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

بسپار/ ایران پلیمر- پلیمر باید به چه دمایی برسد تا قطعه بتواند از قالب خارج شود؟ متاسفانه در اینجا، بیش از هر متغیر دیگری، قوانین سرانگشتی غالب است.

هر کسی که در صنعت پلاستیک مشغول به­ کار است می­داند که علم به ندرت در فرایندکاری به­ کار گرفته می­شود. برای بسیاری از قطعات پلاستیکی، تقریبا نیمی از هزینه ­ها به مواد اولیه و نیمی دیگر به زمان مورد نیاز دستگاه برای ساخت قطعه مربوط است. تعیین جرم قطعه با فناوری فعلی بر اساس حجم و چگالی حالت جامد ماده­ نسبتا آسان است. تعداد حفره­ هایی که ایجاد خواهد شد می­ تواند مشخص شود، بنابراین هر کس درگیر فراورش است با عوامل کلی مشابهی سر و کار دارد.

درنتیجه، متغیر اصلی، برآورد زمان چرخه است. اگر فرایند شامل محصول جدید باشد، از رسم مدل دو بعدی یا سه بعدی شروع می­شود. اما اگر قطعه­ی واقعی در دسترس است، شما می­توانید این قطعه­ را برای پنج نفر مختلف در صنعت تولید کنید و هر بار زمان چرخه متفاوتی تخمین بزنید.

اگر بپرسید که آن­ها چگونه به این زمان چرخه رسیده ­اند، درمی­ یابید که بسیاری از پاسخ­ها بر اساس قوانین سرانگشتی داده شده است. احتمالا عواملی مانند ضخامت دیواره، طول جریان و رواداری­های خاص اشاره می­شوند. اما تعیین رابطه کمی بین این عوامل و زمان چرخه دشوار است.

بسیاری در مورد چگونگی محاسبه زمان چرخه اندیشیده ­اند و برخی مدل­ها ارایه شده است. این مدل­ها شامل کمیت­ هایی نظیر ضخامت دیواره، نفوذ گرمایی ماده، دمای مذاب و قالب است. اما همیشه تعیین یکی از عوامل، چالشی است و گزینه مناسب برای به­ کارگیری قوانین سرانگشتی است. این عامل، دمایی است که بسپار باید به آن برسد تا قطعه بتواند از قالب خارج شود.

این، دقیقا چه دمایی است؟ برخی از دمای وارفتگی تحت بار (DTUL) استفاده می­کنند که اغلب به عنوان دمای وارفتگی گرمایی (HDT) اشاره شده است. فرض می­شود که رابطه­­ ای علمی بین دمای تخلیه و DTUL وجود دارد. اما اگر در مورد منشاء چنین رابطه ­ای پرس و جو شود، تصویر مبهمی می­دهند. اگر از اکثر مردم در صنعت در مورد اهمیت DTUL بپرسید، پاسخی دریافت خواهید کرد که شباهت بسیار کمی به تصویر واقعی دارد.

استفاده از روش ASTM یا ISO برای اندازه­ گیری DTUL نشان می­دهد که این دما، دمایی است که در آن نمونه با ابعاد منظم و بسیار خاصی تحت فشار ثابت دچار وارفتگی می­شود. نواری منعطف روی پایه ­ی خمشی سه نقطه­ای نصب شده و تنش مشخصی روی مرکز نوار اعمال می­شود. سپس نمونه با آهنگ  2 گرم می­شود تا زمانی که به وارفتگی موردنظر برسد. از آن­جایی که تنش تقسیم بر کرنش، مدول ماده است، روش دیگر بیان این نتیجه این است که می­گویند DTUL دمایی است که ماده به مدول خاصی برسد.

در سال 1978، مایکل تاکموری مقاله­ای در ANTEC SPE ارایه داد که در آن رابطه مدول با DTUL را محاسبه نمود. اکثر افرادی که به داده­برگ­ها نگاه می­کنند می­دانند که DTUL در تنش psi 66 (MPa 455/0) یا psi 264 (MPa 82/1) اندازه­گیری می­شود. در روش ISO این تنش بیش از MPa 80/1 می­باشد و به psi 1160 (MPa 8) می­رسد. مدول مربوط به تنش psi 66 که توسط تاکموری محاسبه شد ksi 29 (MPa 200) بود، در حالی که مدول مربوط به تنش psi 264، ksi 116 (MPa 800) محاسبه شد.

(ادامه دارد…)