طرح توجیهی تولید پلی اورتان یا پلی یورتان (سال 1400) + word و pdf

طرح توجیهی تولید پلی اورتان (پلی یورتان)
ترکیبات ترموپلاستیک پلی اورتان [TPU] برای کاربردهایی که نسوز بودن موردنظر است مانند کاربرد در روکش سیم و کابل مفید هستند. یک روش ویژه برای نسوزکردن پلیمرها، استفاده از سیستمهای پف کننده می باشد.

اصطلاح پف کننده به لایه زغال کفی که بر روی سطح ماده پلیمری در اثر وجود آتش تشکیل می شود گویند. لایه زغالی مواد تحتانی را در برابر آتش محافظت می کند. بعبارت دیگر این لایه بصورت یک مانع فیزیکی عمل می نماید و نفوذ محصولات فرار قابل اشتعال به سمت آتش و نفوذ اکسیژن به سمت پلیمر را محدود می کند.

در نتیجه پوشش زغالی، انتقال حرارت و انتقال جرم را میان گاز و فاز جامد آهسته و کند می نماید TPU خالص (پلیمر TPU بدون افزودنی های نسوز کننده) تحت فلاکس حرارتی بالا یا در معرض آتش، طی دو مرحله متوالی تخریب می شود.

مرحله اول تخریب از طریق شکستن مولکولهای پلیمر در دماهای بین 240 درجه تا 400 درجه رخ می دهد که بیشترین افت وزنی را در دمای 320 درجه دارد. مرحله دوم تخریب در محدوده دمایی 400 تا ˚700 اتفاق می افتد که منجر به از بین رفتن کامل پلیمر می شود.

بخاطر شکستن مولکولهای پلیمر وزن مولکولی پلیمر TPU همچنین ویسکوزیته مذاب آن کاهش می یابد. بنابراین باعث ریزش زیاد پلیمر مذاب می شود. پلیمر مدت کمی پس از جرقه شروع به سوختن می کند و در هنگام سوختن بصورت مذاب درمی آید و می ریزد.

اگر این پلیمر در روکش ساختمان کابل یا سیم باشد، ریزش پلیمر مذاب هنگام سوختن باعث قرار گرفتن سطح جدیدی از پلیمر در معرض آتش شده و در نتیجه آتش به نواحی دورتر از نقطه اولیه آتشگیری گسترش می یابد.

در این حالت آتش فقط در صورتی خاموش می شود که پلیمر مذاب تماماً ریزش کرده و آتش به سطح سیم هادی الکتریسیته لخت و عریان برسد. افزودنیهای هالوژنی مانند موادی بر پایه کلر و برم برای افزایش خاصیت نسوز بودن ترکیبات ترموپلاستیک پلی اورتان (TPU) به آنها اضافه می شوند.

در حال حاضر، TPU هایی که ترکیبات هالوژنی ندارند مطلوب هستند. به همین دلیل نیاز است که در فرمولاسیون TPU از مواد دیگری همچون ملامین سیانور به جای افزودنیهای هالوژنی استفاده شود.

کد آیسیک محصول
از آنجا که ترموپلاستیک پلی اورتان نسوز به طور خاص دارای کد آیسیک نمی باشند، کدهای آیسیک مرتبط با این صنعت در جدول زیر ارائه شده است.

موارد مصرف و کاربرد
TPU های بر پایه پلی اتر برای پوشش انواع کابل ها و سیم های ایمنی، تاکتیکی و نظامی بکار می روند. انواع پایه پلی اتری آن به علت مقاومت خوب در برابر هیدرولیز و عوامل میکروبی، از خوردگی و همچنین اتصالات در ولتار پایین جلوگیری می نمایند. برخی از کاربردهای فراوان ترموپلاستیک نسوز (TPU) برای پوشش انواع کابل و سیم به شرح زیر است :

• کابل های مورد استفاده در دریا برای استخراج نفت و گاز
• کابل های فشار قوی در سایت های ساختمانی
• کابل های بلند و دنباله دار در صنعت معدن
• کابل برای چمن زن ها و سایر تجهیزات کشاورزی
• کابل های تلفن
• کابل های کنترلی برای تحقیقات
• سیستم ترمز برای ماشین ها
• کابل برای فضاپیماها
• کابل های فشار قوی برای متروها
• کابل های کنترلی آنتی استاتیک برای تجهیزات الکترونیکی

بررسی کالاهای جایگزینی
به علت محدودیت در استفاده از این نوع روکش برای سیم و کابل و استفاده خاص از آن و قیمت نسبتاً بالای آن، همچنین واردات سیم و کابل با روکش نسوز به کشور، باید در تولید این محصول با توجه به نیاز کشور اقدام شود.

همچنین بیشتر کارخانجات تولیدی از گرانول P.V.C برای روکش سیم استفاده می کنند. که ارزان قیمت تر است هرچند خواص ترموپلاستیک نسوز همچون مقاومت شیمیایی بالا، مقاومت در برابر تجزیه و … را ندارد.

اهمیت استراتژیکی پلی اورتان در دنیای امروز

از دهه 1980 به بعد با مطالعات زیادی که به منظور بهبود کیفیت بر روی کاتالیست و عوامل پف زای آن انجام شد، هر روز مصارف گسترده تری پیدا کرده است. به عنوان مثال حدود 20 سال است که در تولید صندلی ماشین از فوم های پلی اورتان منعطف استفاده می شود.

در مواردی که می توان آنها را با سایر مواد جایگزین نمود، این مواد به علت سادگی تهیه، هزینه نسبتاً پایین و خواص فیزیکی و مکانیکی مناسب، همچنان به عنوان یک گزینه جدی مطرح می باشد.

ترکیب عملکرد بالا و قابلیت خوب فرآیندپذیری آنها سبب رشد و توسعه زیاد کاربرد این مواد جدید شده است. که در مقایسه با سایر کشپارهای ترموپلاستیک، می توانند خواص فیزیکی بهتر و بالاتری را از خود بروز دهند، به گونه ای که مجموعه این خواص منحصر به فرد، سبب انعطاف پذیری زیاد و کاربردهای متنوع آنها گردیده است.

بطور کلی خواص متنوع پلی اورتان ترموپلاستیک ها سبب گردیده تا امکان کاربردهای مختلفی از قبیل: ساخت چرخ های کوچک، قایق های تندرو، کمربند ایمنی، انواع فیلم و ورق، شیلنگهای مخصوص خطوط آتش نشانی، لوله های منعطف، وسایل تولید غذا، پاشنه کفش های ورزشی،

شیلنگها و درزگیرهای هیدرولیک، قایق های بادی، چرخ های اسکیت، لوله ها و وسایل پزشکی، کالاهای ورزشی، عینک و لباس مخصوص شنا، پارچه های مخصوص، و پوشش های سیم و کابل نظامی و ایمنی به وجود آید. ترموپلاستیکهای نسوز بر پایه پلیاتر برای پوشش انواع کابلها و سیم های ایمنی، تاکتیکی و نظامی بکار می روند.

انواع بر پایه پلی اتر آن به علت مقاومت خوب در برابر هیدرولیز و عوامل میکروبی از خوردگی و همچنین اتصالات در ولتار پایین جلوگیری می نمایند. در حدود 9 درصد مصرف امریکا و 14 درصد مصرف اروپای غربی از کل ترموپلاستیک ها مربوط به این صنعت می باشد.

تکنولوژی و روش های تولید ترموپلاستیک نسوز

محصول را می توان به چندین روش و در پروسه های متفاوت تولید نمود. اجزاء این پلیمرها یا طی چند مرحله و به روش پیش پلیمری و در یک فرآیند ناپیوسته و یا طی یک مرحله و به روش تک ضرب و در یک فرآیند پیوسته تبدیل به پلیمرهای پلی اورتان با ویژگیها و خواص موردنظر می شوند.

در صنعت اغلب به روش تک ضرب و با استفاده از برخی فرآیندهای پیوسته از قبیل : فرآیند تسمه ای و یا فرآیند اکسترودر و در مقیاس صنعتی و نیمه صنعتی تولید می شوند.

در سنتز این مواد برای کنترل واکنش و خواص فیزیکی محصول نهایی نسبت استوکیومتری مواد شرکت کننده در واکنش یعنی نسبت NCO به OH که معمولاً نسبت مولی نامیده می شود، بسیار مهم است.

چون مواد شرکت کننده در واکنش از لحاظ استوکیومتری با بازده 100% با یکدیگر واکنش می دهند لذا می توان با انتخاب نسبت مولی متفاوت نوع ساختار پلیمر را تعیین کرد. روشهای مختلف پلیمریزاسیون اجزاء ترموپلاستیک نسوز و فرآیندهای معمول تولید در صنعت عبارتند از :

1. روش پیش پلیمری

از آنجا که روش پیش پلیمری هنوز هم از مهمترین و متداول ترین روش های تهیه آنهاست، بنابراین اغلب روشهای تهیه الاستومرهای جامد پلی اورتان بر تکنیک فوق استوار است. پیش پلیمر از واکنش یک پلی ال بلند زنجیر (پلی اتر یا پلی استر) با مقادیر اضافی از ایزوسیانات (بیش از حد استوکیومتری) به دست می آید.

پیش پلیمر حاصله با داشتن وزن مولکولی متوسط، دارای عامل ایزوسیانات در قسمتهای انتهایی زنجیر نیز می باشد. در اثر واکنش این پیش پلیمر با یک دی ال و یا دی آمین با وزن مولکولی کم، که به عنوان زنجیر افزاینده مصرف می شود، پلیمر نهایی به دست می آید.

2. روش نیمه پیش پلیمری

این روش نیز گاهی در تهیه ترموپلاستیک نسوز مورد استفاده قرار می گیرد. بدین ترتیب که تنها بخشی از پلی ال ها (پلی استر پلی ال یا پلی اتر پلی ال) موردنیاز بر اساس محاسبه استوکیومتری با تمام ایزوسیانات لازم جهت انجام واکنش با یکدیگر مخلوط شده و خوب همزده می شود تا واکنش پلیمریزاسیون بهتر و کاملتر انجام شود.

سپس این پلیمر را که یک پیش پلیمر است و در قسمتهای انتهایی زنجیر خود گروههای NCO آزاد دارد با مخلوط پلی ال باقیمانده و عامل گسترش دهنده زنجیر مخلوط می گردد تا پس از انجام واکنش، پلیمر نهایی به دست آید.

در این روش محصول واسطه بدلیل دارا بودن گروههای NCO آزاد تمایل زیادی به واکنش با رطوبت موجود در محیط دارد و برای نگهداری و استفاده از آن نیاز به کنترل های دقیق و شرایط خاص می باشد که این وضعیت سبب افزایش قیمت و بروز مشکلاتی در جریان تولید صنعتی می گردد. بنابر دلایل فوق و برخی موارد اقتصادی این روش در حال حاضر برای تولید انبوه مورد توجه صنعتگران نمی باشد.

3. روش تک ضرب

اساس این روش در سنتز پلی اورتان ها این است که مواد شرکت کننده در واکنش به طور یکجا و همزمان با یکدیگر مخلوط می شوند. درعمل، ابتدا پلی ال و زنجیر افزاینده را با هم مخلوط و تحت خلاء خشک و رطوبت آن را خارج می کنند.

سپس ایزوسیانات را به آن افزوده و هم میزنند تا پلیمر نهایی به دست آید. چون در این روش هیچ گونه کنترلی بر روی واکنش ها وجود ندارد، محصول به دست آمده ساختاری درهم و نامنظم پیدا می کند. به دلایل اقتصادی، گاهی از این روش در تولید آن در مقیاس صنعتی استفاده می شود.

به این ترتیب که کلیه اجزاء آن پس از توزین و آماده سازی اولیه به طور همزمان وارد یک ماشین اکسترودر واکنشی دو پیچ می شوند و عمل مخلوط سازی و واکنش بین اجزاء در طول سیلندر اکسترودر انجام می گیرد و محصول تولیدی از قسمت انتهای اکسترودر به صورت رشته بیرون آمده و پس از سرد شدن و خرد شدن به شکل گرانول در می آید.

در این روش چون عمل مخلوط سازی به نحو احسن انجام نمی گیرد، پلیمر حاصله از ساختار همگن و یکسانی برخوردار نمی باشد. معمولاً برای برطرف کردن این نقیصه، قبل از وارد کردن اجزاء به فیدر سیلندر اکسترودر از میکسرهای مخصوصی برای مخلوط سازی کامل استفاده می نمایند.

بسته به ظرفیت تولید، نوع تجهیزات و ماشین آلات و میزان هزینه های تولید یکی از فرآیندهای ناپیوسته یا پیوسته مورد توجه قرار می گیرد. معمولاً برای تولید کم و محدود از روش ناپیوسته که هزینه های کمتری در مقایسه با روش پیوسته دارد، استفاده می شود. چون در روش پیوسته هدف تولید انبوه و به دست آوردن محصول یکنواخت می باشد، این روش بیشتر مورد استفاده تولیدکنندگان بزرگ قرار می گیرد.