لوله های پلی یورتان به عنوان یک ماده پلیمری با کارایی بالا، به دلیل مقاومت در برابر سایش عالی، مقاومت در برابر روغن، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی، و انعطاف پذیری خوب، به طور گسترده در صنایع پتروشیمی، خودروسازی، تامین آب و زهکشی ساختمان، و صنایع تجهیزات پزشکی استفاده می شود. کیفیت فرآیند قالب گیری آن مستقیماً بر خواص مکانیکی، دقت ابعادی محصول و کیفیت خدمات تأثیر می گذارد. بنابراین، تحقیقات عمیق در مورد فرآیند قالبگیری لولههای پلی یورتان، پیامدهای عملی مهندسی قابل توجهی دارد.
ویژگی های اساسی و الزامات قالب گیری لوله های پلی یورتان
پلی اورتان (PU) یک ماده پلیمری است که از واکنش پلیمریزاسیون پلی ال ها و ایزوسیانات ها تولید می شود. بر اساس نسبت قطعات نرم به سخت، می توان آن را به پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU) و پلی اورتان ریخته گری (CPU) تقسیم کرد. لوله های پلی اورتان معمولاً با استفاده از فرآیند ریخته گری تولید می شوند. فرآیند قالبگیری نیاز به کنترل دقیق نسبتهای مواد خام، دمای واکنش، طراحی قالب و شرایط{3}}پس از پردازش دارد تا از چگالی، استحکام و پرداخت سطح لوله اطمینان حاصل شود.
الزامات اصلی قالب گیری برای لوله های پلی اورتان عبارتند از:
1. پیش تصفیه مواد خام: پلی ال ها و ایزوسیانات ها باید به طور کامل در دمای خاصی مخلوط شوند تا از حباب های هوای باقی مانده جلوگیری شود.
2. کنترل واکنش: واکنش پخت پلی یورتان مقدار زیادی گرما را آزاد می کند که نیاز به بهینه سازی دمای قالب و سرعت ریختن برای جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی و ترک دارد.
3. قالبگیری و درمان پستی: لولههای قالبگیری شده برای بهبود پایداری ابعادی نیاز به ولکانیزاسیون یا خنککننده مناسب دارند.
فرآیندهای قالب گیری اصلی برای لوله های پلی اورتان
1. فرآیند قالب گیری ریخته گری
قالب گیری ریخته گری رایج ترین فرآیند تولید لوله های پلی اورتان است. مراحل اصلی آن عبارتند از:
• اختلاط مواد خام: پیش پلیمر (جزء ایزوسیانات) و گسترش دهنده زنجیر (جزء پلیول) به نسبت خاصی مخلوط می شوند و حباب های هوا در طی فرآیند اختلاط با استفاده از گاز زدایی خلاء حذف می شوند.
• آماده سازی قالب: قالب باید از قبل تا دمای مناسب (معمولاً 60 تا 80 درجه) گرم شود، و برای کاهش چسبندگی از یک عامل رها کننده استفاده شود.
• ریخته گری و پخت: مواد خام مخلوط شده به داخل قالب تزریق می شود و تحت فشار معینی (معمولاً اتمسفر یا فشار کم) عمل آوری می شود. زمان پخت به قطر لوله و ضخامت دیواره بستگی دارد که معمولاً از چند دقیقه تا ده ها دقیقه متغیر است.
• قالب گیری: پس از اینکه لوله کاملاً پخت، قالب گیری و تراش داده می شود.
این فرآیند برای تولید-دسته ای و چند رقمی کوچک، به ویژه برای تولید لوله های پلی یورتان با ساختارهای پیچیده مناسب است.
2. فرآیند قالب گیری اکستروژن
برای تولید انبوه لوله های مستقیم یا لوله های پلی یورتان ساختار ساده-، می توان از قالب گیری اکستروژن استفاده کرد. فرآیند شامل:
• ذوب مواد خام: گرانول های پلی یورتان ترموپلاستیک (TPU) با استفاده از یک اکسترودر پیچ گرم و ذوب می شوند.
قالب گیری اکستروژن: مواد مذاب از طریق یک قالب خاص اکسترود می شوند تا یک ساختار لوله ای پیوسته را تشکیل دهند.
• خنک سازی و شکل دهی: لوله اکسترود شده به سرعت توسط خنک کننده آب یا هوا خنک می شود، سپس توسط دستگاه کشش به طول مورد نیاز کشیده شده و بریده می شود.
اکستروژن بسیار کارآمد و مناسب برای تولید لوله های پلی یورتان استاندارد است، اما انعطاف پذیری کمتری در ساختار محصول ارائه می دهد.
3. فرآیند قالب گیری تزریقی واکنش (RIM).
برای لولههای پلیاورتان بزرگ یا با چقرمگی بالا، میتوان از قالبگیری تزریقی واکنش استفاده کرد. این فرآیند شامل ذخیره پلیالها و ایزوسیاناتها بهطور جداگانه در استوانههای فشار بالا، مخلوط کردن آنها با سرعت بالا تحت فشار بالا، و سپس تزریق مخلوط به قالب است. این مخلوط واکنش داده و جامد می شود تا شکل نهایی را تشکیل دهد. RIM برای لولههای دیواره{5} ضخیم مناسب است و دارای چرخه قالبگیری کوتاه و استحکام محصول بالا است.
عوامل کلیدی موثر بر فرآیند قالب گیری
1. نسبت مواد خام: شاخص ایزوسیانات (نسبت NCO/OH) به طور مستقیم بر چگالی اتصال عرضی پلی اورتان تأثیر می گذارد و در نتیجه بر سختی و کشش لوله تأثیر می گذارد.
2. کنترل دما: دمای بیش از حد بالا قالب ممکن است منجر به حباب های باقی مانده یا نقص سطح شود، در حالی که دمای بیش از حد پایین زمان پخت را طولانی می کند.
3. طراحی قالب: یک طراحی مناسب دونده و سیستم تهویه می تواند عیوب را کاهش دهد و قوام محصول را بهبود بخشد.
4.{1}}تصفیه پست: برخی از لولههای پلی یورتان برای بهبود مقاومت حرارتی و خواص مکانیکی نیاز به ولکانیزاسیون پس- (مانند لولههای CPU) دارند.
انتخاب فرآیند قالبگیری برای لولههای پلی یورتان نیازمند در نظر گرفتن جامع الزامات عملکرد محصول، مقیاس تولید و عوامل هزینه است. ریختهگری برای لولههای-ساختار پیچیده{2} با دقت بالا، اکستروژن برای تولید استاندارد شده در مقیاس بزرگ مناسب است، در حالی که RIM (تزریق قالبگیری معکوس) مزایایی در ساخت لولههای-در مقیاس بزرگ-با کارایی بالا دارد. در آینده، با توسعه فناوری اصلاح مواد پلی یورتان، فرآیندهای قالبگیری بیشتر بهینه میشوند تا نیازهای سختگیرانهتر کاربرد صنعتی را برآورده کنند.
