پلی اتیلن ترفتالات (PET) به دلیل خواص مکانیکی عالی، شفافیت بالا، مقاومت شیمیایی خوب، و قابلیت بازیافت، به طور گسترده ای در صنایع بسته بندی، تولید فیلم و الیاف مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از ویژگی های مهم فیلم های PET که در فرآیند های تولید و کاربرد های نهایی آن ها اهمیت بسزایی دارد، پدیده جمع شوندگی (Shrinkage) است. جمع شوندگی به تمایل فیلم برای بازگشت به حالت اولیه و کوتاه تر شدن ابعاد آن تحت تأثیر حرارت یا تنش اشاره دارد. درک میزان و عوامل مؤثر بر درصد جمع شوندگی فیلم PET برای اطمینان از عملکرد صحیح آن در کاربرد هایی مانند بسته بندی حرارتی (Heat Shrink Packaging)، لیبل های شرینک و فیلم های کششی (Stretch Films) ضروری است. در این مطلب قصد داریم به بررسی جامع درصد جمع شوندگی در فیلم های PET، عوامل مؤثر بر آن و روش های اندازه گیری و کنترل آن بپردازیم.

ماهیت جمع شوندگی در پلیمر ها و فیلم PET

جمع شوندگی در فیلم های پلیمری، به ویژه PET، پدیده ای است که ریشه در ساختار مولکولی و تنش های اعمال شده در طول فرآیند تولید دارد.

• ساختار مولکولی PET و تنش های داخلی

PET یک پلیمر نیمه بلورین است. در طول فرآیند های تولید فیلم PET (مانند اکستروژن و کشش)، زنجیره های پلیمری تحت تنش قرار می گیرند و در جهات خاصی (معمولاً در دو جهت عمود بر هم برای فیلم های دو-محوره) تراز می شوند. این تراز شدن، همراه با تشکیل نواحی بلورین، باعث ایجاد تنش های داخلی در ساختار فیلم می شود. این تنش ها به صورت انرژی ذخیره شده در پلیمر عمل می کنند.

• مکانیسم جمع شوندگی حرارتی

هنگامی که فیلم PET در معرض دما بالا تر از دمای انتقال شیشه ای خود قرار می گیرد (حدود 70-80 درجه سانتی گراد برای PET)، زنجیره های پلیمری تحرک بیشتری پیدا می کنند. انرژی حرارتی به زنجیره ها اجازه می دهد از حالت تراز شده و پر تنش خود خارج شده و به سمت حالت تصادفی تر و کم تنش تر (با آنتروپی بالاتر) حرکت کنند. این حرکت باعث کوتاه تر شدن ابعاد فیلم در جهاتی می شود که در طول تولید کشیده شده اند.

عوامل مؤثر بر درصد جمع شوندگی فیلم PET

درصد جمع شوندگی یک فیلم PET تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد که در طول فرآیند تولید و همچنین در انتخاب نوع فیلم برای کاربرد نهایی باید در نظر گرفته شوند:

• شرایط فرآیند تولید
• میزان کشش: نسبت کششی که فیلم در طول فرآیند تولید (به ویژه کشش biaxial) تجربه می کند، تأثیر مستقیمی بر میزان تنش های داخلی و در نتیجه، بر درصد جمع شوندگی دارد. کشش بیشتر منجر به تنش داخلی بالاتر و پتانسیل جمع شوندگی بیشتر می شود.
• دمای کشش: دمایی که فرآیند کشش در آن انجام می شود، بر میزان تراز شدن زنجیره ها و بلورینگی تأثیر می گذارد. این دما بر تنش های باقیمانده و درصد جمع شوندگی فیلم PET نهایی مؤثر است.
• سرعت سرد شدن: سرعت سرد کردن فیلم پس از فرآیند کشش می تواند بر ساختار بلورین و میزان تنش های باقیمانده تأثیر بگذارد.
• بلورینگی (Crystallinity)

میزان بلورینگی در فیلم PET نیز بر جمع شوندگی آن اثرگذار است. نواحی بلورین نسبت به نواحی آمورف، کمتر دچار جمع شدگی حرارتی می شوند. بنابراین فیلم های با بلورینگی بالاتر، معمولاً پتانسیل جمع شوندگی کمتری دارند، مگر اینکه تنش های داخلی در نواحی آمورف بسیار بالا باشند.

• نوع و جهت کشش
• کشش یک محوره: فیلم هایی که فقط در یک جهت کشیده شده اند، تمایل به جمع شدگی بیشتری در همان جهت دارند.
• کشش دو-محوره: فیلم های PET معمولاً به صورت biaxial تولید می شوند. در این حالت، جمع شوندگی در هر دو جهت (طولی و عرضی) رخ می دهد. میزان و الگوی جمع شوندگی در دو جهت ممکن است متفاوت باشد و به نسبت کشش در هر محور بستگی دارد. فیلم های با کشش biaxial متعادل معمولاً جمع شوندگی متعادل تری در دو جهت از خود نشان می دهند.
• افزودنی ها (Additives)

برخی افزودنی ها مانند پایدارکننده های حرارتی یا پرکننده ها (Fillers) ممکن است بر رفتار جمع شوندگی فیلم PET تأثیر بگذارند.

اندازه گیری درصد جمع شوندگی

درصد جمع شوندگی فیلم PET معمولاً با استفاده از روش های استاندارد اندازه گیری می شود. رایج ترین روش شامل برش نمونه های مشخص از فیلم (مثلاً 10x10 سانتی متر) و قرار دادن آن ها در معرض دمای مشخص (که معمولاً بالاتر از دمای انتقال شیشه ای است، مانند 150 تا 200 درجه سانتی گراد) برای مدت زمان معین (مثلاً 10 تا 30 ثانیه) در یک دستگاه گرم کننده است.

کاربردهای مبتنی بر خواص جمع شوندگی فیلم PET 

خواص جمع شوندگی فیلم PET، آن را برای کاربردهای خاصی بسیار مناسب می سازد:

• بسته بندی حرارتی (Heat Shrink Packaging): فیلم های PET که به گونه ای فرآوری شده اند تا جمع شوندگی بالایی داشته باشند، در تولید شرینک لیبل (Shrink Labels) برای بطری ها و ظروف، و همچنین برای بسته بندی چندتایی محصولات (مانند قوطی های نوشیدنی) استفاده می شوند. این فیلم ها پس از قرار گرفتن روی محصول و اعمال حرارت، به دور آن جمع می شوند و یک بسته بندی محکم و ایمن ایجاد می کنند.
• فیلم های کششی (Stretch Films): در برخی کاربرد های خاص، میزان کنترل شده ای از جمع شوندگی می تواند به بهبود خواص فیلم های کششی برای بسته بندی پالت ها کمک کند.
• کاربردهای فنی: در برخی قطعات فنی یا لایه های لمینت، جمع شوندگی کنترل شده می تواند برای ایجاد تنش لازم یا تنظیم ابعاد نهایی مورد استفاده قرار گیرد.

جمع بندی

درصد جمع شوندگی فیلم PET یک پارامتر مهم است که به طور مستقیم تحت تأثیر ساختار مولکولی، تنش های داخلی ناشی از فرآیند تولید (به ویژه کشش biaxial)، میزان بلورینگی و دمای فرآیند قرار دارد. این پدیده که ناشی از تمایل پلیمر به بازگشت به حالت کم تنش تر و آنتروپی بیشتر در اثر حرارت است، می تواند برای کاربرد هایی مانند بسته بندی حرارتی و لیبل های شرینک به صورت هدفمند افزایش یابد یا برای حفظ پایداری ابعادی در سایر کاربرد ها، به حداقل برسد. اندازه گیری دقیق درصد جمع شوندگی در هر دو جهت طولی و عرضی، به همراه درک عوامل مؤثر بر آن، برای انتخاب صحیح فیلم PET و اطمینان از عملکرد مطلوب آن در محصول نهایی، امری ضروری است.