راهنمای رفع زبری سطح پروفیل UPVC: اصلاح فرمولاسیون تا 40 phr

صنعت تولید پروفیل‌های UPVC (Unplasticized Polyvinyl Chloride) یکی از حساس‌ترین حوزه‌های پلیمری است که کوچکترین تغییر در پارامترهای فرایند یا مواد اولیه، می‌تواند منجر به افت شدید کیفیت ظاهری و مکانیکی شود. یکی از رایج‌ترین و در عین حال چالش‌برانگیزترین مشکلاتی که تولیدکنندگان با آن دست‌به‌گریبان هستند، زبری سطح پروفیل UPVC یا پدیده پوست کوسه‌ای (Sharkskin) است. سطحی که باید براق، صیقلی و یکدست باشد، مات، زبر و دارای اعوجاج‌های میکروسکوپی می‌شود. این مشکل نه تنها زیبایی محصول را تحت تأثیر قرار می‌دهد، بلکه مقاومت آن در برابر شرایط جوی و جذب آلودگی را نیز دچار اختلال می‌کند. در این مقاله مرجع که توسط تیم فنی آروشا پودر پیشتاز صنعت تهیه شده است، به بررسی دقیق علل و راهکارهای رفع این مشکل با تمرکز بر نقش حیاتی کربنات کلسیم پوشش‌دار و تنظیمات phr خواهیم پرداخت.

ریشه‌یابی زبری سطح: چرا پروفیل ما صیقلی نیست؟

برای حل مشکل، ابتدا باید بدانیم که زبری سطح دقیقاً از کجا ناشی می‌شود. در اکستروژن پروفیل UPVC، مذاب پلیمر تحت فشار بسیار بالا از داخل دای (Die) عبور می‌کند. اگر تنش برشی در دیواره دای از حد بحرانی فراتر رود، جریان مذاب ناپایدار شده و پدیده‌ای به نام “شکست مذاب” (Melt Fracture) رخ می‌دهد. این ناپایداری به صورت زبری سطح در محصول نهایی نمود پیدا می‌کند. اما این تنها دلیل نیست. عوامل متعددی از جمله رطوبت، عدم یکنواختی اختلاط، کیفیت پایین افزودنی‌ها و تنظیمات نادرست دستگاه در این امر دخیل هستند.

نقش حیاتی کیفیت فیلرها در سطح نهایی

بسیاری از تولیدکنندگان تصور می‌کنند که کربنات کلسیم تنها یک پرکننده ارزان برای کاهش قیمت تمام شده است. این تصور اشتباه، ریشه بسیاری از مشکلات سطحی است. پودر کربنات کلسیم خام به دلیل سطح قطبی بالا، تمایل به کلوخه شدن (Agglomeration) دارد. این کلوخه‌ها مانند سنگ‌ریزه‌های میکروسکوپی در سطح پروفیل عمل کرده و باعث زبری می‌شوند. راه حل قطعی در اینجا استفاده از کربنات کلسیم کوتد است.

وقتی از کربنات کوتد صحبت می‌کنیم، در واقع به نقش دوگانه آن اشاره داریم: نقش فیزیکی به عنوان پرکننده و نقش شیمیایی به عنوان کمک فرایند.

جادوی اسید استئاریک: روان‌کنندگی و بهبود سطح

تفاوت اصلی بین یک پروفیل مات و زبر با یک پروفیل براق و صیقلی، اغلب در نحوه پوشش‌دار کردن کربنات کلسیم نهفته است. در محصولات باکیفیت شرکت آروشا پودر پیشتاز صنعت، ذرات کربنات کلسیم با لایه‌ای از اسید استئاریک پوشانده می‌شوند. اما این اسید چرب چه می‌کند؟

• کاهش اصطکاک داخلی و خارجی: اسید استئاریک موجود روی سطح ذرات، نقش روان‌کنندگی (Lubrication) بسیار موثری ایفا می‌کند. این لایه باعث می‌شود اصطکاک بین ذرات کربنات و زنجیره‌های پلیمری PVC و همچنین اصطکاک بین مذاب و دیواره سیلندر و دای کاهش یابد.
• آب‌گریزی (Hydrophobicity): کربنات کوتد شده رطوبت کمتری جذب می‌کند. رطوبت یکی از دشمنان اصلی سطح صاف است که باعث ایجاد حفره‌های ریز و زبری می‌شود.
• پخش‌شوندگی عالی (Dispersion): اسید استئاریک کشش سطحی ذرات را تغییر داده و باعث می‌شود آن‌ها به راحتی در ماتریس پلیمر پخش شوند و از ایجاد نقاط تمرکز تنش که منجر به پارگی سطح می‌شود، جلوگیری کنند.

فرمولاسیون پیشرفته: چگونه مصرف کربنات را تا 40 phr افزایش دهیم؟

یکی از سوالات همیشگی مدیران تولید این است: “چگونه می‌توانیم بدون افت کیفیت سطح، میزان فیلر را افزایش دهیم؟” پاسخ در مفهوم phr (Parts per hundred resin) و تعادل فرمولاسیون نهفته است.

اگر قصد دارید میزان کربنات کلسیم را به 30 یا حتی 40 phr برسانید، نمی‌توانید صرفاً مقدار پودر را زیاد کنید. باید سیستم روان‌کاری (Lubrication System) را مجدداً بالانس کنید.

1. تنظیم روان‌کننده‌های خارجی: با افزایش مقدار کربنات کلسیم کوتد، به دلیل وجود اسید استئاریک روی آن، شما عملاً در حال افزودن روان‌کننده هستید. بنابراین ممکن است نیاز باشد اندکی از مقدار اسید استئاریک آزاد در فرمول کم کنید تا دچار پدیده “Plate-out” (روزدگی مواد روی قالب) نشوید.
2. استفاده از کمک فرایندها (Processing Aids): برای تحمل لودینگ بالای فیلر (High Filler Loading) تا 40 phr، حتماً باید از کمک‌فرایندهای اکریلیکی استفاده کنید تا استحکام مذاب (Melt Strength) حفظ شود و سطح پروفیل دچار پارگی نشود.
3. انتخاب مش‌بندی صحیح: برای دستیابی به سطح صیقلی در درصدهای بالا، حتماً باید از کربنات کلسیم با مش 2500 یا بالاتر استفاده کنید. ذرات درشت‌تر در درصدهای بالا (مثلاً 40 phr) قطعاً باعث زبری سطح خواهند شد.

پارامترهای فرایندی موثر بر زبری سطح

حتی با بهترین فرمولاسیون و استفاده از کربنات کوتد آروشا، اگر تنظیمات دستگاه اکسترودر صحیح نباشد، نتیجه مطلوب حاصل نمی‌شود. بررسی قیمت کربنات کلسیم کوتد و خرید بهترین نوع آن تنها نیمی از راه است؛ نیم دیگر تنظیمات دقیق دستگاه است.

1. دمای دای و سیلندر

دمای پایین دای یکی از دلایل اصلی پوست کوسه‌ای شدن است. اگر مذاب سرد باشد، هنگام خروج از دای دچار تنش کششی شده و سطح آن پاره می‌شود. افزایش دمای ناحیه آخر سیلندر و دای (به خصوص Lips) می‌تواند جریان را روان‌تر کرده و سطح را براق کند. اما مراقب باشید دما را آنقدر بالا نبرید که PVC دچار تخریب حرارتی (سیاه شدن) شود.

2. فشار برگشتی (Back Pressure) و گازگیری

وجود رطوبت یا مواد فرار محبوس شده در مذاب، هنگام خروج از دای منبسط شده و حباب‌های ریز یا زبری ایجاد می‌کند. اطمینان حاصل کنید که واحد گازگیر (Degassing) اکسترودر به درستی کار می‌کند. همچنین فشار پشت دای باید به اندازه‌ای باشد که مذاب کاملاً متراکم شود.

3. سرعت اکستروژن

گاهی اوقات سرعت خط تولید بالاتر از ظرفیت پلاستیسایزینگ دستگاه است. در این حالت مواد فرصت کافی برای ذوب شدن و همگن شدن ندارند. کاهش اندک سرعت مارپیچ می‌تواند زمان اقامت (Residence Time) را افزایش داده و اختلاط بهتری ایجاد کند که مستقیماً بر براقیت سطح تاثیرگذار است.

جدول عیب‌یابی سریع مشکلات سطحی پروفیل UPVC

پرسش و پاسخ‌های متداول (FAQ)

نتیجه‌گیری

رفع مشکل زبری سطح پروفیل UPVC نیازمند یک رویکرد مهندسی دقیق است که شامل انتخاب مواد اولیه صحیح، بالانس دقیق فرمولاسیون بر مبنای phr و تنظیمات بهینه ماشین‌آلات می‌شود. در این میان، نقش کربنات کلسیم کوتد به عنوان ماده‌ای که هم خاصیت پرکنندگی دارد و هم به لطف اسید استئاریک به روان‌سازی کمک می‌کند، انکارناپذیر است. شرکت آروشا پودر پیشتاز صنعت با تولید پودرهای میکرونیزه پوشش‌دار با بالاترین استانداردهای جهانی، همراه شماست تا محصولی رقابتی و بی‌نقص تولید کنید.