مقالات

فرایندکاری مهم ترین شغل است (بخش اول)

بسپار/ ایران پلیمر، بسیاری از فرایندکارها نمی­دانند که حفظ مشخصات مواد برای موفقیت و شکست محصول بسیار مهم است. در این بخش تمرکز روی جرم مولکولی مواد است.

 

وقتی از فرایندکارها در مورد مهم­ترین مسئولیت آن­ها سوال می­شود، پاسخ­ ها عموما بر عوامل مربوط به تولید تمرکز دارد. این عوامل معمولا شامل زمان چرخه، نحوه استفاده از دستگاه، ساخت قطعات برای چاپ، حفظ شاخص ­های قابلیت فرایند (Cpk) در حدود ۱/۳۳ یا بیشتر و غیره است. توجه کمتری به جرم مولکولی، بلورینگی، حفظ مواد افزودنی یا حداقل ایجاد تنش در قالب می­شود. در حالی­که این عوامل پایه و اساس موفقیت یا شکست محصول هستند و فرایندکارها اغلب نقش خود را در کنترل این عوامل درک نمی­کنند.

اولین ویژگی مواد که در اینجا بررسی می­شود، جرم مولکولی است. تقریبا ۱۰۰ سال است که ویژگی­های منحصر به فردی که توسط بسپارها نشان داده می­شود، به علت اندازه بزرگ مولکول­ ها و پیکربندی زنجیره بلند آن­ها شناخته شده است. این خصوصیات، ویژگی به نام گوریدگی (entanglement) زنجیر ایجاد می­کند. در واقع، گوریدگی زنجیر پایه عملکرد مکانیکی است. خواص کوتاه مدت نظیر مقاومت در برابر ضربه به تغییرات جرم مولکولی حساس است. اما خواص بلند مدت مانند مقاومت خستگی و مقاومت در برابر ترک ناشی از تنش محیطی با طول زنجیره­ای که مواد را تشکیل می­دهد، مرتبط است.

تولیدکنندگان مواد اولیه پلاستیک توجه زیادی به جرم مولکولی محصولات تولید شده خود دارند و آن را با اندازه­گیری خواصی نظیر آهنگ شارش مذاب و گرانروی ذاتی بررسی می­کنند. سپس فرایندکار باید مواد اولیه را طوری به محصول قالب­گیری شده تبدیل کند که جرم مولکولی حفظ شود. این به ­طور خودکار اتفاق نمی­افتد. دمای زیاد در فراورش مذاب، همراه با مدت زمان حضور مواد در سیلندر، می­تواند اثر قابل توجهی بر جرم مولکولی آمیزه داشته باشد. دمای بیشتر مذاب و زمان اقامت بیشتر در سیلندر، تاثیر منفی روی جرم مولکولی بسپار خواهد داشت. پاسخ اکثر مواد، فرایندی به نام شکست زنجیر است که طی آن طول زنجیر در نتیجه تنش گرمایی ناشی از فراورش کوتاه می­شود.

علاوه بر اثر زمان و دما، فراورش برخی از مواد، به علت وجود رطوبت بیش از حد در ماده در زمان فراورش خطر بالقوه تخریب دارد که به عنوان آبکافت (هیدرولیز) شناخته شده است. بسپارهای تراکمی مانند پلی ­استر، پلی­ کربنات، نایلون و پلی ­یورتان مستعد آبکافت هستند. خشک کردن این مواد تا حدی که مقدار رطوبت موجود مانع از آبکافت شود، ضروری است. کنترل مناسب دمای مذاب، زمان اقامت و مقدار رطوبت، اطمینان می­دهد که جرم مولکولی بسپار، در زمانی­که ماده از دانه به محصول تبدیل می­شود، به درستی حفظ خواهد شد.

تخریب بسپار یکی از عوامل وادادگی محصول است. بخشی از مشکل این است که محصول ساخته شده از مواد تخریب شده اغلب می­توانند به همان اندازه خوب به نظر آیند و در زمان چرخه یکسان با همان ابعاد ساخته شوند. به جزء برخی از آزمون­های عملکرد مکانیکی که توسط فرایندکار انجام می­شود، تغییرات جرم مولکولی معمولا بررسی نمی­شود، مگر زمانی­که محصول بعد از این­که به زنجیره عرضه منتقل شد، وادادگی نشان دهد. بدترین حالت این است که قطعه در زمانی­که توسط مشتری نهایی استفاده می­شود، وادهد. معمولا، ماده شکست ترد تحت تنش نشان می­دهد.

در تجزیه و تحلیل وادادگی هر محصولی که از بسپار ساخته شده است، تعیین جرم مولکولی باید انجام شود و در حالت ایده ­آل باید این نتیجه با مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت قطعه مقایسه شود. اگر این آزمون نشان دهد که جرم مولکولی بیش از حد کاهش یافته است، عوامل فرایندی باید بلافاصله مورد بررسی قرار گیرند. در بعضی موارد، لازم است که به فرایندکار نشان داده شود که تغییرات در متغیرهای فرایندی که در بالا ذکر شد، می­تواند مشکل جرم مولکولی را کمتر یا بیشتر کند. هنگامی­که این آزمون­ ها انجام می­شوند، نتایج اغلب تعجب ­آور است. زیرا آن­ها برهم­کنش بین شرایط فرایندی را نشان می­دهند.

اخیرا چنین آزمایشی روی نایلون ۶۶ تقویت شده با الیاف شیشه انجام شده است. قطعه واداده که از رده خارج شد، کاهش شدید جرم مولکولی نشان داد. بازبینی محصولی که هنوز ساخته نشده بود نشان داد که این مشکل بیش از یک راه ­اندازی نادرست است. جرم مولکولی محصول از زمان تولید تا وقتی­که از رده خارج شود، به شدت تغییر کرد. برای بررسی این مورد، یک آزمون به نسبت ساده انجام شد:

قطعات در دو دمای ۲۷۴ و ۳۰۲ درجه سانتی­گراد قالب­گیری شدند. هر دو دما در محدوده­ی شرایط فرایندی پیشنهاد شده قرار داشتند. در هر یک از این دماها، قطعات از موادی ساخته شدند که رطوبت بیش از حداکثر مقدار توصیه شده داشتند. موادی که تا کمتر از حداکثر رطوبت مجاز خشک می­شوند در صنعت به عنوان بیش از حد خشک شده (overdried) اشاره می­شوند.

در دمای مذاب کمتر، قطعات با حفظ ​ متوسط جرم مولکولی در سه مقدار رطوبت تولید شدند. حتی با استفاده از مواد خیس، قطعاتی بدون کاهش بیش از حد جرم مولکولی به­دست آمد و شواهدی از نواقص ظاهری که اغلب به موادی که کاملا خشک نشده مربوط است، وجود نداشت. با این حال، در دمای مذاب بیشتر، تنها مواد بسیار خشک به نتایج قابل قبولی رسید. قطعات تولید شده از مواد خشک شده تا مقدار امن، تغییرات کمی بیش از مقدار توصیه شده در جرم مولکولی نشان دادند، در حالی که مواد خیس، دچار وادادگی شدند.

در واقع همه قطعات ظاهری قابل قبول داشتند.

برگردان: دکتر فاطمه خودکار

f.khodkar@gmail.com


(ادامه دارد…) 


متن کامل این مقاله را در شماره ۱۸۶ام  ماهنامه بسپار که در  اسفند ماه منتشر شده است 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