زمان چرخه: علم در مقابل قوانین سرانگشتی (بخش دوم)

شکل 1: تغییرات مدول برحسب دما برای بسپارهای اریخت و نیمه بلوری

هنگامی­که بسپار در قالب سرد می­شود، فرایند معکوس رخ می­دهد. مواد مذاب وارد شده به قالب در حالی­که سرد می­شوند، به سرعت شروع به افزایش مدول می­کنند. لایه ­های ماده که در تماس مستقیم با قالب قرار دارند، با آهنگ بیشتری تحت تاثیر این تغییر هستند. لایه­ های داخلی به علت فاصله از حفره و سطوح بدنه به آرامی سرد می­شوند. زیرا بسپارها رسانای نسبتا ضعیف گرما هستند. دمای سطح قالب بر آهنگ انتقال گرما تاثیر می­گذارد و این مسئله روی سطح قطعه بیشترین تاثیر را دارد. این بدان معنی است که دمای قالب باید کمتر از دمای گذار شیشه­ای بسپار اریخت باشد.

دماهاي معيني که در مورد آن­ها صحبت شد (دمای نرمی Vicat و HDT يا DTUL) در دو تنش 66 و psi 264 در منحني مدول براي PC نشان داده شده است. بدیهی است که در دمای نرمی Vicat احتمال کمی وجود دارد که ماده به مدولی برسد که بشود از قالب تخلیه شود. اما زمانی­که مقادیر HDT بررسی شدند، مدول ماده تقریبا 75 تا 80 درصد از مدول در دمای اتاق بود.

با فرض اینکه لایه­های درونی قطعه به این دما رسیده باشند، قطعه تقریبا تمام خواصی را که در هنگامی­که کاملا سرد شده دارد، خواهد داشت. اینجاست که باید از قاعده­ای که قبلا ذکر شد، تعجب کنید که ماده باید در 80 درصد از دمای HDT باشد. اگر دمای 135 درجه سانتی­گراد به عنوان دمای HDT درنظر گرفته شود (نقطه میانی بین دو مقداری که در نمودار نشان داده شده است)، 80 درصد این مقدار، 108 درجه سانتی­گراد می­شود. در دمای بین 135 و 108 درجه سانتی­گراد مدول کمی تغییر کرده است.

اگر بخواهیم مقدار 80 درصد به درستی محاسبه شود، ابتدا باید درجه سانتی­گراد به کلوین تبدیل شود، یعنی دمای 135 درجه سانتی­گراد، 408 کلوین می­شود که 80 درصد از این مقدار، 326/4 کلوین یا کمی بیش از 53 درجه سانتی­گراد می­شود. این مثال، تفاوت در مقیاس را نشان می­دهد. با این حال، این مسئله برای PC از لحاظ مدول کمی متفاوت است. این بخشی از مشکلی است که در صنعت داریم هنگامی­که این قوانین نادرست را استفاده می­کنیم. ما به محور اشتباه نگاه می­کنیم. باید به محور عمودی که مدول قرار دارد، توجه کنیم، نه دما. اثر دما بر خواص مکانیکی خطی نیست.

این عدم درک کلی رابطه بین مدول و دما منجر به برخی روش­های غلط هنگام تدوین شرایط فرایند می­شود. محدوده دمای قالب برای پلی­کربنات 95-70 درجه سانتی­گراد است. اما از مشاهده منحنی بدیهی است که دماهای بیشتر قالب امکان­پذیر است و می­تواند بدون تغییر قابل توجهی در زمان چرخه استفاده شود، البته باید ضخامت دیواره قطعه درنظر گرفته شود. قطعات PC با ضخامت اسمی دیواره­ی 5/0 اینچی در دماهای قالب 105 درجه سانتی­گراد تزریق شدند. زمانی­که قطعات در قالب با دمای 15 درجه سانتی­گراد تزریق شدند نیز قطعات با همان زمان چرخه تولید شدند. قطعات قالب­گیری شده در دمای بیشتر قالب به نظر بهتر می­رسند، از نظر ابعادی پایدارترند و تنش درونی کمتری دارند. تنش درونی کمتر باعث می­شود قطعات در برابر ضربه مقاوم­تر باشند و نسبت به بزرگ­ترین عامل وادادگی قطعات PC، یعنی ترک خوردگی ناشی از تنش محیطی، حساسیت کمتری نشان دهند.

مورد دیگری که اغلب نادیده گرفته می­شود، مقدار انرژی است که در سیلندر به مواد منتقل می­شود. برای مثال برای فردی که با قالب سرد و با دمای مذاب 321 درجه سانتی­گراد تزریق می­کند، دمای مذاب کمتر از 260 درجه سانتی­گراد، پیشنهاد می­شود تا از مزیت لایه سرد شده که در دمای قالب بیشتر آهسته ­تر ایجاد می­شود و اجازه می­دهد قالب با مذاب سردتر پر شود، استفاده کند. دو سال پس از تاریخ قالب­گیری، قطعات تولید شده در قالب سرد با مذاب داغ خود به خود شروع به ترک­ خوردگی­های ناشی از تنش کردند، در حالی­که قطعات تولید شده در شرایط مخالف عملکرد خوبی نشان دادند.

عامل دیگر که در بحث زمان چرخه در نظر گرفته نشده است، اثر فشار بر رابطه بین حجم و دما است. شکل 2، نمودار PVT (فشار- حجم- دما) را برای بسپار اریخت نشان می­دهد. تغییر ناگهانی در شیب نمودارهای حجم ویژه، گذار شیشه­ای را نشان می­دهد. توجه داشته باشید چنان­چه فشار اعمال شده بر بسپار افزایش یابد، دمای گذار شیشه ­ای نیز افزایش می­یابد. بنابراین، فشارهای اعمال شده در مرحله بستن و نگهداری در فرایند تزریق، می­تواند عملا بر دمایی که در آن این گذار بسیار مهم رخ می­دهد، تاثیر گذارد. فشارهای بیشتر منجر به دمای گذار شیشه ­ای بیشتر و درنتیجه رسیدن زود هنگام به مدول قابل تزریق می­شود.

[EasyDNNnewsLink|445]

برگردان: دکتر فاطمه خودکار

[email protected]