تصویر آمده است:

اساسا صفحات این ماده می تواند به عنوان لایه خارجی تمامی کامیون های حمل بار اعم از انواع غله، شن، محصولات کشاورزی و حتی آسفالت )در دماهای نه چندان بالا( استفاده شود و ضمن سایش پایین و ضربه پذیری بالا از فرسایش قسمت حمل بار کامیون ها جلوگیری کند.

در همین راستا در ساخت سطح در تماس با جسمی که جابجا می شود مثل گارد ریل، حمل کننده های دوار و یا سطح زیرین دردستگاه هایی که نقش حمال (conveyor) دارند اگرچه در آنها جسمی که جابجا میشود به مانند گروه قبلی خشن نیست. تصاویر زیر گویای نحوه کاربرد آنهاست:

نکته مهم این است که به دلیل عدم وجود گروه های شیمیایی و عدم برهم کنش با مواد مختلف این ماده بهترین گزیته در کاربردهای بهداشتی و غذایی است که ضمن خواص سایشی عالی، سبک بودن، راحتی نصب و … هیچ اثری بر مواد غذایی، بهداشتی و دارویی ایجاد نمی کند. نمونه کاربرد آنها در صنایع غذایی و بهداشتی در تصاویر بالا دیده می شود.

در عین حال می توانند به عنوان روکش هوپر هم استفاده شوند تا سایش را به حداقل برسانند به طور مثال در سیلوهای غله و یا سیمان و غیره.

علاوه بر مواد اشاره شده اصولا در هر دستگاهی که بحث سایش مطرح باشد که در عین تامین این هدف، عدم آلودگی، سادگی نصب و عدم نیاز به روغن کاری و ضربه پذیری بالا را نیز تامین می کنند به طور مثال صنایع نساجی که در ساخت بخش های مختلف دستگاههای ریسندگی و بافندگی که بحث سایش مطرح است، استفاده می شود.

2. Bearings چرخ دنده و بلبرینگ

از دیگر کاربردهای مهم این مواد استفاده به عنوان بلبرینگ، یاتاقان، بوش و یا چرخ دنده است که علاوه بر سایش بالا نیازی به روغن کاری هم ندارد و خود روان کاری شونده (self-lubricant) است.

نمونه از این کاربرد هم در تصویر زیر نمایش داده شده است. این قطعات براحتی هم از طریق ماشین کاری و تراش میله های این ماده و هم از طریق فشرده سازی به طریق مستقیم قابل تولید اند. ساخت غلطک با ابعاد مختلف هم در این دسته بندی قرار می گیرد. نکته ای که باید توجه شود، این مواد در عین سایش پایین در مقایسه با سایر مواد مثل استیل سبک ترند، نصب راحت تری دارند، صدای بسیار کمتری در حین کار تولید می کنند و به واسطه خاصیت خود روغن کاری شونده که دارند ایجاد حرارت نمیکنند که باعث طول عمر قطعات تولیدی می شود. در کنار موارد اشاره شده، حتی در دماهای زیر صفر هم به خوبی خواص خود را حفظ می کنند.

3. Washers and O-ring

از آنجایی که این مواد مقاوت شیمیایی بسیار بالایی نسبت به ترکیبات صنعتی دارند به عنوان واشر و اورینگ نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

4. Synthetic ice یخ مصنوعی

یکی از جدیدترین جنبه های کاربرد این مواد به عنوان یخ مصنوعی در ساخت سالن های اسکیت در است. از کنار هم قرار دادن شیت های این مواد (شیت های در هم رونده ) Interlocking ( که براحتی قابل انجام است) در تمام فصول سال و در تمامی دماها میتوان یک سالن اسکیت با یخ مصنوعی تولید کرد

که این قابلیت به علت سایش بسیار پایین این مواد است. این موضوع به صورت عملی تا کنون در چند پروژه اجرایی شده از جمله:

The ‘Polar Rink’ at the American Museum of Natural History in New York City

The ‘Winter Garden’ arena in Ridgefield, Connecticut. The arena has a conventional ice rink which is closed in the summer, while a 2,600-square-foot (240 m2) synthetic ice rink is used year-round for youth hockey training and public skating

The indoor skating rink in Marina Bay Sands in Singapore. This 600-square meter indoor rink is created from very high Molecular Weight Polyethylene and is open to the public

Kego Park Iceless Skating Rink in Fukuoka, Japan

Mawsons Skate, Hobart, Australia

این زمینه در صورت تعامل با شهرداری ها و مسئولان شهری درشهرهای مختلف می تواند یکی از بهترین زمینه های استفاده این مواد باشد.

4. کاربرد در اسکله ها  Dock facings and fenders

از آنجایی که این ماده علاوه بر سایش پایین، ضربه پذیری فوق العاده بالا دارد، در مقابل نمک و ترکیبات شیمیایی مقاومت بالا دارد، جذب آب بسیار بسیار پایین دارد، کیفیت خود را در طول زمان و دما و در شرایط بد محیطی مثل آب دریا حفظ می کند، بسیار سبک است، رسانا و سمی نیست، هیچ هزینه نگهداری احتیاج ندارند، شیت های این مواد در ساخت سطح خارجی اسکله ها، موج شکن ها و یا پل های درون آب به عنوان سازه های سبک و با طول عمر بالا به شکل وسیعی استفاده می شوند که نمونه این کاربرد را در تصویر زیر می بینید:

همچنین این ماده به علت میزان جذب رطوبت بسیار پایین، خود چرب بودن، خنثی بودن از نظر شیمیایی و سازگار بودن با محیط بدن چندین دهه است که در کاربردهای پزشکی مخصوصاً در تهیه پروتزها مانند پا و دست مصنوعی، مفصل ران و دیسک بین مهره های ستون فقرات و ساخت لگن مصنوعی استفاده می شود که چندان در مورد مواد ما مطرح نیست.

5. Battery separator  جداکننده های باطری

خاصیت عالی و مقاومت در برابر مواد شیمیایی و اکسیداسیون سبب شده از آنها در ساخت صفحات جداکننده باطری های اسیدی به شکل گسترده ای استفاده شود. از آنجایی که مواد ما خودشان حاوی پرکننده های لازم برای تولید این فیلم ها هستند، به نظر میرسد که این حوزه می تواند به عنوان یکی از جنبه های مهم کاربر این مواد باشد. در تصویر زیر خط تولید این مواد به تصویر کشیده شده است:

6. UHMWPE as additive  پرکننده

این مواد همچنین می توانند به سایر پلاستیک ها، پوشش ها، لاستیک ها و حتی رنگ ها به عنوان پرکننده اضافه شوند تا خواص سایشی و خش پذیری آنها را بالا ببرند. اضافه کردن آنها به لاستیک سبب می شود که مقاومت سایشی و دوام آنها در طول زمان تقویت شود و در عین حال ضریب اصطکاک آنها کاهش یابد.

علاوه بر تمامی موارد اشاره شده، این مواد به طور خاص در ساخت سرسره های بازی، قطعات شیر و پمپ ها) جایی که سایش بالا وجود دارد)، ساخت اسنوبرد و حتی در صنایع نظامی برای استفاده در رادارها و یا صفحات با قدرت ضربه پذیری بالا استفاده شود که با توجه به تحریم، اگر پروژه های مرتبط در این حوزه در دستور کار وزارت دفاع باشد، به نظر میرسد زمینه مناسبی جهت تعامل با وزارت دفاع باشد.

یکی دیگر از جنبه های نوین کاربرد آنها در ساخت فیلترهای با سوراخ های بسیار ریز است که با تازگی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین یکی از لایه های عایق برخی از کابل های مخصوص برق (کابل های مورد استفاده در حفاظت کاتدی) و به عنوان لایه مستحکم کننده عایق و در و پنجره های PVC نیز بعضا استفاده می شود که با توجه به رنگ سیاه مواد ما این مساله محدود می شود.

به عنوان یک اصلی کلی به جهت بازیافتی بودن این مواد بهترین حالت آن است که این مواد بسته به کاربرد و خواصی که مورد انتظار است، جایگزین بخشی از پودر اصلی شوند و این می تواند بهترین گزینه باشد.

میزان جایگزینی با ماده اورجینال به استاندارهای مورد نیاز قطعه تولیدی بستگی دارد. در عین حال ممکن است این مواد بتوانند به خوبی حتی جایگزین ماده اصلی شوند که این موضوع در مورد هر محصول و قطعه خاص متفاوت است و نیاز به بررسی مشخص دارد.

نویسنده: علی پیلتن (مجتمع صنعتی یاسین پلیمر قم) عرضه کننده پلی اتیلن فوق سنگین