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 1/33 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 100 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 66 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 274 و 302 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 دماي مذاب کمتر، قطعات با حفظ متوسط جرم مولکولي 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
(ادامه دارد…)