در این گزارش طرح توجیهی و امکانسنجی ورق های پلیمری کنگره دار مهم که در بخشهای مختلف اعم از صنایع ساختمانی، بسته بندی، کشاورزی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجاییکه خط تولیدی ورق های پلیمری توانایی تولید انواع ورقهای مختلف از نظر جنس و ضخامت را دارد، بنابراین توضیحاتی در مورد مشخصات و بازار هر یک از ورق های موردنظر آمده است.
ورق های کنگره دار مورد بررسی در این گزارش شامل ورق پلی اتیلن، ورق پلی پروپیلن، ورق پلی استایرن و ورق اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن می باشد که هر یک از این ورق ها دارای کاربردهای خاصی بوده و در بعضی موارد جایگزین همدیگر می شوند.
لازم به ذکر تکنولوژی تولید ورق های کنگره دار و ورقهای ساده بسیار شبیه به همدیگر بوده و در بخش دای و قالبها با همدیگر تفاوت دارند. اکثر موارد مصرف این ورقها نیز شبیه به همدیگر می باشد. بصورت عمومی تولید ورق های پلیمری به چند شکل متفاوت انجام می شوند که هر نوع نیز دارای کاربردهای خاص می باشد.
انواع تولید ورق های پلیمری کنگره دار عبارتند از:
- ورق های ساده کنگره دار
- ورق های ترموفرمینگ کنگره دار
- ورق های فومی کنگره دار
- ورق های نوع خاص کنگره دار
فرآیند تولید ورقهای ساده و ترموفرمینگ یکسان است و تنها تفاوت این دو در ضخامت تولید شده می باشد. چون ورقهای ترموفرمینگ در مرحله بعد با روش های مختلف باید شکل دهی شوند اصولاً دارای ضخامت کمتری نسبت به ورق هاي ساده می باشند.
ورقهای فومی دارای ماهیت کاملا متفاوتی با سایر ورقها می باشند. به علت عامل پف زا دانسیته این نوع ورق بسیار پائین و موارد کاربرد آن نیز با سایر ورقها متفاوت می باشد. به علت وجود هوا در شبکه پلیمری این نوع ورق، هدایت گرمایی آن بسیار پایین می باشد و به همین علت کاربرد آن در ایزولاسیون مناسب است.
ورقهای خاصی که در حال حاضر مورد توجه هستند شامل انواع کامپوزیت های پلیمر – پلیمر، پلیمر- فلز، پلیمر- چوب و پلیمر- مواد معدنی است که اخیراً به علت کیفیت بسیار بالا، این محصولات جایگزین انواع دیگر ورق ها شده اند.
کنگره دار (PE) ورق پلی اتیلن
معرفی انواع ورق PE و مشخصات آنها
اصولا خصوصیات تمام ورق های پلیمری مشابه ویژگیهای پلیمر بکار رفته در آنها است. در مورد ورق های پلی اتیلن نیز این مسئله صادق است و خصوصیات فیزیکی این ورق مشابه پلیمر پلی اتیلن می باشد.
البته برای بهبود خواص آن از ترکیب گریدهای مختلف پلی اتیلن استفاده می شود. فرآیند تولید ورق پلی اتیلن به روش اکستروژن است و ضخامت و عرض آن بسته به نوع کاربرد مشخص می شود.
عمده ترین ورق های پلی اتیلن عبارتند از:
- ورق ساده
- ورق Geomembrane
- ورق محافظ (Dunnage)
- ورق سخت
- ورق کامپوزیتی آلومینیوم- پلی اتیلن
ورق پلی اتیلن دارای گریدهای متنوعی می باشد و در حال حاضر کارخانجات زیادی در حال ساخت انواع ورق های پلی اتیلن می باشند. اغلب کارخانجات بر اساس سفارش ورق پلی اتیلن تولید می کنند. با توجه به ساخت و مصرف این ورق به نظر می آید،
که در حال حاضر تولیدکنندگان قادر به تامین نیاز داخلی می باشند به همین دلیل در این طرح گرید جدیدی از ورق پلی اتیلن معرفی شده است که بعنوان یک محصول جدید در حال حاضر شناخته می شود و با توجه به مصارف ان چشم انداز روشنی برای مصرف آن در آینده وجود دارد.
این ورق که اصطلاحا به کامپوزیت آلومینیوم- پلی اتیلن معروف است، ورق چند لایه ای است که پلی اتیلن در وسط قرارگرفته و آلومینیوم دو طرف این ورق را پوشانده است. برای جلوگیری از خط و خراش روی آلومینیوم اغلب از پوشش سلفون بر روی آن استفاده می شود.
ورق پلی پروپیلن کنگره دار
معرفی انواع ورق PP و مشخصات آنها
ورق پلی پروپیلن در رنگها، ابعاد مختلفی و در دو نوع ساده و کارتن پلاست (موضوع این گزارش) ساخته می شود. این ورق صنعتی از همو پلیمر یا کوپلیمر پروپیلن تولید شده و نوع گرید بکار رفته در تعیین ویژگی های ورق حائز اهمیت می باشد.
به همین دلیل تولیدکنندگان، ورق پلی پروپیلن را براساس سفارش و نوع کاربرد تهیه می کنند. در انتخاب ماده اولیه دو فاکتور قیمت ماده اولیه وخواص موردنظر در ورق حائز اهمیت است. به عنوان نمونه در جدول 1 گریدهای مختلف ورق پلی پروپیلن شرکت HUNTSMAN ارائه شده است.
| جدول انواع گریدهای ورق صنعتی PP شرکت HUNTSMAN | |||
| گرید | نوع پلی پروپیلن | (min10g/(MFR | مدول (Kpsi) |
| A05S14 | کوپلیمر مقاوم | 0/4 | 180 |
| A04S36 | کوپلیمر مقاوم | 0/4 | 175 |
| 6310 | هموپلیمر | 0/5 | 245 |
| A07S36 | کوپلیمر مقاوم | 0/6 | 145 |
| A07S18 | کوپلیمر مقاوم | 0/7 | 155 |
| 9231 | کوپلیمر تصادفی | 1 | 140 |
| 9402 | کوپلیمر مقاوم | 1 | 150 |
| 9403 | کوپلیمر مقاوم | 1 | 125 |
| 080Z-2M6P | کوپلیمر مقاوم | 1/2 | 135 |
| 025K-2L5P | کوپلیمر تصادفی | 1/9 | 170 |
| A2S18 | کوپلیمر مقاوم | 2 | 160 |
| 005A-2E6P | کوپلیمر مقاوم | 2 | 107 |
علاوه بر گرید پلی پروپیلن دو فاکتور جرم مولکولی و شاخص جریان مذاب آن نیز در تعیین ویژگی های ورق پلی پروپیلن نقش دارند. شاخص جریان مذاب یعنی وزنی از پلیمر که در حالت مذاب و تحت فشاری مشخص از میان روزنی استاندارد طی 10 دقیقه رانده می شود.
MFR به جرم مولکولی پلی پروپیلن بستگی دارد. اگر MFR پایین باشد، جرم مولکولی و استحکام فیزیکی ورق PP افزایش یافته ولی فرآیند ساخت ورقها دشوار می شود و در صورتیکه MFR پلی پروپیلن بالا باشد، ورق های پلیمری تولید شده در مقابل ذوب شدن مقاومت کمتری خواهد داشت.
بطور کلی در تولید ورق پلی پروپیلن از رزین PP با MFR <2 gr/min استفاده می شود. یکی دیگر از فاکتورهایی که در ورقه های PP حائز اهمیت است تعادل بین فشردگی و سفتی می باشد. میزان نرم بودن ورق تابعی از MFR نمی باشد بلکه وابسته به گرید پلی پروپیلن است.
بطور کلی هموپلیمر پلی پروپیلن از کوپلیمر آن نرمتر می باشد. در تولید ورقه های اکستروژن پلی پروپیلن، عمدتاً از هموپلیمرهای PP به ویژه آن دسته که تا دمای C°5 پایدار هستند، استفاده می شود. در مواردیکه ورق باید استحکام ضربه ای بالایی داشته باشد، کوپلیمرهای مقاوم PP بکار می روند.
در محصولاتی که هم شفافیت و هم استحکام فشاری مدنظر است، از کوپلیمرهای تصادفیPP استفاده می شود. در اینصورت شفافیت ورق حاصل، معادل و یا حتی بهتر از ورق های تولیدی از هموپلیمر می باشد.
در ضمن این ورقه ها استحکام فشاری بهبود یافته ای در دمای منهای بیست تا صفر درجه سانتی گراد دارا می باشند. شفافیت ورق پلی پروپیلن به MFR، نوع فرآیند و گرید PP بستگی دارد. همچنین اگر به هنگام تولید ورق، از غلطک های سردتر استفاده شود، شفافیت ورق افزایش می یابد.
ورق پلی استایرن کنگره دار
معرفی انواع ورق PS و مشخصات آنها
ورق پلی استایرن از شفافیت بالایی برخوردار بوده وعایق جریان الکتریسیته است. همچنین در برابر ساییدگی، رطوبت و عوامل شیمیاي پایدار می باشد. این ورق براحتی قابل شکل دهی می باشد، به همین دلیل در صنایع مختلفی بکار می رود. در جدول زیر برخی از ویژگیهای ورق PS نشان داده شده است.
| جدول ویژگی های ورق پلی استایرن | ||
| ویژگی | واحد | مقدار |
| دانسیته | g/cm 3 | 1/05 |
| استحکام کششی | MPa | 45 |
| دمای نرمی | C° | 90 |
| نقطه اشتعال | C° | 330 |
| دمای خود اشتعالی | C° | 435 |
ورق اکریلونیتریل- بوتادین- استایرن کنگره دار
معرفی انواع ورق ABS و مشخصات آنها
ورق اکریلونیتریل – استایرن – بوتادین یکی از پرمصرف ترین ورقهای پلاستیکی می باشد. این ورق دارای سه مونومر آکریلونیتریل، استایرن و بوتادین می باشد که هر کدام از آنها ویژگیهای خاصی در ورق ایجاد می کنند.
آکریلونیتریل
- سفتی
- استحکام مذاب
- پایداری در مقابل فرسودگی
- پایداری در مقابل عوامل شیمیایی
بوتادین
- استحکام مذاب
- مقاومت ضربه ای
- چقرمگی در دمای پایین
استایرن
- سفتی
- شفافیت
- فرآیندپذیری آسان
ورق ABS در مقابل رطوبت، حرارت زیاد، ساییدگی پایدار بوده ولی درصورت تماس با روغنهای پایه نفتی ترک می خورد. این ورق براحتی فرآیند و دایکات شده، ارزان قیمت می باشد. از قابلیت رنگ پذیری، عایق بودن و چسبندگی خوبی برخوردار است،
بنابراین در بسیاری از موارد جایگزین مناسبی برای سایر ورق های پلاستیکی است. ورق ABS در اندازه ها و ضخامت های مختلف تولید می شود که برحسب نوع استفاده، این اندازه ها متغیر بوده و تولیدکنندگان نیز براساس سفارش مشتریان این اندازه ها را تنظیم می کنند.
از آنجائیکه ورق های پلیمری تولیدی کاملا مسطح و ساده می باشند، بنابراین به صورت خام قابل استفاده نیستند. اکثر ورق های ABS از نوع ترموفرم می باشند. به این معنی که این ورق ها باید طی یک مرحله ترموفرمینگ قالب دهی شوند و به شکل مورد نظر درآیند.
عملیات ترموفرمینگ نیز به روش های مختلف انجام پذیر است ولی در روش متداول با استفاده از قالب موردنظر و ایجاد خلأ شکل مورد نظر حاصل می شود. بعضی از تولیدکنندگان قابلیت عملیات ترموفرمینگ را نیز دارند و محصول نهایی را با توجه به سفارش مشتریان تهیه می کنند.
ولی بسیاری از تولیدکنندگان نیز فقط به ساخت ورق خام می پردازند و عملیات ترموفرمینگ توسط سایر بخش ها انجام می گیرد. در این گزارش نیز هدف تولید ورق خام ABS می باشد که به آن پرداخته می شود.
ضخامت ورق های پلیمری تولیدی برحسب نوع دستگاه از 0/2mm تا 10mm و بیشتر نیز قابل تغییر می باشد. عرض ورق نیز بر حسب سفارش می تواند از 1 متر تا چندین متر متغیر باشد.
موارد کاربرد ورق های کنگره دار
ورق ساده پلی اتیلن کنگره دار
- صنعت ساختمانی
نورگیر/ پارتیشن/ دیوار و سقف کاذب و کف پوش/ عایقهای رطوبت، صدا و حرارت - تبلیغات و دکوراسیون
انواع استند و بیلبوردها (تابلوهای تبلیغاتی) - صنعت کشاورزی
پوشش گلخانه/ سینی رشد گیاه در روش خاک ریز - سایر
ورق پلی اتیلن در موارد مختلفی مانند ژئوممبرین، ورقه های محافظ و پوشش بدنه کامیونها بکار می رود.
کاربرد و موارد مصرف انواع ورق های پلی پروپیلن کنگره دار
ورق ساده
ورق ساده پلی پروپیلن بطور عمده در دو مورد زیر بکار می رود :
1. بسته بندی (انواع مواد غذایی مانند محصولات دریایی، گوشت، ماست و…) : ورقه های پلی پروپیلن در بسته بندی مواد غذایی که اسیدیته پائینی دارند (نظیرماست)، غذاهای مخصوص ماکروویو (سوپ)، دارو و همچنین در ساخت ظروف یکبار مصرف، جعبه های محافظ نوشیدنیها و سینی رشد دانه و نهال بکار می روند.
2. غیر بسته بندی (لوازم التحریر، کیف، پوشش ضدخوردگی وسایل نقلیه و …): ورق ساده در بسته بندی کاغذ وکتاب و ورق پلی پروپیلن پوشیده شده باپشم شیشه به عنوان پوشش ضد خوردگی در قسمت های مختلف اتومبیل مانند ضربه گیر، تودوزی و بدنه وسایل نقلیه سنگین مورد استفاده قرار می گیرد.
ورق PP با گرید هموپلیمر پروپیلن، در فیلتر و پره های فن کاربرد دارد و ورق پلی پروپیلن نوع کوپلیمر با سطح صاف یا برجسته به دلیل استحکام بالا در مقابل اشعه ماورا بنفش در کاربردهایی که در معرض عوامل محیطی قرار دارند.
مانند قسمت خارجی باتری، وسایل آزمایشگاهی، مخازن اسیدها و قاب رادیو، تلویزیون و کامپیوتر بکار می رود. سایر کاربردهای آن شامل لوازم التحریر (کلاسور، زونکن)، پارتیشن، کیف، ورق محافظ سطوح و همچنین عایق حرارت و صدا می شود.
کاربرد و موارد مصرف انواع ورق ABS کنگره دار
ورق ABS به دلیل دارا بودن ویژگیهای مطلوب در صنایع مختلفی مانند صنایع برودتی، حمل و نقل، لوازم بهداشتی، صنایع خودرو سازی، ساختمان و … بکار می رود. که هر کدام بـه تفکیک توضیح داده می شوند:
حمل و نقل
چون ورق ABS در حرارت بالا پایدار است در کاربردهایی که به کمک آب داغ عمل استریلیزاسیون انجام می شود مانند جعبه های انتقال مواد یا سینی های مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد.
صنایع خودروسازی
صنایع خودروسازی نیز به عنوان یکی دیگر از مصرف کنندگان ورق ABS برای تولید قطعات و ورق های پلیمری داخل خودرو محسوب می شوند. البته در صنعت خودرو پلیمرهای زیادی در بخش های مختلف استفاده می شود و در بعضی موارد نیز برای بهبود خواص از کامپوزیتهای مختلف استفاده می گردد.
صنعت ساختمان
ورق ABS در صنایع ساختمانی نیز به عنوان پارتیشن میتوانـد اسـتفاده شـود کـه از بعـضی جهـات نظیـر انعطاف پذیری پائین و قیمت نسبتا بالای آن قابل رقابت با سایر پلیمرها نیست.
سایر
از زمینه های کاربرد دیگر آن میتوان به تولید انواع ماکت های صنعتی و غیر صنعتی، وسـایل اسـباب بازی و تابلوهای تبلیغاتی اشاره نمود، ولی بطور کلی حدود 90 درصـد مـصرف ایـن ورق در صـنایع برودتـی شامل انواع یخچالها میباشد که درحال حاضر نیز هیچ جایگزین مناسبی نیز برای آن وجود ندارد.
بررسی کالای جایگزین
در خصوص ورقه های HDPE مصرفی در پوشش کابین وسایل نقلیه سنگین، کاربرد پوشش های پلی یورتان اسپری شده باعث کاهش مصرف ورق HDPE شده است. در انتقال مواد بجای مصرف ورق HDPE می توان از چوب و board Card بـه عنوان ورق های محافظ استفاده کرد.
ولی ورق های HDPE از مزیت هایی مانند پایداری در هوا و رطوبت، بهداشتی و قابل بازیافت بودن و همچنین استحکام بالا برخوردار می باشند. در ظروف یکبار مصرف، ورق پلی پروپیلن بدلیل دارا بودن دانسیته کمتر جایگزین خوبی برای ورق پلی اتیلن می باشد.
درحال حاضر از انواع سنگ، سرامیک و آجر و … به عنوان نمـای سـاختمان اسـتفاده می شود. البتـه در مقایسه با این مواد ورق پلی اتیلن با روکش آلومینیـوم از پایداری و دوام بالاتری برخورداراست، همچنـین بسیار سبکتر بوده و نیز نصب آن نسبت به مواد ذکر شده آسانتر می باشد.
پلی پروپیلن قابل جایگزینی با PET ، PS میباشد ولی بدلیل قیمت مناسبتر پلی پروپیلن نسبت به این مواد، بیشتر تولیدکنندگان رزین پلی پروپیلن بکار می برند. به طور کلی در صنایع مختلف انواع ورق های پلیمری (ورق PP ،PE ،PS) به جای یکدیگر مصرف می شوند ولی در صنایع برودتی ورق ABS جایگزین خوبی برای ورق پلی استایرن می باشد.
کوپلیمر استایرن – اکریلونیتریل – بوتادین به دلیل داشتن سه منومر با خواص مختلف و تغییر دادن درصد ترکیب آنها درکوپلیمر می تواند محدوده وسیعی ازخواص و مواردکاربرد را پوشش دهد.به همین دلیل مصرف این ماده درسالهای اخیرروند روبه رشدی داشته است و دربرخی کاربردها جایگزین فلز شده است.
از جمله پلیمرهای دیگری که دارای خواص مشابه هستند و می توانند جایگزین این ماده شوند، می توان پلی کربنات (PC) ، پلی استایرن با مقاومت ضربه ای بالا (HIPS) ،پلی پروپیلن تقویت شده، همچنین PVC سخت و نیمه سخت را نام برد.
اهمیت استراتژیک کالا
کاربرد پلاستیکها در تمام شئونات زندگی، گسترده شده است و نمیتوان روزی، زندگی بدون پلاستیک را تصور کرد چون از بطريهای شیر و نوشابه گرفته تا لباس و قطعات خودرو از پلاستیک هستند، گرچه این تولید زیاد پلاستیکها اساساً زیر سوال رفته است.
انتظار میرود منابع شناخته شده ذخیره جهانی نفت تا 80 سال دیگر تمام شوند و این در مورد گاز طبیعی 70 سال و برای زغال سنگ 700 سال است، اما تأثیرات اقتصادی کاهش این منابع خیلی زودتر فرا خواهد رسید. وقتی منابع کاهش یابد، قیمتها هر روز بالا خواهد رفت و این واقعیتی است که نمی تواند از کانون توجه سیاست گذاران خارج شود.
کشورهای عمده تولیدکننده و مصرف کننده
تولید ورق های کنگره دار پلیمری اصولا در تمامی کشورها انجام می گیرد و ساخت این محصول دارای پیچیدگی خاصی نیست.
روشهای مختلف تولید و انتخاب روش بهینه
اکستروژن، در صنایع مختلف و با مواد مختلف انجام می گیرد و به طور مشخص در صنایع لاسـتیک و پلاستیک تولید بخش عمده ای از محصولات را دربر می گیرد.به کمک این فرآیند قطعات پلاستیکی در حالت خام با ابعاد معین قالبگیری می شوند. دسـتگاهی کـه بـه این منظور مورد استفاده قرار میگیرد اکسترودر نامیده می شود.
اکسترودر در انواع مختلفی مانند اکسترودر مارپیچی، فشاری و … موجود می باشد. اکسترودرهای تـک مـارپیچ رایـج تـرین انـواع اکـسترودرها هـستند. اینگونه اکسترودرها قابلیت فرآیند اکثر مواد موجود را با اقتصادی ترین شرایط بهره برداری در هم آمیختـه و بدین لحاظ با استقبال فوق العاده مواجه شده اند.
بطورکلی اکسترودر دستگاهی است که میتواند یک ماده را بصورت سیال در آورده و پس از عبور آن از یک قالب خاص، به مواد مـذکور شـکل قالـب را تحمیـل نمایـد و چون بطور پیوسته این کار انجام میشود. طول قطعه بـا توجـه بـه سـفارش قابـل تعریـف خواهـد بـود. پـس اکسترودر در فرآیند اکستروژن سه عمل اصلی را انجام می دهد:
- مواد را ذوب کرده و یا به حالت خمیری در می آورد.
- فشاری جهت حرکت دادن مواد به طرف مجرای قالب بر آنها اعمال می کند.
- عمل اختلاط و اعمال برش (Shear) را روی مواد انجام می دهد.
در زیر مراحل مختلف فرآیند اکسترون ورق پلی اتیلن و پلی پروپیلن کنگره دار نشان داده شده است.
مخلوط کردن مواد اولیه و افزودنیها ← اکسترود کردن ← پخش کردن در قالب ← غلتک های شکل دهنده ← جریان هوای سرد ← برش ← پیچش ← بسته بندی.
تعیین نقاط قوت و ضعف تکنولوژی
لازم به ذکر است که دانش تهیه این دو محصول از شرکت UNION ایتالیا اخـذ شـده اسـت. ایـن شرکت بعنوان یکی از معروفترین شرکتهای سازنده ماشین الات خط تولید ورق های پلیمری در حال حاضـر محـسوب می شود. کیفیت محصولات این خطوط تولیدی در حد استاندارهای بسیار بالا می باشد و محصولات این خطـوط با برند UNION براحتی قابل عرضه در بازارهای جهانی میباشد.
مواد اولیه موردنیاز و محل تامین
| ماده | محل تامین |
| پلی اتیلن | عسلویه |
| پلی پروپیلن | عسلویه ، اراک ، تبریز |
| اکریلو نیتریل بوتادین استایرن | تبریز |
| پلی استایرن معمولی (GPPS) | تبریز |