مقالات

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

بسپار/ ایران پلیمر، در شماره قبلی، درباره قوانین کلی استفاده شده برای محاسبه زمان چرخه برای قطعات قالبگیری تزریقی بحث شد. در این محاسبه، زمان چرخه بر اساس دمایی تعیین میشود که امکان خروج قطعه بدون تغییر شکل در هنگام تخلیه یا وارفتگی قطعه هنگامیکه قطعه تا دمای اتاق سرد میشود، فراهم شود. 
در بسیاری از دستگاه ها، دمای وارفتگی تحت بار (DTUL) یا درصدی از آن به عنوان مرجع انتخاب میشود. بررسی مقالات در این حوزه نشان داده است که در قالبگیری بسپارهای اَریخت (آمورف)، دمای نرمی Vicat را که مقداری بیشتر از دمای DTUL است، مرجع قرار میدهند.
برای زمان چرخه، ضخامت دیواره قطعه باید درنظر گرفته شود، زیرا روی عواملی مانند آهنگ انتقال گرما از مرکز قطعه به سطح بیرونی و از سطح بیرونی به دیواره قالب تاثیر خواهد گذاشت. درنتیجه، بر دمای واقعی بسپار که به عنوان دمای تخلیه (TE) درنظر گرفته میشود، تاثیر میگذارد. تمرکز این مقاله روی درک چگونگی افزایش مدول هنگام سرد شدن بسپار درون قالب است. 
همانطور که در شماره قبلی نشان داده شد، بسپارهای اریخت و بسپارهای نیمه بلوری رفتار متفاوتی نسبت به دما نشان می دهند. اتفاق مهم در تاریخچه گرمایی بسپار اریخت، گذار شیشه ای است. چنان چه دمای بسپار اریخت از دمای اتاق افزایش یابد، انرژی کافی برای ایجاد حرکت مستقل در امتداد طول هر زنجیره بسپار فراهم میشود. هنگامی که گذار اتفاق میافتد، مدول کشسان به سرعت کاهش مییابد. این گذار برای PC بین دمای تقریبا ۱۴۰ و ۱۶۰ درجه سانتیگراد رخ میدهد (شکل ۱). در این محدوده دمایی نسبتا باریک، مدول ماده حدود ۹۹ درصد کاهش می یابد.
[EasyDNNGallery|24211|Width|900|Height|900|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل ۱: 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.

دماهای معینی که در مورد آن­ها صحبت شد (دمای نرمی Vicat و HDT یا DTUL) در دو تنش ۶۶ و psi ۲۶۴ در منحنی مدول برای 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 ۷۵ تا ۸۰ 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 ۸۰ درصد از دمای HDT باشد. اگر دمای ۱۳۵ درجه سانتی­گراد به عنوان دمای HDT درنظر گرفته شود (نقطه میانی بین دو مقداری که در نمودار نشان داده شده است)، ۸۰ درصد این مقدار، ۱۰۸ درجه سانتی­گراد می­شود. در دمای بین ۱۳۵ و ۱۰۸ درجه سانتی­گراد مدول کمی تغییر کرده است.

اگر بخواهیم مقدار ۸۰ درصد به درستی محاسبه شود، ابتدا باید درجه سانتی­گراد به کلوین تبدیل شود، یعنی دمای ۱۳۵ درجه سانتی­گراد، ۴۰۸ کلوین می­شود که ۸۰ درصد از این مقدار، 326/4 کلوین یا کمی بیش از ۵۳ 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 ۹۵-۷۰ 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 ۵/۰ اینچی در دماهای قالب ۱۰۵ درجه سانتی­گراد تزریق شدند. زمانی­که قطعات در قالب با دمای ۱۵ 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 ۳۲۱ درجه سانتی­گراد تزریق می­کند، دمای مذاب کمتر از ۲۶۰ 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 ۲، 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

F.khodkar@gmail.com

(ادامه دارد…) 


متن کامل این مقاله را در شماره ۱۸۵ام ماهنامه بسپار که در بهمن ماه منتشر می شود بخوانید. 
 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا