ارزیابی تاثیر خواص جریان شناختی آمیزه استاندارد پلی اتیلن بر صافی سطح سیم های تولید شده در فرآیند اکستروژن سریع

STUDENT

DEGREE

YEAR

From the economical point of view, it is desirable to increase the rate of production without sacrificing product quality. Due to the viscoelastic property of polymers, production rate is limited by the occurrence of flow instabilities at flow rate greater than a critical value. In this study attempts have been done to produce compounds by melt mixing of available polyethylens (PEs) for telecommunication cables insulation that have smooth surface at high production rates. To this, several PEs are used in this study: EX3: a high density polyethylene (HDPE) with high molecular weight, HD5218: a HDPE with low molecular weight, LL0209: a linear low density PE with short chain branches and LH0075: a low density PE with long chain branches. These PEs were melt mixed by a laboratory twin screw extruder at 175-220?C at 100 rpm to produce three blends: 1) 52%EX3+ 48%HD5218, 2) 35%EX3+ 35%HD5218+ 30%LL0209, 3)35%EX3+ 35%HD5218+ 30%LH0075. HE3366 is a standard PE for wire and cable insulation that is obtained from Borealis Company and in this study is used as a refrence sample. The viscoelastic properties of raw PEs and compounds are studied by using an Anton Paar MCR501 parallel plate rheometer, equipped with disks of 25 mm in diameter and 1mm gap. Measurements are performed in 0.01-600 rad/s frequency range and at 190 ?C. The flow behavior of compounds as well as EX3 and refrence sample were characterized by an Instron constant speed capillary rheometer fitted with die with 0.0749 cm diameter and a length of 5.0861 cm. polymer samples were extruded in steady state conditions were collected and examined by a zoom stereo binocular microscope to detect the surface melt fracture. Physical and mechanical properties that are necessities of ASTM D-1248 for cable insulation such as: density, melt flow index, tensile properties, elongation at break, environmental stress cracking resistance, dielectric constant and dissipation factor are calculated for compounds. Rheological experiments have shown that all compounds have approximately same rheological behavior and near to the refrence sample. Capillary experiments have shown that among compounds, sample with 35%EX3+ 35%HD5218+ 30%LL0209 has the best surface smoothness at high shear rates. As well as this compound pass standard properties successfully. This compound is examined in wire coating industry with production rate of 400m/min and results have shown that insulation of wire produced at this production rate has smooth surface. Keywords: Wire coating, high speed extrusion, flow instabilities, molecular structure.

همواره در صنعت افزایش سرعت تولید به‌لحاظ ارزش اقتصادی بسیار مورد توجه بوده است. اما علاوه بر افزایش سرعت تولید، کیفیت محصول نهایی هم قابل توجه است. در فرآیندپذیری پلیمرها از جمله پوشش‌دهی سیم‌ها و کابل‌ها، به دلیل خاصیت ویسکوالاستیک پلیمر، افزایش سرعت تولید با محدودیت روبرو است. با افزایش سرعت تولید سطح محصول شروع به زبر شدن کرده و محصول کیفیت خود را از دست می‌دهد. انواع پلی اتیلن از رده تزریق، فیلم و اکستروژن به وفور در دسترس است اما متاسفانه پلی اتیلن عایق کابل‌های مخابراتی که بتواند در سرعت‌های بالای تولید سطح صافی داشته باشد در ایران تولید نمی‌شود. در این پژوهش سعی شده تا از طریق اختلاط مذاب پلی اتیلن‌های موجود و در دسترس آمیزه ای برای عایق کابل‌های مخابراتی فراهم شود که در سرعت های بالای تولید سطح صافی داشته باشد. پلی اتیلن های مورد استفاده در این مطالعه شامل EX3 یک پلی اتیلن سنگین با وزن مولکولی بالا از رده تزریق، HD5218 یک پلی اتیلن سنگین با وزن مولکولی پایین، LL0209 یک پلی اتیلن سبک خطی دارای شاخه های جانبی کوتاه و LH0075 یک پلی اتیلن سبک دارای شاخه های جانبی بلند، است. از این پلی اتیلن‌ها سه آمیزه با ترکیب درصد مناسب با استفاده از اکسترودر دو مارپیچ در دمای ?C 220-175 و سرعت rpm 100 تهیه شده است. آمیزه‌ای شامل (48%)HD5218 + (52%)EX3، آمیزه ی دوم با (30%)LH0075 + (35%)HD5218 + (35%)EX3 و نمونه ای شامل (30%)LL0209 + (35%)HD5218 + (35%)EX3 است. همچنین پلی اتیلن HE3366 که در راکتور و توسط کاتالیست تولید و به‌عنوان عایق کابل‌های مخابراتی استفاده می‌شود و در سرعت‌های بالای تولید سطح صافی ایجاد می‌کند، از شرکت بریالیز تهیه شده و به عنوان نمونه ی مرجع برای مقایسه با آمیزه‌های تولیدی مورد استفاده قرار گرفته است. آزمایش‌های رئولوژی با استفاده از رئومتر صفحات موازی در دمای ?C 190و محدوده فرکانس rad/s 600- 01/0 برای پلی اتیلن‌های خام و آمیزه های تولید شده به منظور تعیین پارامترهای رئولوژیک نمونه های پلی اتیلن مورد استفاده و آمیزه ها و مقایسه ی آن ها با یکدیگر صورت گرفت. رفتار فرآیند پذیری آمیزه ها، نمونه ی مرجع و نمونه ی EX3 با استفاده از ویسکومتر مویینه در دمای ?C 190 و با استفاده از یک حدیده با قطر cm 0749/0 و طول cm 5629/2 و در پنج سرعت ثابت cm/min 2/0، 6/0، 2، 6 و 20 ، بررسی شد. در آزمون ویسکومتر مویینه در شرایط پایا در هر سرعت برای هر آمیزه‌ی مورد بررسی، نمونه جمع آوری شد سپس با استفاده از میکروسکوپ نوری دو چشمی با بزرگنمایی 25 برابر از نمونه ها عکس برداری شد تا از نظر صافی یا زبری سطح بررسی شوند. همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی لازم برای عایق کابل های مخابراتی مطابق با استاندارد 1248ASTM D- مانند دانسیته، شاخص جریان مذاب، استحکام کششی، کشیدگی در نقطه شکست، پایداری حرارتی، مقاومت در برابر رشد ترک‌های محیطی، ثابت دی الکتریک و ضریب پراکندگی برای آمیزه‌ها اندازه‌گیری شد. نتایج آزمون رئولوژی نشان داد که آمیزه‌ها تقریبا رفتار رئولوژی برشی یکسانی دارند و تفاوت پارامترهای رئولوژیک آمیزه‌ها با نمونه‌ی مرجع بسیار کم است. همچنین نمونه ی EX3 دارای بالاترین مدول ذخیره و ویسکوزیته به دلیل وزن مولکولی بالا است که باعث می‌شود این نمونه در سرعت های بسیار پایین در ویسکومتر مویینه سطح زبری داشته باشد و نمونه ی HD5218 به دلیل وزن مولکولی پایین دارای کمترین الاستیسیته و ویسکوزیته می‌باشد. مقایسه‌ی رفتار فرآیند پذیری آمیزه‌ها نشان داد نمونه ی شامل (30%)LL0209 + (35%)HD5218 + (35%)EX3 به دلیل توزیع وزن مولکولی پهن و حضور شاخه های جانبی کوتاه دارای بهترین رفتار فرآیند پذیری از نظر صافی سطح در مقایسه با سایر آمیزه ها و همچنین نمونه‌ی مرجع، می باشد. همچنین این آمیزه خواص استاندارد 1248ASTM D- را با موفقیت می گذراند. اعتبار نتایج آزمایشگاهی در مقیاس صنعتی با استفاده از این آمیزه در خط تولید پوشش سیم با سرعت تولید m/min 400 مورد بررسی قرار گرفت و در این سرعت تولید سطح صافی به دست آمد. کلمات کلیدی: 1- عایق کابل های مخابراتی 2- اکستروژن سریع 3- ساختار مولکولی پلیمر 4- ناپایداری های جریان