علی احمدی، همایون حسین خانعلی، مینا فراحی شاندیز

پژوهشگاه صنعت نفت – پژوهشکده پلیمر

منتشر شده در نشریه علوم و تکنولوژی پلیمر مقاله 6، دوره 7، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1373

از اینکه مدت زمان کمی از ورود پلی اتیلنهای خطی سبک، LLDP، به بازارهای دنیا می گذرد، ولی موارد مصرف گوناگون و بسیار متنوع این مواد، که مهمترین آنها تولید فیلم از طریق دستگاه اکسترودر فیلم دمشی است، توجه بسیاری از تولیدکنندگان را به خود اختصاص داده است. در حدود 70 % از پلی اتیلن خطی در صنعت فیلم و بقیه در صنایع ساخت لوله، سیم و کابل به مصرف می رسد. LLDPE با داشتن شاخه های زنجیری کوتاه و عدم وجود شاخه های زنجیری بلند از گرانروی برشی بالا و گرانروی کششی پایینی برخوردار است. به همین دلیل فرایند پذیری آن خوب نیست و ایجاد اشکال می کند فیلمهای LLDPE را می توان با استفاده از دستگاه اکسترودر فیلم دمشی مربوط به خط تولید پلی اتیلن سبک، LDPE، تهیه کرد، ولی اگر منظور تولید محصولاتی با کیفیت مطلوب و در سرعتهای بالا در مقیاس تجارتی باشد، باید بر اساس رئولوژی و نحوه جریان پذیری LLDPE فرایند مورد استفاده برای تولید فیلم LDPE را اصلاح کرد. با تغییرات روی پیچ، حدیده و حلقه هوای خنک کننده دستگاه اکسترودر فیلم دمشی مخوص LDPE می توان فیلمی از نوع LLDPE را به راحتی و با کیفیتی مطلوب تولید کرد.
در این مقاله تغییرات انجام شده در دستگاه اکسترودر فیلم دمشی مخصوص LDPE برای فراورش LLDPE و خواص فیلمهای تهیه شده از دو نوع پلی اتیلن سبک و پلی اتیلن خطی سبک در دستگاه اکسترودر اصلاح شده مقایسه و مورد بحث قرار می گیرند.

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا و نشریه علوم و تکنولوژی پلیمر مقاله 6، دوره 7، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1373 مراجعه نماید

مقدمه
پلی اتیلنهای خطی سبک (LLDPE) صنعت پلی اتیلن را دچار تغییرات زیادی کرده است. در واقع این نوع پلی اتیلن از نظر خواص با بقیه پلی اتیلن ها قابل رقابت است و هزینه تولید آن حدود دو سوم هزینه تولید پلی اتیلن سبک (LDPE) است. LLDPE مزایای مهمی نسبت به LDPE دارد که در پلیمر شدن پلی اتیلن فشار بالا تولید می شود. پلی اتیلن سبک در فشار Psi50000 و دمای ℃300 وسط رادیکال آزاد پلیمر می شود و دارای زنجیره هایی با شاخه های بلند است. در حالی که LLDPE در فشار Psi 500 و دمای 1℃00 توسط کاتالیزور زیگلر، فیلیپس یا کاتالیزورهای نوع فلزات واسطه ساخته می شود. ولی هیچ شاخه بلندی در ساختار آن دیده نمی شود. این پلیمر می تواند شامل زنجیره های کوتاه باشد . 
از نقطه نظر ساختار شیمیایی LLDPE از کوپلیمر شدن اتیلن با α اولفینهای شامل 4 تا 10 اتم کربن تشکیل می شود که مقدار کومونومر α اولفینها در LLDPE حدود 5 تا 10 % می باشد. بیشترین کومونومرهای مصرفی در صنعت عبارت اند از: پروپن، 1- بوتن، 4 متیل 10 پنتن، 1- هگزن و 1- اکتن. 
این اولفینها به صورت شاخه های کوتاه  به زنجیرپلی اتیلن متصل می شوند که هر یک می توانند خواص متفاوتی را باعث شوند. از سوی دیگر، نوع فرایند پلیمرشدن، طول زنجیر و همچنین میزان اولفین مصرفی در ساختار پلیمر روی خواص آن مؤثر است. 
گروه های مشتق از α اولفینهای با تعداد کربن بیشتر در درشت مولکول پلی اتیلن باعث شاخه دار شدن زنجیره می شود.LLDPE به وسیله تفاوت شاخه ها و شکل ساختار از HDPE (پلی اتیلن سنگین) و LDPE تمیز داده می شود. تعداد شاخه های جانبی در HDPE بسیار کمتر از LLDPE است، در حالی که در LDPE این شاخه های جانبی بسیار بیشتر از LLDPE می باشد و نیز در LDPE طول شاخه های جانبی به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از شاخه های جانبی LLDPE است. تخمین زده می شود که LDPE شامل 5/0 تا 5 شاخه جانبی بلند و 10 تا 20 شاخه جانبی کوتاه به ازای هر 1000 اتم کربن باشد . زنجیر بلند (دارای بیش از چهار اتم کربن) ممکن است به عنوان شاخه نیز باشد. 
افزایش جرم مولکولی کومونومر خصوصیات فیزیکی LLDPE را بهبود می بخشد، به عنوان مثال LLDPE از نظر خواصی نظیر: مقاومت در برابر فرسایش، استحکام کششی، نقطه شکنندگی در دماهای پایین و مقاومت در برابر سوراخ شدن بر LDPE برتری دارد. 

مقایسه پلی اتیلن خطی سبک و پلی اتیلن سبک
خصوصیات ساختاری 

مطالعات انجام شده نشان می دهد که خواص فیزیکی، مکانیکی و رئولوژیکی LLDPE ناشی از ماهیت شیمیایی و ترمودینامیکی آن است. پارامترهایی چون پایداری گرمایی و نوری، مقاومت در برابر محیطهای اصلی حلال و آب متأثر از ماهیت شیمیایی و ساختاری LLDPE است و خواصی چون بلورینگی، نقطه ذوب و دمای انتقال شیشه ای از ویژگیهای ترمودینامیکی LLDPE تأثیر می پذیرد. ماهیت شیمیایی، ساختاری و ترمودینامیکی LLDPE به طور غیرمستقیم روی خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر نیز تأثیر می گذارد. در فرایندهای ساخت کارخانه ای به دلیل سرعت بالا، پدیده بلورینگی به طور کامل انجام نمی گیرد و شکل شناسی پلیمر دستخوش تغییر می شود. این تغییر به نوبه خود منجر به تغییراتی در خواص فیزیکی و مکانیکی LLDPE می شود.
پلی اتیلن نیز دارای نواحی بی شکل و بلوری است. عدم وجود شاخه های زنجیری بلند در LLDPE باعث می شود که نسبت به LDPE بلورهای بزرگتر و بدون نقص در ساختار مولکولی تشکیل شود، در نتیجه خصوصیات متفاوتی، از جمله چگالی , بلورینگی و نقطه ذوب نسبت به LDPE پیدا می کند. 

خصوصیات مکانیکی

خصوصیات فیزیکی – مکانیکی یک پلیمر بستگی به خطی بودن، درجه تبلور جرم مولکولی آن دارد. آنجا که LLDPE نسبت به  LDPE خطی تر بوده و ساختار مولکولی آن دارای نواحی بلوری بیشتری است و همچنین توزیع جرم مولکولی باریکتری نسبت به LDPE دارد، خصوصیات بهتری را نسبت به پلیمر اخیر نشان می دهد. 

LLDPE در حالت فیلم دارای استحکام کششی بالاتر، ازدیاد طول یا پارگی بیشتر، مقاومت در برابر پارگی و سوراخ شدن بالاتر نسبت به LDPE است. همچنین خصوصیاتی نظیر مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر ترک خوردن در محیط، مدول بالا و چقرمگی از ویژگی های LLDPE است. خصوصیات نوری LLDPE ضعیف بوده و پایداری گرمایی آن نیز نسبت به LDPE پایینتر است.
خصوصیات برتر LLDPE در حالت فیلم نسبت به LDPE باعث موفقیت روزافزون این پلیمر در بازارهای جهانی شده است. به دلیل این خصوصیات برتر می توان از LLDPE فیلمی با ضخامتی یکسان با فیلمی از جنس LDPE، ولی دارای خصوصیات بهتر نسبت به آن تهیه کرد یا فیلمی با ضخامت نازکتر نسبت به LDPE، ولی با خصوصیات یکسان با آن ساخت. تجربه نشان می دهد که می توان با وزن یکسان به میزان 20 تا 25 % فیلم LLDPE را در خصوصیات یکسان نسبت به LDPE ذخیره کرد.
سایر خصوصیات LLDPE عبارت از جمع شدگی کم، مقاومت بالا در برابر تنشهای خوردگی، انتقال نور کمتر، نفوذپذیری کمتر نسبت به بخار و گاز در مقایسه با LDPE است. به طور خلاصه مزایا و معایب LLDPE در مقایسه با LDPE به ترتیب زیر است: 

الف – استحکام کششی و درصد ازدیاد طول تا پارگی بیشتر. 
ب – مقاومت در برابر سوراخ شدن. 
ج – قابلیت انبساط مذاب بیشتر. 
د – نقطه ذوب بالاتر. 
هـ – مقاومت بیشتر در برابر تنش خوردگی. 
و – نفوذپذیری پایینتر نسبت به بخار و گاز. 
ز – قابلیت جوش خودرگی گرمایی بالاتر. 

معایب LLDPE نسبت به LDPE :

الف – گرانروی بالاتر در حالت مذاب. 
ب – محدوده پلاستیکی کوچکتر. 
ج – ضریب نفوذپذیری نوری کمتر.

خصوصیات رئولوژیکی 
یکی از خواص مهم در فراورش پلی اتیلن، تغییر گرانروی آن نسبت به تغییر سرعت برشی است.  گرانروی LLDPE در سرعتهای برشی کم پایینتر از گرانروی LDPE است، ولی در سرعت های برشی بالا که مناسب اکستروژن است گرانروی بیشتری نشان می دهد. همین عامل باعث افزایش دمای ماده مذاب در انتهای اکسترودر و بالارفتن توان مصرفی اکسترودر در فراورش LLDPE می شود.
در شرایط اکستروژن به علت نیروهای برشی چند جهته، مولکولهای LLDPE نمی توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گشتاور، فشار و دمای ذوب پلیمر بالا می رود، ولی LLDPE نسبت به LDPE بهتر پمپ می شود و این به دلیل کاهش سریعتر گرانروی آن در برابر افزایش سرعت برشی است. 
در حالی که LLDPE مذاب در اثر اعمال برش سخت می شود، ولی در برابر کشش تک جهته مانند اکسترودر فیلم دمشی لزوماً نرم خواهد بود. فقدان شاخه های زنجیری بلند امکان لغزیدن زنجیرها را بر روی یکدیگر می دهد، در نتیجه زمان ذوب کوتاه و در مقابل تغییر شکل کمتر سخت می شود که تولید فیلمهای هر چه نازکتر LLDPE را ممکن می کند. به طوری که نسبت کششی (نسبت شکاف حدیده به ضخامت فیلم) برای فیلم LLDPE برابر 100 و برای LDPE مساوی 40 می باشد.
تفاوت خواص رئولوژیکی LLDPE با LDPE مشکلاتی در فراورش LLDPE در اکسترودر فیلم دمشی LDPE ایجاد می کند. گرانروی برشی بالاتر LLDPE و گرانروی کششی کم آن نسبت به LDPE باعث می شود تا فشار سیستم بالا رود و در نتیجه شکست مذاب (melt fracture) پددی آید یا سطح فیلم خط دار (shark skin) شود. برای رفع این اشکالات روشهای زیر را می توان به کار برد: 

1- استفاده از مخلوط LLDPE و LDPE در درصدهای متفاوت.
2- استفاده از فلوئوروالاستومرها در فراورش LLDPE که به عنوان کمک فراورش (processing aid) عمل می کند.
3- تغییرات در اجزای دستگاه اکسترودر مانند پیچ، حدیده و حلقه هوای خنک کننده. 

تغیر در طراحی پیچ، حدیده و حلقه هوای خنک کننده در دستگاه اکسترودر 
تغییر در طراحی پیچ برای به دست آوردن میزان بازدهی بهینه، تغییر طراحی حدیده برای حذف شکست مذاب در خروجی از آن و همچنین برای از بین بردن خط دار شدن فیلم و سرد کردن حباب برای بهبود سرعت اکستروژن در حدیده، از مواردی است که برای تولید فیلم LLDPE به صورت خالص، با میزان تولید بالا و حداقل هزینه توصیه می شود. 
تغییرات در پیچ :
یچها می توانند برای بهینه کردن تعدادی از پارامترهای فرایند طراحی شوند، ولی فقط دو عامل دما و گشتاور مهم می باشند. فراورش LLDPE با پیچ مخصوص LDPE به دلیل بالا بودن گرانروی برشی آن، گشتاور و دمای مذاب بالاتری را باعث می شود تا میزان مواد خروجی قابل مقایسه با فرایند LDPE تولید کند. هنگامی که فرایند برای هر دو نوع پلیمر با سرعت یکسانی انجام شود، افزایش گشتاور باعث افزایش نیروی برشی و بالا رفتن دما می شود و این حالت به ویژه در فراورش پرفشار ممکن است باعث تخریب پلیمر گردد. به همین دلیل پیچ هایی طراحی می شوند که مقدار دبی خروجی توسط آن قابل مقایسه با LDPE باشد و گشتاور نیز کاهش یابد. کوتاه کردن پیچ به علت قابلیت پمپ شدن بالای LLDPE گشتاور کمی را در یک مقدار مساوی از دبی خروجی ایجاد می کند و این باعث کنترل آسان دمای مذاب می شود. کوتاه کردن پیچ، به دلیل آنکه LLDPE سریعتر ذوب می شود و ممکن است در داخل اکسترودر تخریب شود، نیز می تواند مفید باشد. کوتاه کردن و عمیق تر کردن ناحیه تنظیم (metering) مذاب نیز بالا رفتن دما و توان مورد نیاز برای انتقال مذاب به طرف جلو را به حداقل می رساند. عمیق تر کردن این قسمت مقدار خروجی پیچ را کنترل می کند . با کوتاه کردن طول پیچ فضای بین پیچ و حدیده را یا خالی می گذارند یا با قطعه ای ماریپیچ با طراحی خاص آن را پر می کنند. علاوه بر آن می توان یک قسمت اختلاط در انتهای پیچ در نظر گرفت تا علاوه بر همگن کردن مواد مذاب بتواند دانه های ذوب نشده پلی اتیلن را به طور کامل ذوب کند. 
برای انجام آزمایشهای فراورش LLDPE به وسیله دستگاه تولید فیلم مخصوص LDPE، پیچی طراحی و تهیه نشد. ولی، با موجود بودن پیچی مشابه پیچ  LDPE آزمایش هایی با حدیده شماره 4 انجام گرفت. قسمت انتقال این پیچ انتخابی کوتاهتر است که یکی از مشخصات پیشنهاد شده برای پیچ مخصوص LLDPE می باشد. قسمت تنظیم یا از انتقال مذاب برای پیچ شماره 2 طولانی تر بوده و عمق آن کمتر است. 

تغییرات در طرح و ابعاد حدیده :
عبور مذاب LLDPE از میان یک حدیده فیلم دمشی مخصوص LDPE دو مسئله را ایجاد می کند:

1) رزین LLDPE به دلیل گرانروی برشی بالا مقاومت بیشتری نسبت به LDPE نشان می دهد. در نتیجه، فشار سیستم بالا می رود و
2) ممکن است در سرعتهای برشی بالا که LDPE به راحتی تولید می شود برای تولید فیلم LLDPE مسئله شکست مذاب و خط دار شدن سطح فیلم به وجود آید. 
برای حذف شکست مذاب و خط دار شدن سطح فیلم و همچنین برای کاهش فشار سیستم، ساده ترین و مؤثرترین راه باز کردن شکاف حدیده نی باشد. معمولاً شکاف حدیده فیلم دمشی مخصوص LDPE به اندازه mm9/0 – 5/0 باز است و این مقدار در حالتهایی به mm27/1 نیز می رسد. در حالی که برای LLDPE مقدار باز بودن شکاف حدیده به اندازه mm2/3-5/1 توصیه می شود. 

طراحی حدیده به دمای مذاب، شاخص گرانروی 
پلیمر، ساختار پلیمر و سرعت ویژه جریان مذاب بستگی دارد. ضرورتاً، شکاف حدیده مورد نیاز جهت حذف شکست مذاب با افزایش جریان بازتر می شود. مقادیر کم شکست مذاب می تواند به وسیله بالابردن دمای مغزی حدیده و یا با افزایش دمای مذاب به وسیله گرما دادن به بدنه در سرپیچ تصحیح شود. با بازتر شدن شکاف حدیده ممکن است فشار سیستم برای ایجاد یکنواختی مناسب در مذاب پلیمری کافی نباشد. برای جلوگیری از این مسئوله لند (land) حدیده را نسبت به شکاف حدیده کم کم باریک می کنند. تجربیات بیشتر روی LLDPE طراحان حدیده را بر آن داشته است که طول لند را کوتاهتر و طول قسمت فشاردهنده (constrictor) را طولانی تر در نظر بگیرند تا به جریانهای چند بعدی (multi dimensional flow) کمک کنند .

تغییرات روی حلقه هوای خنک کننده:
این تغییرات باعث پایداری بیشتر حباب می شود. در حالت مذاب، رزینهای LLDPE نسبت به LDPE مقاومت کمتری نسبت به کشش دارند، بنابراین هوای خنک کننده باید به صورت موازی با حباب LLDPE دمیده شود که در مورد LDPE این عمل به صورت عمودی ، یعنی برعکس، انجام می گیرد. ضمناً در یک حدیده با شکاف پهن، پلیمر مذاب با مقاومت کم و به کل حباب ضخیم در می آید، از این رو میزان انبساط و کشش فیلم را باید زیاد کرد تا به ضخامتهای نازک و وضعیت شفافی از فیلم دست یافت. 
با بیشتر شدن شکاف حدیده لازم است که اولاً میزان سرعت انتقال گرما جهت سرد کردن حباب فیلم افزایش یابد و ثانیاً میزان کشیدن فیلم یا انبساط آن برای رسیدن به فیلم نازکی، که از نظر شفافیت مطلوب باشد، بیشتر گردد. افزایش سرعت انتقال گرما برای سرد کردن فیلم LLDPE به دو صورت انجام می شود.

1- میزان هوایی که روی حباب دمیده می شود یا سرعت آن افزایش یابد. 
2- دمای هوای دمیده شده کاهش یابد. 

با توجه به خواص رئولوژیکی LLDPE خاصیت استحکام کششی در حالت مذاب آن ضعیف تر از LDPE است و به همین دلیل در مورد افزایش دبی هوا یا سرعت آن محدودیتی وجود دارد. بدین معنی که افزایش میزان هوا یا سرعت آن بالاتر از یک حد مشخص باعث پارگی حباب می شود. به همین جهت بهترین راه برای بالابردن سرعت انتقال گرما استفاده از هوای خنک می باشد. بدین منظور هوای 5-15℃ به کار گرفته می شود. 
روش متداول برای تولید فیلم عمل انبساط و کش فیلم توسط هوای محبوس شده در حباب و نیز خلأ نسبی ایجاد شده در اطراف محیط بیرونی حباب است، که ناشی از تأثیرات حلقه هوای خنک کننده است. حلقه هوای سیستم خنک کننده دستگاه اکسترودر فیلم دمشی که برای تولید فیلم به کار می رود شکل خاصی دارد که وانتوری (venturi) نامیده یم شود. شکل وانتوری مانند حلقه هوا باعث می شود تا در حین دمش هوا روی فیلم، که برای سرد کردن آن صورت می گیرد، یک ناحیه خلاء نسبی نیز در اطراف محیط بیرونی فیلم ایجاد شود. در نتیجه، فیلم در جهت عرضی کشیده می شود و انبساط بیشتری پیدا می کند. بدین ترتیب در فراورش LLDPE با افزایش شکلف حدیده باید کشش فیلم و  انبساط ان را زیادتر کرد تا فیلم با ضخامتهای کم و شفافیت زیاد و مناسب حاصل شود. برای این کار کافی است که ناحیه خلاء در جهت شعاعی حباب تشکیل شده عقب کشیده شود تا فیلم قبل از تشکیل حباب فرصتی برای کشیده شدن بیشتر را داشته باشد. بدین منظور فاصله افقی بین لبه حدیده تا محیط حلقه هوا افزایش داده می شود. 
در آزمایشهای متفاوتی که انجام گرفته نسبت قطر روزنه حلقه هوا به قطر حدیده بین 8/7-2 پیشنهاد شده است .
برای فراورش بهتر LLDPE با حدیده های طراحی شده، حلقه هوای جدیدی ساخته شد که قطر روزنه آن mm 100 می باشد و لبه آن طوری طراحی شده است که هوای دمشی به صورت موازی با جهت حرکت فیلم به آن دمیده می شود. برای فراورش LLDPE حلقه طراحی شده به همراه حدیده های ساخته شده به کار برده شدند. 
همچنین برای مقایسه نحوه فراورش LLDPE با حلقه هوای طراحی شده ویژه ان و همین طور با حلقه هوای مخصوص LDPE، حدیده شماره 5 به کار برده شد. 

مشخصات رزین و اکسترودر 
LDPE و LLDPE از نظر فرایند پلیمر شدن انواع مختلفی دارند. مشخصات رزینهای مصرفی در این آزمایشها بدین ترتیب است: رزین LLDPE از شرکت سابیک (sabic) با کد 118w که شاخص گرانروی مذاب (MFT) آن برابر 1g/10min و چگالی آن برابر 0/918g/〖cm〗^3 است. رزین LDPE شرکت قابکو که شاخص گرانروی مذاب آن مساوی 1/27 g / 10min و چگالی آن مساوی 0/918g/〖cm〗^3 است. 
شرایط انتخابی برای فراورش LLDPE عبارت است از T_b=210-240℃ و T_D=210℃ که T_D دمای حدیده و T_b دمای قسمتهای مختلف پیچ است. کلیه قطعات طراحی شده در دستگاه اکسترودر تولید فیلم مخصوص LLDPE به کار برده شد تا فراورش LLDPE مورد آزمایش قرار گیرد. مشخصات دستگاه تولید فیلم عبارت است از:
اکسترودر نوع EA-40 از یک شرکت ژاپنی، حدیده مارپیچ نوع DES-50، و حلقه هوای خنک کننده نوع AHF-A.

نتایج و بحث 
نتایج حاصل از تغییرات اجزای اکسترودر 
نتایج حاصل از تغییرات حدیده :

همانطوری که از جدول شماره 1 ملاحظه می شود، عرض شکاف حدیده از شماره 1 تا 4 به ترتیب افزایش یافته است که مقدار آن نسبت به حدیده مخصوص LDPE بیشتر است. همچنین طول لند آنها کوتاهتر و طول قسمت فشار دهنده نیز نسبت به حدیده LDPE بیشتر شده است. در این حالت فیلمهای LLDPE تولید شده مطلوب است و فقط در سرعتهای بالاتر پیچ در حدیده های با شکاف کوچکتر مقداری خط در سطح فیلم ظاهر می شود که با افزایش عرض شکاف این مسئله رفع می شود. با مقایسه حدیده شماره 2 و 5 که از لحاظ مقدار عرض شکاف برابرند ولی از نظر طول لند و طول قسمت فشار دهنده متفاوت اند، ملاحظه می شود که با حدیده دارای طول لند کوتاهتر و قسمت فشاردهنده طولانی تر، فیلمی مناسب و پایدارتر از نظر ابعاد تولید می شود. قابل توجه است که در فراورش فیلم LLDPE بدون تغییر دادن حدیده مخصوص LLDPE فیلم مناسبی تولید نمی شود. ولی، با راحی حدیده شماره 5، در سرعتهای پایین پیچ با حلقه هوای مخصوص LDPE، فیلم تولید شده مناسب است و مشکل شکست مذاب و خط دار شدن سطح فیلم برطرف می گردد ولی این مشکل در سرعتهای بالا باز هم ایجاد می شود. 

نتایج حاصل از تغیرات حلقه هوای خنک کننده

حلقه هوای خنک کننده طراحی شده در سرعتهای مختلف اکستروژن مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج مطلوبی به دست آمد. بدین ترتیب که تمام فیلمهای تولید شده توسط این حلقه از پایداری لازم برخوردار بودند. مقایسه نتایج حاصل از به کارگیری ین حلقه هوای خنک کننده با حلقه هوای خنک کننده مخصوص LLDPE برای حدیده شماره 5 نشان می دهد که در مورد حلقه هوای خنک کننده مخصوص LDPE در سرعت کم (سرعت پیچ 30rpm) فیلم صاف و شفافی از LLDPE تولید می شود. ولی، در سرعتهای بیشتر حباب ناپایداری تشکیل می شود. برای رفع این مشکل، شدت هوای دمشی باید زیادتر شود تا بتواند به راحتی حباب تشکیل شده را خنک کند. در غیر اینصورت، به دلیل نرمی مذاب LLDPE حباب از حالت پایدار خارج می شود و فیلم مناسبی به دست نمی آید. ولی، در سرعتهای یکسان پیچ توسط حلقه هوای خنک کننده مخصوص LLDPE و به وسیله همان حدیده می توان فیلمهای مناسبی تولید کرد. 

نتایج حاصل از تغییرات پیچ

در آزمایشهای فراورش LLDPE به وسیله دستگاه تولید فیلم مخصوص LDPE با استفاده از پیچ شماره 2 و حدیده شماره 4، همانطور که در جدول 3 مشاهده می شود، دبی خروجی از حدیده کمتر از حالتی است که از پیچ شماره 1 استفاده شود و علت آن کم عمقتر بودن قسمت تنظیم پیچ شماره 2 نسبت به پیچ شماره 1 است. ولی، نکته قابل توجه در این پیچ یکنواختی زیاد موادی است که از حدیده خارج می شود. بدین ترتیب که در سرعتهای مختلف تولید، در پیچ شماره 1 تغییرات فشار زیادی مشاهده می شود و در نتیجه دبی خروجی در یک سرعت معین پیچ متغیر است، در حالی که یبرای پیچ شماره 2 این ناپایداری به چشم نمی خورد و دبی خروجی در تمام مدت آزمایش تقریباً ثابت است. این پایداری و یکنواختی می تواند به دلیل کوتاه بودن قسمت انتقال و بلند بودن قسمت تنظیم پیچ باشد که باعث می شود تا مواد سریع ذوب شوند و در قسمت تنظیم فرصت کافی برای همگن شدن مواد مذاب وجود داشته باشد تا مواد مذاب به راحتی پمپ شوند. 

علاوه بر این، توان مصرفی دستگاه برای هر دو نوع پیچ مورد آزمایش قرار گرفت. افزایش عمق قسمت تنظیم باعث کاهش گشتاور می شود و در نتیجه توان مصرفی دستگاه را کاهش می دهد. این مطلب در منحنی شکل 1 نشان داده شده است. پیچ شماره 1 که دارای عمق بیشتری در این قسمت است توان مصرفی کمتری نیز دارد. 
با توجه به نتایج حاصل از اندازه گیری میزان دبی خروجی که در جدول 3 آمده است معلوم می شود که در سرعتهای بالای 70rpm حدیده های با شکاف باریکتر امکان تولید فیلم مناسب را نمی دهند که علت آن پدیده شکست مذاب است. با مقایسه میزان دبی خروجی از حدیده مخصوص LDPE با حدیده های ساخته شده جهت فراورش LLDPE ملاحظه می شود که میزان دبی خروجی LDPE با حدیده مخصوص خودش بیشتر از دبی خروجی LLDPE با حدیده های طراحی شده است. البته در اثر افزایش عرض شکاف حدیده به اندازه 0/76mm حدود 7 % به مقدار دبی خروجی اضافه می شود ]25[، ولی برای قابل مقایسه شدن میزان دبی خروجی برای دو نوع ماده تغییر طراحی پیچ مورد نیاز است که با افزایش عمق قسمت تنظیم به این مهم می توان دست یافت. 
همان طور که در جدول 3 نشان داده شده است، فراورش LLDPE با استفاده از حدیده مخصوص LDPE در سرعتهای بالاتر امکان پذیر نیست و در سرعتهای پایین نیز میزان دبی خروجی آن نسبت به سایر حدیده ها کمتر است. با تغییرات حدیده فرایند پذیری بهبود می یابد و با افزایش عرض شکاف حدیده میزان دبی خروجی نیز افزایش می یابد، زیرا هرچه عرض شکاف حدیده بیشتر باشد مسیر عبور موارد بازتر می شود و در نتیجه فشار پشت حدیده کاهش می یابد. از آنجا که میزان مواد خروجی با فشار پشت حدیده رابطه عکس دارد، بنابراین با کاهش فشار پشت حدیده میزان دبی خروجی افزایش می یابد. همان طور که از جدول 3 قابل محاسبه است، به ازای 0/5mm افزایش عرض شکاف حدیده میزان دبی خروجی از 1 تا %7 افزایش نشان می دهد. 
برای بررسی نقش حلقه هوای خنک کننده با مراجعه به جدول 4 ملاحظه می شود که نوع حلقه هوای خنک کننده و پایداری حباب روی میزان دبی خروجی تأثیر دارد. پایداری حباب می تواند باعث افزایش میزان دبی خروجی تا 25% شود. حلقه هوای خنک کننده شماره 1 مخصوص فراورش LDPE بوده و حلقه هوای خنک کننده شماره 2 مخصوص فراورش LLDPE می باشد. 
جدول 4 – مقایسه میزان دبی خروجی تحت تأثیر دو نوع حلقه هوای خنک کننده (آزمایش در سرعت 30rpm انجام شده است) 

بررسی خواص فیلم پلی اتیلن خطی سبک 

برای فراورش فیلم LLDPE در دستگاه اکسترودر تولید فیلم دمشی مخصوص LDPE باید تغییراتی در این دستگاه داد که مهمترین آنها تغییر ابعاد حدیده و حلقه هوای خنک کننده است. برای این منظور باید شکاف حدیده بازتر و طول لند آن کوتاهتر شود. برای حلقه هوای خنک کننده نیز لبه تغییردهنده جهت هوای دمشی بلندتر در نظر گرفته می شود و نسبت قطر روزنه آن به قطر حدیده بیشتر می گردد. با توجه به تغییرات یاد شده فیلمهایی از نوع LLDPE در انواع حدیده ها و انواع شرایط تولید شد و جهت مقایسه خواص آنها با فیلم LDPE آزمایشهای تعیین مقاومت در برابر ضربه (Falling Dart Impact، استاندارد ASTM D1709)، (Film Impact، استاندارد ASTM D3420) و کدورت سنجی (استاندارد ASTM D 1003) و همچنین تعیین استحکام کششی (استاندارد ASTM D882) که شامل موارد زیر است انجام گرفت:

استحکام کششی در نقطه تسلیم، 
استحکام کششی تا پارگی، 
مدول کششی، 
درصد ازدیاد طول در نقطه تسلیم،
درصد ازدیاد طول تا پارگی.

نتایج آزمایشهای مربوط به استحکام کششی در جدولهای 5 و 6 و 7 ارائه شده است و نتایج آزمایشهای مقاومت در برابر ضربه و همچنین کدورت سنجی در جدول 8 نشان داده شده است. 
اشاره می شود که تمام این مقادیر در جهت خروجی فیلم از اکسترودر، که جهت ماشین (machine direction) نامیده می شود و جهت عمود (transverse direction) برجهت خروجی فیلم از اکسترودر اندازه گیری و مقایسه شده است. 
همانطور که در جدولها ملاحظه می شود تمام مقادیر به دست آمده از آزمایشهای انجام شده روی فیلمها در حد مورد نظر بوده و یا مقادیر نظری مطابقت دارد، ولی تنها مورد متفاوت استحکام کششی در نقطه تسلیم برای حدیده های با شکاف بازتر است که مقدار کمتری دارد. علت این است که وقتی مواد مذاب از حدیده تنگ تر بیرون می آیند زنجیرها بیشتر جهت گیری می کنند و کمتر در حالت فنری باقی می مانند، در حالی که این امر در حدیده های با شکاف بازتر برعکس است و به علت بازتر بودن شکاف حالت فنری زنجیرها بیشتر است. بدین ترتیب، درحالت اول زنجیرها، که به صورت دسته دسته جهت یافته اند، استحکام کششی بیشتری نشان می دهند، درحالی که برای شکاف بازتر زنجیرها با نیروی کمتری تغییر شکل می یابند و استحکام در برابر کشش در نقطه تسلیم کمتری خواهند داشت. از نظر درصد ازدیاد طول تا پارگی نیز فیلمی که حالت فنری بیشتری در زنجیرهایش باقی می ماند ازدیاد طول بیشتری نیز نشان می دهد. 
اگر تمام اطلاعات به دست آمده برای LLDPE با اطلاعات مربوط به LDPE مقایسه شوند، همان طور که در جدول 8 نیز نشان داده شده است، در همه آزمایش های مقاومت در برابر ضربه و استحکام کششی مقادیر بیشتری برای LLDPE به دست آمده است و این موضوع، همان طور که انتظار می رود، مربوط به ساختار پلیمر و شکل زنجیرهاست. بدین ترتیب که زنجیرهای بلند به صورت خطی در کنار یکدیگر قرار دارند و شاخه های آنها به دلیل کوتاه بودن روی فشردگی زنجیرها نمی توانند اثر منفی داشته باشند. همچنین به هنگام قرار گرفتن در سل بلوری می توانند گره های مولکولی سبب برتری خواص LLDPE نسبت به LDPE می شود. همین امر موجب تشکیل بلورهای کامل و بزرگتر در هنگام سرد شدن مواد مذاب و در نتیجه افزایش مقدار کدورت فیلم LLDPE نسبت به LDPE می شود. 

نتیجه گیری
با توجه به تفاوتهای رئولوژیکی موجود بین LDPE و LLDPE برای فراورش ترکیب اخیر با کیفیت خوب و سرعت قابل قبول اکسترودر مورد استفاده برای تهیه LDPE نیاز به تغییراتی دارد. برای تولید فیلم دمشی پلی اتیلن خطی این تغییرات در پیچ، حدیده و حلقه هوای خنک کننده صورت می گیرد. در آزمایشهای انجام شده با تغییراتی که در حدیده و حلقه هوای خنک کننده دستگاه تولید فیلم داده شد فیلمی مناسب از LLDPE به دست آمد، بدون اینکه مشکلی در فرایند وجود داشته باشد یا نقصی در ظاهر تولید شده ایجاد گردد. 
فیلمهای تهیه شده از نظر خواص از فیلمهای LDPE برترند و این خود می تواند باعث مصرف روزافزون LLDPE در صنعت کنونی ود. از طرفی، به دلیل خاصیت انبساط مذاب LLDPE می توان فیلمهای نازکتری از ان تولید کرد، به طوری که از نظر خواص بتوانند با فیلمهای ضخیمتر از جنس LDPE برابری کنند. بنابراین، می توان با وزن مساوی فیلم بلندتری از LLDPE نسبت به LDPE تولید کرد که این امر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. 
توضیح:

الف- قطر سر پاندول ضربه زننده 2514mm است.
ب- قطر سرپرتابه ضربه زننده 38mm و وزن اولیه پرتابه 32/15g و ارتفاع رهاشدن آن 66cm است. 
ج- آزمایشهای کشش به وسیله دستگاه اینسترون 11320 انجام شده است و سرعت جدا شدن فکها 500mm/min و فاصله اولیه فکها 50mm است. 

 
مراجع 
Modern Plastics Encyclopedia, 64, 1989.
Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 6, 431, 1985.
Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 7, 79, 1985.
Wild L, I.Polym.Sci. Polym.Phys.Ed, 20, 441, 1982.
Bunn C.W., Fibers from synthetic Polymers, Amsterdam, Elsevier, 1953.
Flory P.J., Principles of Polymer Chemistry, N.Y., Cornell, 1953.
Mandelkem L., Polymer Eng. & Sci., 232, Oct. 1967. 
Oswin C.R., Plastic films and packaging, Applied Science Publishes, 1975. 
Wopyer et al, Angew. Makromol Chem., 94, 49, 1981. 
Florian B., Europ. Polym.J, 16, 1079, 1980.
Benning Calvin J.; Plastic Films for Packaging Technology, Applications and Process Economics; 1983.
Berk S., Kunsts; Offe, 74, 474, 1984.
Shirayama K. et al., MakromoL Chem., 151, 97, 1972.
Uhniat M. and Rubaj M., International Polymer Science and Technology
 

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا و نشریه علوم و تکنولوژی پلیمر مقاله 6، دوره 7، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1373 مراجعه نماید