بولي كلوريد الفينيل (PVC)

بولي كلوريد الفينيل (PVC)

أبرز النقاط

• الكلور هو ما يميّز PVC. فنسبة الكلور البالغة 57 wt% تمنحه مقاومة اللهب (LOI نحو 45) وسطحاً قطبياً قرب 39 dyne/cm وقابلية للحام بالترددات الراديوية، كما تنتج غاز HCl كلما تحلل بالليزر.
• يختلف PVC الصلب والمرن في المعالجة. فالملدِّن بنسبة 20–50 phr يخفض Tg إلى ما دون درجة حرارة الغرفة ويتزهّر على السطح فيذيب الأحبار والمواد اللاصقة.
• يُوسم بالليزر بسهولة بالتفحّم، لكن كل وسم وقطع يطلق HCl، لذا ينبغي أن يكون التعامل مع الأبخرة جزءاً من المواصفة.
• التعقيم يغيّر الركيزة. فأشعة غاما تصفّر PVC؛ تحققوا من تباين الوسم وقوة الوصلة بعد دورة التعقيم.

بولي كلوريد الفينيل (PVC)

بولي كلوريد الفينيل (PVC) لدن حراري غير متبلور يُنتج بالبلمرة من مونومر كلوريد الفينيل، ويحتوي على نحو 57 wt% كلور، ويُركَّب صلباً (uPVC) للأنابيب والمقاطع والبطاقات واللافتات، أو مرناً بإضافة 20–50 phr من الملدِّن للأنابيب الطبية والأكياس وأغلفة الكابلات. يمنح الكلور مقاومة اللهب والقطبية السطحية والفقد العازل، ويسبب الخطر الرئيسي في المعالجة: إذ يفقد البوليمر كلوريد الهيدروجين ابتداءً من نحو 140°C فيطلق غاز كلوريد الهيدروجين.

لا يُعالَج PVC نقياً أبداً: فكل مركّب يحمل مثبّتاً حرارياً (كالسيوم-زنك، أو قصدير عضوي للدرجات الشفافة، أو رصاص في الأنابيب القديمة) ومزلِّقات وصبغات، وتضيف الدرجات المرنة الملدِّن. أما CPVC، المكلور لاحقاً إلى 63–69 wt%، فيرفع Tg ودرجة حرارة الخدمة بنحو 30°C.

الدرجات والخصائص

وبالمقارنة، يبلغ البولي إيثيلين والبولي بروبيلين نحو 29–31 dyne/cm ولا يطلقان تحت الليزر سوى الهيدروكربونات: فـ PVC أسهل في التبليل والوسم وأصعب في التهوية.

الملدِّنات والمثبّتات والهجرة

تبقى الفثالات (DEHP وDINP وDIDP) الملدِّنات الأكثر استخداماً للكابلات والسلع العامة؛ وقد حلّت غير الفثالات (DINCH وDEHT وTOTM والسترات) محل DEHP في المركّبات الطبية ومركّبات الألعاب، حيث تشترط لائحة EU MDR 2017/745 وضع علامات على الملدِّنات المصنفة CMR فوق 0.1 wt%. وتنخفض الهجرة بازدياد الوزن الجزيئي: فـ TOTM بوزن 547 g/mol يهاجر أقل بكثير من DEHP بوزن 391 g/mol.

تتحكم الهجرة في كل ما يلي: إذ يصل الملدِّن إلى السطح كغشاء سائل، ويخفض طاقة السطح بمقدار 4–8 dyne/cm، ويذوب في أي حبر أو مادة لاصقة فوقه. وتُوسم درجات الكالسيوم-زنك والقصدير العضوي بنظافة؛ ويحدد تحميل ثاني أكسيد التيتانيوم ما إذا كان الوسم رغوياً فاتحاً أم داكناً.

الوسم والقطع بالليزر على PVC

يُوسم PVC عن طريق التفحّم: تنزع حرارة الليزر HCl من السلسلة تاركةً بولي إين مترافقاً يظهر داكناً. يوسم ليزر الألياف عند 1064 nm الدرجات الملوّنة والمحشوة بتردد 20–80 kHz وسرعة 300–1,500 mm/s؛ ويوسم UV عند 355 nm الدرجات الشفافة والبيضاء والمرنة الرقيقة بأصغر منطقة متأثرة بالحرارة؛ ويحفر CO2 عند 10.6 µm ويعطي وسماً خافتاً. وتجدون المعاملات في دليل إنتاج الوسم بالليزر على PVC.

المنتج الثانوي هو المشكلة. فنزع كلوريد الهيدروجين بالكامل يعطي 0.58 g من HCl لكل غرام من PVC؛ ومع رطوبة الجو يتحول إلى حمض الهيدروكلوريك الذي يهاجم طلاءات مرايا الجلفانومتر وعدسات f-theta والخلية. ويزيل الوسم ميكروغرامات لكل قطعة، يمكن إدارتها بالشفط عند المصدر عبر مرشح أولي ومرحلة كربون مشبع بالقلوي؛ أما القطع فيزيل غرامات، ويحمّل المرشحات خلال ساعات، ويكوّن مركبات عضوية مكلورة في الدخان الأبرد. هذا الميزان الكتلي مع استثناءات الضمان هو سبب رفض معظم الورش قطع PVC بالليزر (انظروا القطع بالليزر مقابل النقش). وحدود التعرض 2 ppm (ACGIH) و5 ppm (OSHA).

الطباعة واللصق والطلاء واللحام

يسهل تزيين PVC الصلب. فأحبار المذيبات للطباعة الحريرية والطباعة بالبطانة والطباعة النفاثة تعض السطح؛ وإسمنتات المذيبات (THF ومزائج سيكلوهكسانون وMEK وفق ASTM D2564) تلحم الأنابيب بدلاً من أن تلصقها؛ والسيانو أكريلات والبولي يوريثان والأكريليك تلصقه دون معالجة. وتحتاج الطلاءات إلى طبقة أساس أكريليكية أو بولي يوريثانية متوافقة مع الفينيل؛ أما طبقات الأساس المذيبية فتنفخ القطع المرنة الرقيقة.

أما PVC المرن فيهزم كل ذلك بالتزهّر. فمسحة إيزوبروبانول تزيل الغشاء، وتبلغ الكورونا أو البلازما بالطاقة ما يتجاوز 44 dyne/cm، لكن الهجرة تستأنف فوراً ويكتمل الاسترداد الكاره للماء خلال ساعات، لذا اطبعوا أو الصقوا خلال 1–2 ساعة. حدّدوا أحباراً ومواد لاصقة مقاومة للملدِّنات (لواصق حساسة للضغط أكريليكية مصنفة للفينيل، أو بولي يوريثان) أو معزز التصاق حاجز. ويُعد مزيل القالب السيليكوني الملوّث الإضافي المعتاد.

يتبع اللحام الدرجة. الصلب: بالمذيبات، وبالغاز الساخن (300–350°C، وقوة 60–80% من قوة المادة الأصلية)، وباللحام فوق الصوتي في المجال القريب. المرن: اللحام بالترددات الراديوية عند 27.12 MHz، المدفوع بثنائي القطب C–Cl، هو القياسي للأكياس ومجموعات نقل الدم. ويعمل اللحام بالليزر عبر النفاذ على PVC الصلب الشفاف فوق جزء ماص عند 940–1064 nm، لكن الانصهار عند 160–190°C قريب من نزع كلوريد الهيدروجين المنفلت.

الدرجات الطبية والتعقيم واستكشاف الأعطال

تُؤهَّل المركّبات الطبية وفق USP Class VI وISO 10993-5 و-10، مع المستخلصات وفق ISO 10993-18. وأكسيد الإيثيلين هو المعقّم الافتراضي؛ ويجب أن تستوفي التهوية الحدود المتبقية في ISO 10993-7. تصفّر أشعة غاما بجرعة 25–40 kGy مادة PVC بتكوين البولي إين نفسه الذي يسببه الليزر؛ وتخفف الدرجات المثبتة ضد الإشعاع (كالسيوم-زنك مع زيت فول الصويا المؤكسد) ذلك. أما البخار عند 121°C فيتجاوز HDT للمادة الصلبة. وتصمد الوسوم المتفحمة أمام كل دورة، لكن الخلفية تصفرّ فينخفض التباين.

تحديد عمليات PVC الثانوية والتحقق منها

ثلاثة متطلبات تلزم كل مواصفة PVC، لكل منها فحص:

• التعامل مع الأبخرة. شفط عند المصدر مع مرحلة تعادل الحموضة ومجارٍ غير مجلفنة؛ وتحققوا من HCl عند موضع المشغل دون 2 ppm بأنبوب كشف أو مستشعر كهروكيميائي.
• تزهّر الملدِّن. قيسوا مستوى dyne أو زاوية التلامس عند الاستلام وبعد مسح الإيزوبروبانول وبعد 24 ساعة عند 50°C؛ ويدل فارق يزيد على 4 dyne/cm على مركّب متزهّر. وأضيفوا اختبار شريط ASTM D3359 بعد 7 أيام عند 50°C.
• متانة الوسم والوصلة بعد التعقيم. قيّموا رموز DataMatrix وفق ISO/IEC 29158 أو ISO 15415 قبل الدورة المعتمدة وبعدها وبعد التقادم وفق ASTM F1980؛ وأخضعوا قيم القص الطولي أو التقشير للتهيئة نفسها.

مصطلحات ومراجع ذات صلة

• البلاستيك القابل للوسم بالليزر
• الاسترداد الكاره للماء
• وسم البلاستيك بالليزر
• طرق المعالجة الأولية للسطح
• مخطط وسم البلاستيك بالليزر

تطبيق ذلك في الإنتاج

تقدّم The Sabreen Group دعماً هندسياً مستقلاً في الوسم بالليزر على PVC مع معالجة الأبخرة وفق المتطلبات، وفي الطباعة واللصق على الدرجات الملدَّنة، وفي تأهيل وسوم ووصلات PVC الطبي عبر التعقيم. وإذا كنتم تحددون عملية أو تؤهلون مادة أو تعالجون مشكلة في الإنتاج، فيمكن لفريق الخدمات الهندسية لدينا مساعدتكم. اتصلوا بنا لمناقشة تطبيقكم.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن وسم PVC بالليزر بأمان؟

نعم، مع شفط مصمم لذلك. فالوسم يزيل ميكروغرامات لكل قطعة، لذا فحمل HCl صغير لكنه مستمر وآكل. التقطوا الأبخرة عند نقطة الوسم، ورشّحوها عبر مرشح أولي للجسيمات ومرحلة كربون مشبع بالقلوي، وأبقوا موضع المشغل دون الحد الأقصى البالغ 2 ppm.

لماذا ترفض ورش الليزر قطع PVC؟

لأن القطع يزيل غرامات لكل قطعة لا ميكروغرامات، وكل غرام من PVC قد يطلق 0.58 g من HCl. يؤدي هذا الحجم إلى تآكل الجهاز واستنفاد المرشحات خلال ساعات وتكوين مركبات عضوية مكلورة في الدخان الأبرد. ويستثنيه مصنّعو الليزر من الضمان.

لماذا يتقشر الحبر عن PVC المرن بعد أسابيع من اجتياز اختبار الشريط؟

بسبب هجرة الملدِّن. فغشاء السطح يُمسح أو يُعالج عند الطباعة، لذا ينجح الاختبار الأول، لكن DEHP أو DINP يواصل الانتشار من الكتلة ويلين الحبر. استخدموا حبراً مقاوماً للملدِّن، وحدّدوا TOTM أو DINCH، وأعيدوا اختبار قطع متقادمة 7 أيام عند 50°C قبل الإفراج.

أي ليزر هو الأفضل لـ PVC: الألياف أم UV أم CO2؟

ليزر الألياف عند 1064 nm للدرجات الصلبة الملوّنة والمحشوة، ويعطي وسماً متفحماً داكناً بسرعة. وUV عند 355 nm للدرجات الشفافة والبيضاء والمرنة الرقيقة، حيث تزيل المنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة الهالة الصفراء. وCO2 لأفلام الفينيل واللافتات حيث يكون الوسم الخافت مقبولاً.

هل يؤثر التعقيم بأشعة غاما على الوسم بالليزر على PVC؟

يصمد الوسم؛ أما الخلفية فتتغير. فأشعة غاما بجرعة 25–40 kGy تكوّن البولي إين نفسه الذي يكوّنه التفحّم، فيصفرّ PVC غير الموسوم وينخفض التباين. حدّدوا درجة مثبتة ضد الإشعاع، وأثبتوا أقل جرعة فعالة، وقيّموا رموز DataMatrix وفق ISO/IEC 29158 بعد التعقيم لا على القطع الجديدة.

---