بررسی خواص مورد نیاز فیلمهای پلی اتیلنی بکار رونده در صنعت ساختمان

بررسی خواص مورد نیاز فیلمهای پلی اتیلنی بکار رونده در صنعت ساختمان

امروزه در اروپا حدود 20 درصد تولیدات پلاستیک ها در صنعت ساختمان مصرف میشوند که بیش ترین سهم آن مربوط به پلی اتیلن ها می باشد. فیلم های پلی اتیلن ساختمانی موادی هستند که در هر سایت ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند. صرف نظر از پروژه ای که اجرا می شود، در مراحل جداگانه ساخت، همیشه مکان هایی وجود دارد که استفاده از فیلم های پلی اتیلن توصیه شده و گاهی اوقات حتی استفاده از آنان ضروری است.در صنعت ساختمان این مواد برای پوشش موقت انبارها و بناهای مختلف و جلوگیری ازخسارات ناشی از آب و هوا و گرد و خاک، در کاربردهایی مانند پوشش ضد بخار، فیلم پی و … استفاده می شوند.

بیشترین استفاده را در ساخت و ساز ساختمان ها

در میان فیلم های پلی اتیلن، فیلم های پلی اتیلن با چگالی کم LDPE، فیلم های پلی اتیلن با چگالی کم خطی LLDPE  و فیلم های پلی اتیلن با چگالی بالاHDPE  بیشترین استفاده را در ساخت و ساز ساختمان ها وتکمیل یا نوسازی آنها دارند.

فیلم های ساختمانی PE معمولاً به صورت گرانول و با استفاده از روش قالب گیری دمشی اکستروژن تولید می شوند.در این روش تولید، گرانول های پلی اتیلن در دماهای بالا در اکسترودر سیال می‌شوند و بعد از خروج از قالب، حباب تولیدی از طریق یک کشنده و با فشار باد توسط یک سیستم رول کننده ی مخصوص به سمت بالا کشیده می شود و در ادامه پلاستیک سرد می شود و شکل یک فیلم جامد را به خود می گیرد.

روش قالب گیری در ساخت فیلم های پلی اتیل

روش قالب گیری دمشی (blow molding) در ساخت فیلم های پلی اتیلن یک و چند لایه استفاده می شود. گرانول استفاده شونده در صنعت ساختمان معمولاً LDPE است و ضخامت لایه های مناسب برای این کاربرد بین 0.15 تا 0.7 میلی متر در نوسان است.

تولید پلیمرها تأثیر زیادی بر محیط زیست دارد و به ازای تولید هر کیلو پلاستیک 6 کیلوگرم CO2 در طبیعت آزاد میشود [1]. بنابراین، مهم است که موادی با کیفیت پایین تولید نشود که سریعا فرسوده شده و یا قابل استفاده نباشند.

اگر از ادتیوهای محافظت کننده در فیلم‌های PE استفاده شود این فیلمها در برابر پیری (Aging) مقاوم می شوند و  بنابراین در طول سال‌ها آب‌بندی خود را حفظ می‌کنند.

مزیت بزرگ  فیلمهای پلی اتیلنی

اکثر فیلمهای ساختمانی در مکان هایی نصب می شوند که پس از پایان کل مراحل ساخت، نامرئی شده و در صورت بروز عیب، بر دوام ساختمان تأثیر منفی خواهند گذاشت. فیلم های با کیفیت خوب باید حداقل 50 سال عمر کنند، برای محصولات با کیفیت پایین تر این مدت از 5 تا 10 سال می باشد. مزیت بزرگ  فیلمهای پلی اتیلنی خاصیت ارتجاعی و مقاومت آنها در برابر دماهای پایین و عوامل شیمیایی است اما متأسفانه، صرف نظر از این ویژگی های مثبت، آنها قابل اشتعال و از نظر حرارتی ناپایدار هستند، از این رو نحوه نگهداری از آنها مهم است.

فیلم های عایق کاری پی

یکی از پرمسئولیت ترین محصولات در گروه فیلم های ساختمانی، فیلم های عایق کاری پی می باشند. عملکرد مطمئن آنها پیش نیازی برای جلوگیری از مشکلات زیاد در مرحله ساخت ساختمان بر روی پی و هزینه های بالای تعمیرات مربوطه است. فیلم‌های  ضد بخار  عمدتاً در دیوارها، سطوح و  سقف‌ها به عنوان کند کننده عبور بخار آب استفاده می‌شوند.

استحکام و انعطاف پذیری

برای کاربرد فیلم‌های روی سقف استحکام و انعطاف پذیری بسیار مهم خواهد بود. همچنین مقاومت در برابر آسیب مکانیکی فیلم زمانی که به عنوان عایق رطوبتی افقی و عمودی فونداسیون ها استفاده می شود به همان اندازه مهم است. اگر فیلم به وظیفه خود عمل نکند، پایه ها خیس شده و در اثر یخ زدن آب آسیب می بینند، عایق حرارتی آنها کاهش می یابد و این باعث می شود گرما سریعتر از کف زمین و دیوارهای بالای ساختمان خارج شود. مسئولیت فیلم ضد بخار نیز از نقطه نظر پارامترهای مقاومت قابل توجه است زیرا هر گونه آسیب ممکن است اثربخشی آنها را در محدود کردن نفوذ بخار آب، ایجاد پل های حرارتی، یا مکان هایی که بخار آب در آن وجود دارد، کاهش دهد.

در این نوشته برخی خواص این فیلمها مانند نتایج آزمونهای مقاومت کششی با ضخامت‌های مختلف و همچنین تاثیرات مورفولوژی این مواد بر خواص آنها بررسی  میشود.

ارتباط بین ضخامت فیلم و استحکام کششی فیلم‌های پلی اتیلنی

نتایج تحقیقات محققان نشان میدهد ارتباط معنی‌داری بین ضخامت فیلم و استحکام کششی برای فیلم‌های پلی اتیلنی وجود دارد به طوری که افزایش ضخامت لایه به میزان 1 میکرون، هنگام کشش در هر دو جهت طولی (MD) و هم در جهت عرضی(TD) مقدار مقاومت کششی را به طور متوسط 0.14 مگاپاسکال افزایش می دهد.

همچنین محققان ثابت کرده اند که ارتباط معناداری بین استحکام کششی و کرنش در هر دو جهت طولی و عرضی(در جهت ماشین و در جهت عمود بر ماشین) با ضخامت فیلم ها وجود دارد به طوری که اختلاف 2 الی 200 درصدی در کرنش نمونه های با ضخامت مختلف وجود دارد.آنها بیان کرده اند وجود توده و عیوب موضعی مانند دون زدگی در فیلمها که باعث ایجاد اختلاف در چگالی فیلم ها میشود علت اصلی این اختلاف کرنش است.همچنین صافی یا زبری سطح نیز تاثیر بالایی در کرنش نمونه ها دارد.

علاوه بر این فیلم‌های ساختمانی تحت فرآیند پیر شوندگی قرار می‌گیرند که عمدتاً توسط اشعه ماوراء بنفش برانگیخته می‌شود. مقاومت کم در برابر اشعه ماوراء بنفش و نور خورشید باعث کاهش کشش و در نتیجه استحکام کششی آنها می شود. با این حال میتوان خواص آنها را با اصلاحات فیزیکی و شیمیایی بهبود بخشید

فیلم‌های PE تولید شده با روش قالب‌گیری دمشی در فرآیندهای پیر سازی بسیار حساس هستند و مدول الاستیک آنها به سرعت کاهش می‌یابد و سپس اشباع می‌شود، تنش کششی کمی افزایش می‌یابد و انرژی شکست به طور چشمگیری پس از 4 ماه قرارگیری در محیط کاهش می‌یابد. در این فیلمها خواص کششی به شدت به درجه بلورینگی بستگی دارد به طوری که هر چه درجه بلورینگی بیشتر باشد، مدول ، سختی، چگالی و مقاومت سایشی بالاتر بوده، در حالی که استحکام و تغییر خاصیت شکل پذیری کاهش می یابد.

نتایج تحقیقات نشان می دهد که عملکرد عایق های پلی اتیلن ساختمان آشکارا با مورفولوژی کریستالی و درجه بلورینگی [2] مرتبط است و ثابت شده است که نحوه ی کریستالیزاسیون دلیل اصلی برای خواصی مانند زبری سطح است [3].

جدای از عوامل ساختاری پلیمر، عوامل خارجی مانند دما و محیط نیز تأثیر زیادی بر خواص فیلمها دارند.

تأثیر بر استحکام تسلیم در جهت کشش ماشین

نتایج تحقیقات نشان میدهد، بلورینگی فیلمهای پلی اتیلنی بیشترین تأثیر را بر استحکام تسلیم در جهت کشش ماشین  دارد، اما بر استحکام تسلیم در جهت عرضی کشش علاوه بر بلورینگی، جهت‌گیری کریستالی (Orientation)  تأثیر بالایی دارد.. کرنش در شکست در جهت کشش فقط به جهت کریستالی شدن وابسته است اما کرنش در شکست در خلاف جهت کشش با ضخامت لایه، اندازه کریستال و جهت کریستالی شدن رابطه دارد.

تأثیر ضخامت فیلم دمشی پلی اتیلنی بر خواص مکانیکی توسط Rennert و همکاران او مورد بررسی قرار گرفت. [4]. آنها ثابت کردند که برای فیلم‌های دمشی LDPE با ضخامت‌های بیشتر از 0.20 میلی‌متر در هیچ یک از جهات ماشین و خلاف آن رابطه ی مشخصی بین پارامترهای مختلف مکانیکی و شرایط شکست وجود ندارد اما در فیلم‌هایی با ضخامت کمتر از 0.20 میلی‌متر، جهت‌گیری کریستالی در جهت ماشین بهتر هستند.

هر چه جرم در واحد سطح بیشتر باشد، فیلم ضخیم تر است و نتایج نشان میدهد جرم بیشتر در واحد سطح فیلم بهتر است، زیرا در این صورت فیلم در هنگام مونتاژ کمتر آسیب پذیر است و در محافظت طولانی مدت موثرتر است.

نتایج نشان میدهد فیلمهای  نازک تر در برابر خرابی های مکانیکی آسیب پذیرتر هستند و اگر تحت تأثیر عوامل منفی مانند اشعه ماوراء بنفش قرار گیرند، سریعتر آسیب می بینند.

نکته مهم در هنگام تولید

گاهی اجزای کوچک و تیره رنگی بر روی فیلمها که احتمالاً نتیجه اکستروژن یک پلاستیک گرما نرماست که در طول تولید به اجزای دستگاه می چسبد وتخریب می شود و سپس قطعات ریز آن جدا شده و به ساختار فیلم نفوذ می کند در فیلمها دیده میشوند. این توده ها می توانند نتیجه استفاده از یک گرانول مجدد در طول تولید، یک گرانول آلوده به پلاستیک با نقطه ذوب بالاتر [5] یا فقط یک افزودنی آنتی بلاک باشد که برای جلوگیری از چسبندگی بین لایه ها استفاده می شوند. سطح ناهموار فیلم ها، با توده های قابل مشاهده، ممکن است ناشی از استفاده از پلی اتیلن بازیافتی آلوده توسط دانه های ماسه یا خاک در طول تولید باشد. وجود این توده ها صرف نظر از علت آن می تواند آسیب های نامطلوبی را در هنگام تولید و استفاده ایجاد کند. لازم به ذکر است که طبق استانداردهای ساخت و ساز اتحادیه اروپا فیلمهای PE بخار باید از پلی اتیلن نو ساخته شود و نه با افزودن پلی اتیلن های بازیافتی.

گاهی نیز در فیلمهای پلی اتیلنی توده ها و برآمدگی نخ مانندی را مشاهده کرد که به آنها به اصطلاح «موی فرشته» گفته میشود . “موهای فرشته” در فرآیند اکستروژن با استفاده از الاستومرهای فلوریک و یا به اصطلاح PPA(polymeric processing Aid)  یا کمک فرایندها از بین می روند و بهتر است از این مواد در تولید فیلمها استفاده کرد.

همچنین نتایج نشان میدهد که شکست مذاب موضعی و بی ثباتی اکستروژن در درجه اول مسئول بی نظمی های سطح فیلم ها هستند. وزن مولکولی بسیار بالا، توزیع وزن مولکولی گسترده، و چگالی شاخه های بلند زنجیره نقش کلیدی در ایجاد زبری سطح برای فیلم های دمشی PE دارند.

دانشمندان با تفسیر مقدار تخمینی پارامترهای رگرسیون خطی،نتیجه گرفته اند  که افزایش ضخامت به میزان 1 میکرون مقدار تنش تا  حدودا 0.12 مگاپاسکال در جهت MD افزایش می دهد و  افزایش ضخامت لایه به میزان 1 میکرون، مقدار تنش را 0.16 مگاپاسکال در هنگام کشش در جهت TD فیلم افزایش می دهد.

جمع بندی:

به طور کل میتوان نتیجه گرفت هرچه ساختار فیلم پلی اتیلن همگن تر باشد، تاکتیسیته محصول در هر دو جهت MD و  TDبیشتر است.

در فیلمهای پلی اتیلنی تاثیر ضخامت در مقادیر استحکام کششی برجسته است. “مقاومت در برابر کشش” همراه با رشد ضخامت افزایش می یابد.ثابت شده است که تأثیرات پارامترهای زبری بر مقاومت کششی وجود دارد و هر چه دانسیته ناهمواری ها بیشتر باشد مقاومت کششی کاهش می یابد.

به طور کلی نتایج نشان میدهد ، جرم در واحد سطح، استحکام کششی، و تفسیر تصاویر از میکروسکوپ‌ها را می‌توان به عنوان شاخص‌های کیفیت تکرارپذیر فیلم‌های ساختمانی پلی اتیلنی در نظر گرفت، در حالی که کرنش در استحکام کششی و کرنش در هنگام شکست – به دلیل ضریب تغییرات بالا – را نمی‌توان به عنوان یک شاخص مناسب تایید کرد.

نتایج بدست آمده در تحقیقات بر اهمیت نظارت دقیق تولیدکنندگان به ویژگی های محصول و  کیفیت تولید آنها با استفاده از آزمون های نسبتا ساده مانند اندازه گیری زبری سطحی تاکید می کنند.