بررسی رفتار پلی اتیلن‌های با چگالی بالا
در مقاله پیش رو نشان داده شده است که پلی اتیلن‌ها رفتار غیرخطی با توجه به تنش نشان می دهند و منحنی های انطباق با خزش در سطوح مختلف تنش متفاوت است. نتیجه گیری شد که خواص خزشی پلی‌اتیلن تحت تأثیر وجود زنجیرهای طولانی در پلی اتیلن با چگالی بالا است که باعث نرمی و مقاومت در برابر خزش در مواد می شود. با این حال، زنجیرهای طولانی می توانند مقاومت در برابر خرابی شکننده را در شرایط خزش بسیار طولانی مدت افزایش دهند.
پلیمر پر مصرف پلی اتیلن و پلی اتیلن چگالی بالا
مواد پلیمری به دلیل مزایایی مانند سبک بودن ، هزینه کم، نرخ تولید بالا و قابلیت تولید به صورت هندسه های پیچیده در تعداد و تنوع زیادی تولید می‌شوند. از پلیمرها به طور گسترده ای در بسیاری از کاربری ها از جمله قطعات خودرو ، سیستم های لوله کشی، بسته بندی، مخازن شیمیایی و قسمت های مصنوعی بدن انسان استفاده می شود. تغییر شکل خزش یک رفتار وابسته به زمان تحت بار استاتیکی است که منجر به بازآرایی مولکولی می شود و درجه آن به عواملی از جمله نوع ماده ، اندازه تنش ، دما و زمان بستگی دارد. بسته به نوع کاربرد و شرایط طراحی ، مواد پلیمری اغلب تحت بارهای استاتیکی یا شرایط محیطی قرار می‌گیرند که می تواند باعث تغییر شکل و خرابی خزشی شود.
پلی اتیلن از نظر حجم و میزان استفاده از رزین های پلی‌اتیلن پرکاربردترین پلیمر است که در سال 2019 حدود 100 میلیون تن مورد استفاده قرار گرفته و 164 میلیارد دلار ارزش داشته است. تقاضای جهانی برای رزین‌های پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) در حال افزایش است و از 11.9 میلیون تن در سال 1990 به 43.9 میلیون تن در سال 2017 با رشد سالانه 3.3٪ رسیده است. از پلی‌اتیلن به دلیل ویژگی های ویژه ای مانند مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر ضربه ، جذب کم رطوبت و قابلیت بازیافت بیشتر در طراحی با پلیمرها استفاده می شود.
پلی‌اتیلن تزریقی 52518 از این دسته پلی اتیلن‌های با چگالی بالا می‌باشد که برای این منظور مناسب است، البته میتوان پلی‌اتیلن 62N07 را جایگزین کرد، برخلاف مواد فلزی ، خرابی خزش در ترموپلاستیک بسته به دمای انتقال شیشه پلیمر ، در هر دمایی حتی در دمای اتاق نیز ممکن است اتفاق بیفتد. از آنجا که خرابی ها در تنش ها مقاومت نهایی کششی بسیار پایین تری دارند، مهم است که از تکامل آسیب خزش برای تعیین ظرفیت تحمل اجزای پلیمری با گذشت زمان مطلع شوید. علاوه بر این ، برای کاهش هزینه و زمان آزمایش ، برآورد رفتار خزش بلند مدت با برون یابی داده های آزمون کوتاه مدت به دست آمده در شرایط آزمایش تسریع شده مانند درجه حرارت بالاتر و تنش نیز بسیار مفید خواهد بود.
بررسی رفتار خزشی پلی اتیلن چگالی بالا:
رفتار خزش پلی‌اتیلن در چندین مطالعه از جمله مکانیزم آسیب بررسی شده است. رفتار خزش غیرخطی و مدل سازی ،روش های برهم نهی برای پیش بینی خزش بلند مدت با توجه به اثرات زیست محیطی در و رفتار پارگی خزشی حتی در سطوح استرس بسیار پایین رفتار خزش غیرخطی برای HDPE مشاهده کردند. از اصل برهم نهی دما و زمان نمی توان برای انحنای اصلی انطباق با خزش استفاده کرد.
پان و همکاران با استفاده از روش پردازش قالب تزریق ، اثر مورفولوژی های مختلف را بر رفتار خزش HDPE مطالعه کردند. مشاهده شد که شرایط پردازش در طول قالب گیری تزریقی می تواند بر تبلور ، چگالی مولکولی گره و جهت گیری زنجیره ای تأثیر بگذارد.
فاز بلوری در پلیمرهای نیمه کریستالی بر خصوصیات کم فشار مانند مدول الاستیک ، تنش عملکرد و خزش تأثیر می گذارد. نیتا و مایدا مشاهده کردند که تغییر بلوری بودن HDPE پلی اتیلن با چگالی بالا در یک دما و سطح تنش ثابت ، تأثیر مشابهی بر فشار خزش دارد به عنوان تغییر دما برای یک ماده HDPE در یک تبلور ثابت.
آنها نتیجه گرفتند که افزایش کسر فاز آمورف ، تحرک کلی مولکولی را افزایش می دهد یا مقیاس زمانی آزمایشی را گسترش می دهد و مربوط به افزایش تحرک مولکولی به دلیل افزایش دما است. در دماهای کاملاً بالاتر از Tg و کرنش های خزشی زیر نقطه بازده ماده ، رفتار خزش توسط تغییر شکل فاز آمورف کنترل می شود. از طرف دیگر ، خزش در تنش زیاد توسط تغییر شکل فاز بلوری کنترل می شود.
در مقاله پیش رو نشان داده شده است که پلی اتیلن‌ها رفتار غیرخطی با توجه به تنش نشان می دهند و منحنی های انطباق با خزش در سطوح مختلف تنش متفاوت است. نتیجه گیری شد که خواص خزشی پلی‌اتیلن تحت تأثیر وجود زنجیرهای طولانی در پلی اتیلن با چگالی بالا است که باعث نرمی و مقاومت در برابر خزش در مواد می شود. با این حال، زنجیرهای طولانی می توانند مقاومت در برابر خرابی شکننده را در شرایط خزش بسیار طولانی مدت افزایش دهند.
تاثیر ادتیو الیاف بر خزش پلی اتیلن چگالی بالا :
نوع تقویت کننده (تالک یا الیاف شیشه کوتاه) همان تأثیر را بر تغییر شکل خزش کامپوزیت های پلی پروپیلن داشته و مکانیسم خزش را به میزان قابل توجهی تغییر نداده است. با این حال ، قدرت خزش از نظر کاهش فشار کرنش و سرعت ، در مقایسه با پلیمر بهبود یافته است. همچنین نشان داده شد که دما به طور قابل توجهی بر رفتار خزش ترموپلاستیک های تقویت شده با الیاف شیشه ای، پر از تالک و کوتاه تأثیر می گذارد.
روش Super Stress Superposition (TSS) برای گسترش داده های خزش کوتاه مدت به پیش بینی های خزش بلند مدت استفاده شده است. قانون توان تجربی و مدل های نمایی و همچنین هذلولی به طور گسترده ای برای نشان دادن منحنی های کرنش یا خزش غیرخطی برای طیف گسترده ای از دما و سطح تنش استفاده شده است.
این مقاله رفتار خزش پلی اتیلن با چگالی بالا را با توجه به اثرات دما و روش پردازش بررسی کرده است.
مدل های معمول خزش برای همبستگی زمان پارگی ، دما و استرس خزش برای HDPE مورد بررسی قرار گرفت. برنامه آزمایشگاهی ، نتایج و مدل های کاربردی ارائه شده و در بخش‌های بعدی بحث شده است. آزمایشات خزش با استفاده از یک دستگاه تست هیدرولیک حلقه بسته انجام شد که با یک کنترل کننده دیجیتال کنترل می شد. برای اندازه گیری فشار خزش از دستگاه اکستنسومتر استفاده شده است. از یک جفت دستگیره پنوماتیک با ظرفیت 5 کیلو نیوتن و سیستم فشار قابل تنظیم که برای آزمایش پلیمرها در دمای پایین و بالا مناسب بودند استفاده شد. برای انجام آزمایش در دمای بالا از یک محفظه محیطی با استفاده از یک عنصر گرم کننده الکترونیکی با دقت 1 درجه سانتیگراد استفاده شد. برای آزمایش خزش طولانی مدت در دمای اتاق از یک دستگاه تست بازوی اهرمی با وزن های مرده استفاده شد. برخی آزمایشات با استفاده از دستگاه تست هیدرولیک سروو با دستگاه تست بازوی اهرم برای بررسی تکرارپذیری نتایج تکرار شدند.
آزمایشات خزش کششی طبق استاندارد آزمون ASTM D2990 انجام شد. آزمایش خزش برای طیف وسیعی از سطح استرس و دما انجام شد ، آزمایشات کوتاه مدت به ترتیب حدود 1 ساعت تا سه روز ادامه داشت. تعداد محدودی از آزمایشات خزش طولانی مدت تا حدود 180 روز نیز برای HDPE خام و چند لایه انجام شد.
کاربردهای پلی اتیلن با چگالی بالا:
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) یک پلیمر ترموپلاستیک ساخته شده از نفت است. پلاستیک HDPE به عنوان یکی از همه کاره ترین مواد پلاستیکی، در طیف وسیعی از کاربردها از جمله بطری های پلاستیکی، بطری شیر، بطری شامپو، بطری سفید کننده، تخته های برش و لوله کشی استفاده میشود. پلاستیک HDPE که به دلیل استحکام کششی برجسته و نسبت استحکام به چگالی زیاد معروف است، دارای مقاومت بالا و نقطه ذوب است. علاوه بر استفاده از آن برای برنامه های غذایی، می توان آن را در مکان های غیر معمول یافت. از جمله:
- کامپوزیت های پلاستیکی چوبی
- جراحی پلاستیک، به ویژه بازسازی اسکلت و صورت
- کفش
- رشته چاپ سه بعدی
- ظروف غذا و نوشیدنی
مزایای پلاستیک HDPE چیست؟
تخته های پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) با کیفیت صنعتی، تایید شده در FDA ، NSF و USDA هستند که نیاز به تعمیر کم و ایمنی طولانی مدت دارند. سطح بافت آنها باعث میشود که مواد غذایی را با خیال راحت در آنها نگه دارید.
مزایای دیگر آنها شامل همه موارد زیر است:
به راحتی ذوب و قالب میشود
یکی از مزایای اصلی این ماده پلاستیکی، شکل پذیری ذاتی آن است. با در نظر گرفتن این موضوع، HDPE به ویژه برتری دارد. به دلیل نقطه ذوب بالا، HDPE تا دمای بسیار بالا سفت می ماند. با این حال، هنگامی که به نقطه ذوب خود رسید، آن را می توان سریع و کارآمد برای استفاده در انواع محصولات مثل بطری های شوینده، بطری شیر، ظروف ذخیره مواد غذایی، لوله های مقاوم در برابر خوردگی و بشکه پلاستیکی قالب بندی کرد.
مقاومت در برابر خوردگی
پلی اتیلن با چگالی بالا در برابر کپک و پوسیدگی مقاومت می کند و این ماده را برای لوله های زیرزمینی که برای انتقال آب استفاده می شود، ایده آل میکند. HDPE با ماندگاری بالا و مقاوم در برابر آب و هوا، می تواند با آب جوش ضدعفونی شود، و این ویژگی برای ظروف غذا و نوشیدنی ایده‌آل است. علاوه بر این، HDPE میتواند بیشتر اسیدها و بازهای معدنی قوی را تحمل کند و در برابر مواد شیمیایی طبیعی موجود در خاک مقاومت بسیار خوبی دارد. این ماده عملاً در برابر اکثر مواد شیمیایی مثل آب، حلالها، اسیدها، مواد شوینده و مایعات پاک‌کننده غیرقابل نفوذ است.
نسبت قدرت به تراکم زیاد در پلی اتیلن با چگالی بالا
چگالی HDPE می تواند از 0.93 تا 0.97 گرم متغیر باشد. اگرچه چگالی HDPE فقط تا حدی بیشتر از LDPE (پلی‌اتیلن با چگالی کم) است، با این حال، هنگامی که زیر میکروسکوپ قرار دارد، ساختار خطی HDPE به این معنی است که این ماده دارای انشعاب کمی است، که به آن نیروهای بین مولکولی قوی تری نسبت به LDPE میدهد. به همین دلیل است که یک ظرف 60 گرم HDPE می تواند با خیال راحت یک گالن مایع یا تقریباً چهار کلیوگرم وزن را حمل کند. خرید پلی‌اتیلن BL3 طرفدارن زیادی در تولید گالن دارد. به راحتی بازیافت می شود با توجه به میزان استفاده از پلاستیک در زندگی روزمره، یکی از مهمترین عوامل هنگام تصمیم گیری در مورد مواد، بازیافت پلاستیک است. پلاستیک HDPE به راحتی قابل بازیافت است. همچنین به دور نگه داشتن زباله های زیست تخریب پذیر از محل دفن زباله کمک میکند. در واقع به کاهش تولید پلاستیک تا 50 درصد کمک می کند! اگر به دنبال یک ماده مقرون به صرفه و مناسب محیط زیست هستید، HDPE ممکن است برای شما مناسب باشد.
چرا از HDPE استفاده کنیم؟
HDPE اغلب جایگزین حمل کننده های سنگین تر میشود. در نتیجه به شرکت ها و افراد کمک میکند تا اهداف تولید و پروژه مقرون به صرفه را دنبال کنند. به دلیل شکل پذیری بالا، استحکام سخت و مقاومت در برابر خوردگی، HDPE ترکیبی کامل از قدرت، مقرون به صرفه بودن و سازگاری با محیط زیست است.
بر اساس یک گزارش، تمیز کردن سطوح غیر متخلخل مانند پلاستیک یا شیشه راحت تر از چوب و در نتیجه از نظر ایمنی غذا بهتر است. چوب به طور طبیعی متخلخل است. شکاف ها و شیارهای کوچک در تخته های چوبی می تواند باکتری را در خود جای دهد. به همین دلیل برش تخته های چوبی در آشپزخانه های تجاری مجاز نیستند.
دیدگاهتان را بنویسید