اختصاصی بسپار/ سفری به دنیای قالبگیری تزریقی گرماسخت‌ها (بخش دوم)
بسپار/ایران پلیمر گرماسخت‌ها مواد رایج در تاریخ اولیه پلاستیکها بودند، اما به زودی توسط گرمانرم‌ها در کاربردهای قالبگیری تزریقی پیشی گرفتند.
گرماسخت‌ها در اوایل تاریخ پلاستیکها همه گیر بودند. این امر با ظهور صنعت لاستیک در اواسط دهه 1800 که توسط توسعه ولکانش تقویت شد.
در حالی که محصولات گرمانرمی تجاری شده بودند، ولی موفق‌ترین عرضه‌‌های اولیه، مواد شبکه‌‌ای شده بودند که قابل توجه‌ترین آن‌‌ها بسپار فنولیک بود. این امر در نیمه اول قرن بیستم با معرفی اپوکسی‌ها، پلی‌‌استرهای سیرنشده و سیلیکون‌ها دنبال شد.
به موازات آن، بسیاری از گرمانرمهای عمده از جمله پلی‌‌اتیلن، پلی‌‌استایرن، پلی‌‌وینیل کلرید و آکریلیک در دهه‌های 1920 و 1930 در حال توسعه بودند. مشخصات عملکرد این گرمانرمهای اولیه به نسبت چشمگیر نبود، به ویژه در مورد مقاومت در برابر گرما. اما با معرفی نایلون‌ها، همه چیز شروع به تغییر کرد. در این‌‌جا ماده‌ای با نقطه ذوب 260 درجه سلسیوس وجود داشت که می‌توانست جایگزین برخی از مواد گرماسخت شود.
پلی‌‌استرهای گرمانرم به سرعت معرفی شدند و در دهه 1950 و اوایل دهه 1960، توسعه بسپارهای گرمانرم جدید با عملکردی عالی به یک بهمن تبدیل شد. در اواسط دهه 1970، این احساس عمومی در صنعت وجود داشت که دیر یا زود میتوان یک گرمانرم ساخت که جایگزین هر گرماسختی شود. پلی‌آمیدها نشان‌دهنده اوج عملکرد نسبت به مواد شبکه‌‌ای شده بودند، پس از آن گرمانرمهای مشابهی که شامل پلی‌آمید-ایمید، پلی‌آمیدهای گرمانرم، پلی‌اترایمید و حتی انواع مقاوم‌‌تر در گرمای بیشتر بودند، پدید آمدند.
انگیزه برای جستجوی این جایگزین‌ها تا حد زیادی به دلیل نگرانی‌های بهره‌‌وری بود. در حالی که گرماسخت‌ها خواص چشمگیری را نشان می‌دادند، آن‌‌ها به راحتی با روش فراورش قالبگیری تزریقی، به قطعه تبدیل نمی‌شدند. فرایندهای سنتی قالبگیری گرماسخت قالبگیری فشاری و قالبگیری انتقالی- آهسته‌تر و فرایندهای دستی‌تر بودند. علاوه‌‌بر این، به دلیل گرانروی کم مواد از پیش ژل شده، قطعات تقریبا همیشه به فرایند ثانویه پلیسه‌‌گیری نیاز داشتند، مانند ریخته‌گری آلومینیوم و روی. قطعات گرمانرم به سرعت از قالب بیرون می‌‌آمدند و نیاز به پرداخت ثانویه کمی داشتند.
قالبگیری تزریقی گرماسخت‌ها در اواخر دهه 1970 امکان‌‌پذیر شد. در نمایشگاه NPE1979 میتوان دستگاه قالبگیری تزریقی Cincinnati Milacron که قطعات فنولی را تولید می‌کرد، دید. تابلویی هم کنار دستگاه بود که به شرکت‌‌کنندگان هشدار می‌داد که به قطعاتی که از قالب بیرون می‌آیند دست نزنند، زیرا در دمای حدود 150 درجه سلسیوس به بیرون پرتاب می‌شوند. و، بله، آن‌‌ها هنوز هم باید پلیسه‌‌گیری می‌شدند.
گرمانرم‌ها شتاب گرفتند
اما عنصر دیگری وجود داشت که صنعت را به سمت بازار گرمانرم کشاند. تامینکنندگان موادی که این مواد را توسعه میدهند، مجموعه ستاره‌ای از شرکتهای بزرگ شیمیایی را نشان میدهند و شامل شرکتهای جنرال الکتریک،Bayer ، DuPont، Dow، Union Carbide و Celanese می‌شوند. این شرکت‌ها اطلاعات زیادی در مورد طراحی قطعات، طراحی قالب، خواص مواد و فراورش تولید کردند و این کار را در کتابچه‌‌های جذاب و اسناد فنی ارایه کردند که توسط فروشندگان حرفه‌ای و کارکنان خدمات فناوری آگاه ارایه می‌شد.
وقتی آن‌‌ها به منابع می‌رسیدند، سازندگان گرماسخت از آن‌‌ها دور بودند. بسیاری از تولیدکنندگان گرماسخت متخصصان واجد شرایطی داشتند که به خوبی پارامترهای مرتبط با طراحی و شیوه‌های فراورش خوب را درک می‌کردند. اما اکثر آن‌‌ها در پشت صحنه در ساخت فرمول‌‌ها کار می‌کردند و مشتریان به ندرت آن‌‌ها را می‌دیدند.
بدتر از همه، گرماسخت‌ها سعی کردند با گرمانرم‌ها در زمین داده‌های کوتاه مدت، با تمرکز بر خواص دمای اتاق، رقابت کنند. این یک پیشنهاد شکست خورده بود، زیرا خواصی مانند استحکام کششی و مقاومت در برابر ضربه به‌‌طور کلی نقاط قوتی برای گرماسخت نیستند. این مواد در دماهای بالا مزایایی را نشان میدهند که با خواص کوتاه‌مدت منتشر شده در داده‌‌برگ‌‌ها مطرح نمی‌شوند.
یکی از تبلیغات برجسته‌ای که یکی از تامینکنندگان مواد گرماسخت در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980 اجرا کرد، وارفتگی‌‌های بزرگی را که میله‌های خمشی قالبگیری شده از گرمانرم‌ها در مقایسه با مواد فنولی از خود نشان می‌داد، نشان داد. موردی که از فنولیک ساخته شد، با آکریلونیتریل بوتادی‌‌ان استایرن (ABS) پر نشده مقایسه شد. این دو ماده استحکام کششی و خمشی قابل مقایسه‌ای را در دمای اتاق از خود نشان دادند و البته، ماده فنولیک دمای وارفتگی گرمایی (HDT) بالاتری را نشان داد.
مزیت قابل توجهی در چقرمگی که ABS داشت، ذکر نشد. این نوع مقایسه یک گرماسخت صلب پر شده با یک گرمانرم پرنشده ضربه‌‌پذیر مانند ABS یا پلی‌‌کربنات این نکته را نادیده می‌گیرد که این مواد چقرمه و پر نشده رقیب نیستند.
یکی از همایش‌‌هایی که نشان‌دهنده سرزندگی صنعت گرماسخت در غرب بود، رویداد سالانه‌ای بود که هر ماه اکتبر در مدیسون، ویسکانسین برگزار می‌شد. در دهه‌های 1970 و 1980، این همایش سالانه بیش از 300 شرکت‌کننده را به رویدادی دو روزه جلب می‌کرد. میزبانی غرفه‌ها توسط سازندگان تجهیزات فراورش و اکثر تامینکنندگان عمده مواد گرماسخت واقع در ایندیانا، ایلینوی و ویسکانسین بود. برخی از شرکت‌‌کنندگان از کشورهای دوری مانند آلمان آمده بودند.
در سال 1988، در این همایش سخنرانی مبنی بر مقایسه داده‌های خواص مواد گرماسخت با مواد نیمه بلوری پر شده و تقویت شده و بسپارهای اَریخت (آمورف) با کارایی عالی با استفاده از ابزار به نسبت جدید تحلیل مکانیکی دینامیکی (DMA) ارایه شد. DMA به عنوان یک روش تحلیلی در دهه 1960 توسعه یافته بود، اما بسیاری از تجهیزات اولیه به صورت سفارشی توسط محققان فردی ساخته شده بود و برای ایجاد استانداردهای آزمایشی پیرامون این روش کار کمی انجام شده بود. در اواسط تا اواخر دهه 1980، سازندگان ابزار، دستگاه‌های نوسان اجباری را به کمال رساندند که توانایی روش را برای مشخص کردن ویژگی‌های مواد بسیار افزایش داد و استانداردهای ASTM و ISO توسعه یافتند. شکل‌های 1 و 2 مقایسه‌های معمول را نشان میدهند که صرفا روی خاصیتی متمرکز شده‌اند که به آسانی قابل درک است، مدول ماده برحسب دما.
شکل 1 عملکرد یک آمیزه فنولی را با یک پلی‌‌فنیلن سولفید (PPS) تقویت شده با 40 درصد الیاف شیشه مقایسه می‌کند و نشان می‌دهد در دمای اتاق، PPS برتر است اما در دماهای بالا (که احتمالا در آن دو ماده استفاده می‌شوند)، فنولیک بهتر از PPS و با هزینه کمتر به ازای هر کیلو عمل می‌کند. شکل 2 یک پلی‌‌استر گرماسخت را با یک پلی‌‌استر گرمانرم تقویت شده با الیاف شیشه بلند مقایسه می‌کند. این دو ماده دارای دمای وارفتگی گرمایی یکسان هستند، اما نقشه دمای کامل به وضوح مزایای مواد شبکه‌‌ای شده را نشان می‌دهد.
(ادامه دارد …)
برگردان: دکتر فاطمه خودکار [email protected]
متن کامل این مقاله را در شماره 266 ماهنامه بسپار که در نیمه آذرماه 1403 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
