پلی اتیلن چیست؟(بخش اول)

بخش اول:

ریزساختار شامل تعریف طول مولکول

پلی­ اتیلن یکی از مهم­ترین پلاستیک­ های تجاری در تولید انواع محصولات متداول در فرایندهای شکل­ دهی متفاوت است. چنین طیف وسیعی از کاربردها یا خواص پلی ­اتیلن از تنوع در ریزساختار آن ناشی می­شود. مشخصات ریزساختار پلی­ اتیلن شامل طول مولکول از یک سو و شکل مولکول یعنی حالت خطی یا شاخه­ دار می­باشد (شکل ۱).

 

شکل ۱- مشخصات ریزساختاری شامل طول (سمت راست) و شکل (سمت چپ) در مولکول پلی اتیلن

تولید کنندگان مواد اولیه با بهره ­گیری از تکنولوژی مناسب و کنترل شرایط تولید قادرند تا این مشخصات ریزساختاری را روی مقادیر معینی تنظیم کرده و در نتیجه خواص دلخواه را در قالب گونه­های مختلف پلی­ اتیلن ایجاد نمایند.

اما در تولید این ماده هر چقدر هم دقت به خرج داده شود ولی بدلیل ماهیت فرایند، مولکول­های پلی­ اتیلن ساخته شده از نظر مشخصات ریزساختاری به هیچ وجه یکسان نمی­شوند. این یعنی از نظر طول مولکول و شکل آن تنوع وجود دارد. مثلا در مورد طول مولکول تعداد کمی از مولکول­ها بسیار بزرگ همین طور کوچک و تعداد زیادی اندازه بینابینی دارند. به عبارت دیگر یک توزیع در طول مولکول ­ها وجود دارد (شکل ۲). در این صورت برای بیان طول مولکول با یک عدد چه باید کرد؟ علم آمار به کمک آمده و متوسط­ ها را برای این منظور معرفی کرده است.

سه نوع متوسط برای بیان مقدار طول مولکول پلی­ اتیلن وجود دارد که عبارتند از متوسط عددی، متوسط وزنی و متوسط z (زد). متوسط عددی یک میانگین معمولی از طول مولکول­ های پلی­ اتیلن است، درست همانطور که معدل چند نمرات درسی بدست می ­آید. پس در این نوع میانگین ­گیری تمام مولکول­ ها بدون توجه به طولشان یک درجه مشابه از اهمیت دارند. با این حال در این روش طول­ های کوچک مولکول بر مقدار متوسط محاسبه شده بسیار موثرتر از طول­های بزرگتر می­باشد همانطور که وقتی یک دانش آموز نمره درسی کمتر از ۱۰ گرفته باشد یا اصطلاحا تجدید شده باشد به شدت معدلش را کم می­کند. در متوسط ­گیری وزنی هر چه طول مولکول بزرگتر باشد اثرش روی مقدار متوسط بزرگتر است. در این نوع متوسط بر خلاف متوسط عددی طول­ های بزرگ زنجیر تأثیر بیشتری در مقدار محاسبه شده برای متوسط وزنی دارد. در متوسط­ گیری z اهمیت طول زنجیر حتی از متوسط وزنی هم بیشتر شده بطوریکه مقدار محاسبه شده عمدتا از طول مولکولی­ های بسیار بزرگ تأثیر می­گیرد.

شکل ۲- نمودار توزیع طول مولکول پلی اتیلن

بنابراین بطور کلی مولکول­های کوچک روی متوسط عددی، مولکول­ های با طول بینابینی روی متوسط وزنی و مولکول­ های بسیار بزرگ روی مقدار متوسط z موثرند. آنچه که ما بعنوان شاخص جریان مذاب یا MFI می­شناسیم ارتباط تنگاتنگی با متوسط وزنی دارد. نسبت شاخص جریان مذاب در وزنه­ های ۲۱.۶ به ۲.۱۶ یا ۵.۰ کیلوگرم که تحت عنوان FRR نیز شناخته می­شود ارتباط مستقیمی با نسبت متوسط­های وزنی به عددی دارد. متوسط z علیرغم اینکه با روش های معمول مثل MFI قابل اندازه­ گیری نیست ولی هر جا موضوع استحکام مذاب مطرح است مثل پایداری حباب فرایند فیلم دمشی یا کش آمدن روده در فرایند قالبگیری دمشی تحت تأثیر آن می­باشد