آرشیو مقالات

آرشیو مقالات

فرایندکاری مهم ترین شغل است (بخش پنجم)

فرایندکاری مهم ترین شغل است (بخش پنجم)

شنبه, 03 شهریور,1397

رتبه بندی این مطلب:
5/0

بسپار/ ایران پلیمر با استفاده از دمای قالب بیش ازTg  بسپار درجه بلورینگی کافی برای داشتن پایداری ابعادی تضمین می­شود، حتی اگر قطعه در دماهای بیشتر استفاده شود. اما POM یک استثنا است. چرا؟

سه بسپار نیمه بلوری که معمولا استفاده می­شوند، پلی ­اتیلن، پلی ­پروپیلن و استال (که امروزه عموما به عنوان پلی­ اکسی­متیلن (POM) اشاره می­شود) دارای دمای گذار شیشه­ای کمتر از دمای اتاق هستند. این بدان معنی است که آن­ها حتی هنگامی­که تا دمای اتاق سرد می­شوند، هم­چنان به تبلور ادامه می­دهند. فرایندکارانی که مجبورند قطعاتی از این مواد قالب­گیری کنند این ادامه بلورینگی برای مدت طولانی را تجربه کرده­اند، زیرا قطعه قالب­گیری شده هم­چنان به جمع­شدگی (shrink) ادامه می­دهد.

اغلب قطعات قالب­گیری شده تا دمای اتاق سرد می­شوند و در مدت 30 الی 90 دقیقه، بسته به نوع بسپار، ضخامت دیواره قطعه و ابعاد اندازه­گیری شده، از نظر ابعادی پایدار می­شوند. اما این سه ماده می­توانند تغییرات ابعادی را تا 24 الی 48 ساعت ادامه دهند. ادامه جمع­شدگی نشانه­ای فیزیکی از ادامه بلورینگی است.

خوش­بختانه اکثر قطعات در این زمان طولانی به ابعاد پایدار می­رسند. با این حال، اگر خواص مکانیکی بسپار اندازه ­گیری شود، تغییر مداوم در استحکام، مدول و مقاومت ضربه مشاهده می­شود که می­تواند هفته­ها ادامه یابد.

این مسئله به­ ویژه برای زمانی­که به ابعاد دقیق و خواص پایدار در قطعات کاربردی مانند چرخ­دنده­ها نیاز است، اهمیت پیدا می­کند. چنان­چه قطعه در دمای زیاد کار کند، مشکل بزرگ­تر می­شود، زیرا این امر باعث جمع­شدگی بیشتر پس از قالب­گیری خواهد شد.

در شماره قبلی در مورد این اصل صحبت شد که استفاده از دمای قالب بیش از دمای گذار شیشه ­ای (Tg) بسپار، درجه بلورینگی کافی برای داشتن پایداری ابعادی را تضمین می­کند، حتی اگر قطعه در دماهای زیاد استفاده شود. اما به نظر می­رسد که این قانون در مورد POM درست نباشد. دمای Tg بسپار POM نزدیک به 80- درجه سانتی­گراد است. بنابراین، جریان آب سرد در قالب باید برای تضمین بلورینگی کافی مناسب باشد. اما تامین­کنندگان این مواد توصیه می­کنند که از دماهای قالب به نسبت زیاد برای هم­بسپارها (85-80 درجه سانتی­گراد) و همگن ­بسپارها (homopolymers) (95-90 درجه سانتی­گراد) استفاده شود. در دستورالعمل طراحی و فراورش ارایه شده توسط تامین­کنندگان بسپار این موضوع برای تعیین رابطه پیچیده بین دمای قالب، ضخامت دیواره قطعه و تغییرات ابعادی پس از قالب­گیری در دماهای کاربردی مختلف همراه با جزئیات بررسی شده است.

شکل 1 چنین بررسی را برای همگن­بسپار POM شرکت DuPont که در سال 1960 اختراع شد، نشان می­دهد. این سه نمودار، نسبت بین دمای کاربرد و جمع­شدگی پس از قالب­گیری را نشان می­دهند که ممکن است به­صورت تابعی از دمای قالب مورد استفاده هنگام تولید قطعات باشد. این نسبت برای سه ضخامت دیواره مختلف، 0/8، 1/6و 3/2 میلی­متر، نشان داده شده است.

ضخیم­ترین دیواره، بیش­ترین میزان پایداری ابعادی را ایجاد می­کند. در این ضخامت، اگر قطعه در دمای 38 درجه سانتی­گراد قالب­گیری شود و قطعات هرگز در معرض دمای بیش از دمای اتاق قرار نگیرند، تغییر ابعادی 0/001 اینچ خواهد بود. با افزایش دمای قالب، تغییرات پس از قالب­گیری کاهش می­یابد و زمانی­که دمای قالب به 121 درجه سانتی­گراد می­رسد، تغییرات نیز به صفر می­رسد. با این حال، اگر قطعه در معرض دماهای بیشتر باشد، تغییر ابعاد به دلیل جمع­شدگی پس از قالب­گیری به طور قابل توجهی افزایش می­یابد. برای قطعه­ای که در دمای 38 درجه سانتی­گراد قالب­گیری شده است، قرار گرفتن تحت محیط کاربردی 100 درجه سانتی­گراد منجر به تغییر ابعادی 0/007 اینچ می­شود. حتی در دمای قالب 121 درجه سانتی­گراد تغییر 0/002 اینچ خواهد شد. اما بدیهی است که دمای قالب بیشتر، تغییرات ابعادی را که ممکن است به دلیل بلورینگی حالت جامد رخ دهد، به حداقل می­رساند.

چنان­چه ضخامت دیواره کمتر شود، این اثرات بیشتر می­شوند. زمانی­که ضخامت دیواره به کمترین مقدار یعنی 0/8 میلی­متر برسد، تغییر ابعادی برای قطعه­ی قالب­گیری شده در دمای 38 درجه سانتی­گراد که بعدا در معرض 100 درجه سانتی­گراد قرار می­گیرد، دو برابر یعنی 0/014 اینچ می­شود، در حالی­که قطعه با ضخامت 3/2 میلی­متر با استفاده از دمای قالب 121 درجه سانتی­گراد این تغییر را تا 0/004 اینچ کاهش می­دهد. این به دلیل آهنگ سرمایش سریع دیواره نازک است. پلاستیک ­ها، رسانای گرمای ضعیفی هستند. در دیواره ضخیم­تر، بخش­های مغزی از سطح قالب­گیری دورتر هستند و به دلیل لایه سرد شکل گرفته عایق­بندی شده­اند. در نتیجه آهنگ سرمایش کاهش می­یابد و درجه بلورینگی که می­تواند رخ دهد افزایش می­یابد.

 

شکل 1: پایداری ابعادی طولانی مدت همگن­بسپار POM (1000 ساعت در دمای اتاق)

 

از این اطلاعات کاملا واضح است که برای ایجاد ساختار بلوری پایدار در این ماده، دمای قالب بیش از دمای گذار شیشه­ای موردنیاز است. اما بسیار کم در مورد این واقعیت بیان شده است که رفتار POM از این قاعده پیروی نمی­کند و هیچ بحثی در مورد علت این رفتار آورده نشده است، این­که راهنمای قابل اعتماد برای دستیابی به درجه بلورینگی بهینه در بسپارهای نیمه ­بلوری چیست. با این حال، اگر رفتار وابستگی دما برای POM دقیقا بررسی شود، ممکن است دلیلی برای این رفتار غیرعادی پیدا شود.

شکل 2 نمودارهای مدول کشسان برحسب دما را برای سه نمونه­ی مختلف POM نشان می­دهد. روبش از 125- درجه سانتی­گراد شروع می­شوند تا این­که گذار شیشه­ای مشاهده شود. کاهش شدید مدول که در حدود 70- درجه سانتی­گراد اتفاق می­افتد، به علت گذار شیشه­ای بسپار است. هم­چنین بررسی دقیق این منحنی­ها نشان می­دهد که یک گذار بسیار کوچک­تر در حدود 80 درجه سانتی­گراد در این نمونه­ها رخ می­دهد.

شکل 2: مدول کشسان هم­بسپار POM

 

شکل 3 تصویر گسترده­ای از این گذار را نشان می­دهد. خواص شناخته شده­ای مانند مدول اتلاف، که اوج (peak) مربوط به گذارهای مهم را نشان می­دهد، مقدار حداکثری در کمتر از دمای 95 درجه سانتی­گراد را نشان می­دهد. اوج tanδ در دمای 123 درجه سانتی­گراد رخ می­دهد. این محدوده توصیه شده، دمای قالب برای تولید قطعات POM با ابعاد پایدار را بیان می­کند.

 

اهمیت توجه به توصیه­های تامین­کنندگان مواد در مورد این موضوع به آسانی قابل درک نیست، اما می­توان به راحتی با اندازه­گیری ابعاد یک قطعه قالب­گیری شده و قرار دادن قطعات در دمای زیاد که ممکن است مربوط به محیط کاربرد باشد و سپس اندازه­گیری مجدد ابعاد بعد از این­که قطعات از گرم­خانه خارج شدند و تا دمای اتاق سرد شدند، نشان داده شود. انتظار می­رود ساختار پایدارتر بسپار، تغییرات ابعادی کوچک­تری در قطعه قالب­گیری شده ایجاد کند. تغییرات ابعادی بزرگ نشان می­دهد که فرایند قالب­گیری در رسیدن به ساختار مطلوب موفق نبوده است.

 

 

(ادامه دارد ...)

 

متن کامل این مقاله را در شماره 191ام ماهنامه بسپار که در نیمه تیرماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد

لینک های بیشتر

نوشتن یک نظر

افزودن نظر

x
دی ان ان