فرایندکاری مهم ترین شغل است (بخش سوم)

بسپار/ ایران پلیمر اغلب انتظار می­رود که فرایندکارها تصمیمات ناآگاهانه ­ای را که در ابتدای فرایند توسعه محصول گرفته ­اند، جبران کنند. در این شماره، در مورد جمع­ شدگی (shrinkage)، یکی از رایج­ترین پدیده ­های فرایندکاری بحث شده است.

یکی از مشکلات قطعات قالب­گیری شده، مشکل تاب برداشتن (warpage) است. برای مثال قطعه قالب­گیری شده از پلی ­استر PBT تقویت شده با الیاف شیشه را درنظر بگیرید. آن­ها وارد قالب با دمای 93 درجه سانتی­گراد می­شدند. قطعات از قالب خارج شده و به هنگام سرد شدن به سرعت تاب برمی­داشتند. عکس­العملی که اکثر سازندگان انجام می­دهند این است که دمای قالب را کاهش ­دهند. وقتی دمای قالب به حدود 95 درجه سانتی­گراد می­رسید، قطعات درست می­شدند و مشکل حل می­شد.

متاسفانه این قطعات باید در کاربردی با دمای 82 درجه سانتی­گراد کار می­کردند. از این رو، مشتری قطعات را به مدت 2 ساعت درون گرمخانه (oven) در دمای 93 درجه سانتی­گراد آزمایش کرد. هنگامی­که این آزمایش روی این قطعات انجام شد، مشاهده شد که قطعات تقریبا به همان اندازه که از قالب گرم خارج شدند، تاب برداشتند. بنابراین قطعات رد شدند.

مشکل تاب برداشتن می­تواند با کاهش قابلیت بلورینگی (crystallize) PBT حل ­شود. بلورینگی همراه با جمع­شدگی است. بلورها نواحی منظم درون ساختار بسپار هستند و فضای کمتری نسبت به نواحی اَریخت (amorphous) اشغال می­کنند. هرچه ماده بیشتر بلورینه شود، بیشتر جمع می­شود. چنان­چه دمای اولیه قالب بیش از دمای گذار شیشه­ای (T_g) بسپار باشد، بسپار این فرصت را دارد تا حداکثر درجه ممکن بلورینه شود. با کاهش دمای قالب به کمتر از T_g، درجه بلورینگی کاهش می­یابد. با این کار جمع­شدگی مواد کمتر می­شود.

تاب برداشتن، نشانه­ای از جمع­شدگی است که با آهنگ­های متفاوت در نواحی مختلف قطعه اتفاق می­افتد. این پدیده می­تواند چندین دلیل داشته باشد مانند تغییر ضخامت دیواره، آهنگ سرمایش مختلف به دلیل انتقال گرمای نایکنواخت از قطعه و درجه ­های مختلف جمع­شدگی ناشی از جهت­ گیری الیاف شیشه. این­ها بخشی از مسائل مربوط به طراحی قطعه، طراحی قالب یا انتخاب مواد است، نه مسائل مربوط به فرایندکاری.

اما اغلب انتظار می­رود که فرایندکارها تصمیمات ناآگاهانه­ای را که در ابتدای فرایند توسعه محصول گرفته­اند، جبران کنند. یکی از رایج­ترین آن­ها جمع­شدگی بیش از حد است که برای رفع آن دمای قالب را کاهش می­دهند. زمانی­که جمع­شدگی واقعی بیش از مقداری است که برای ابزار برش استفاده می­شود، این کار، راهبرد رایج برای کاهش جمع­شدگی کل است. اگر قطر بیرونی یا طول کل بیش از حد کوچک باشد، تنها دمای قالب را کاهش دهید و قطعات بزرگ­تری به­ دست آورید. به نظر ساده و بی­ضرر می­رسد، زیرا عدم بلورینگی، نقصی نیست که توسط افرادی که قطعات را بازرسی می­کنند، دیده شود.

تنها راه شناسایی مشکل این است که قطعات تحت شرایط عملیاتی گرم شوند و ثبات ابعادی بررسی شود. اگر قطعات تا مقدار مناسب بلورینه شوند، قرار گرفتن درون گرمخانه هیچ ساختار بلوری جدیدی ایجاد نمی­کند و اندازه و شکل قطعه، یکسان باقی می­ماند.

اگر هنگامی­­که قطعه استفاده می­شود، تغییرات ابعادی ناشی از بلورینگی بیش از حد باشد، نتایج ممکن است ناخوشایند باشد. ممکن است ترک­هایی در نقاط اتصال ایجاد شوند یا قطعاتی که طراحی شده ­اند نسبت به یکدیگر حرکت کنند می­توانند به هم بچسبند و حرکتشان مختل شود؛ قطعاتی که طراحی شده­اند به عنوان سطوح آب­بندی عمل کنند، می­توانند مایعات را از شیر یا شلنگ نشت دهند. در این مورد، تاب برداشتن نشان­دهنده این بود که مشکلی وجود دارد که باید مورد بررسی قرار گیرد.

مهم است که درک شود آهنگ سرمایش قالب­گیری تزریقی هرگز اجازه ندهد حداکثر مقدار بلورینگی قابل دستیابی ایجاد شود. نایلون 66 را در نظر بگیرید که تا دماي ذوب 288 درجه سانتی­گراد گرم شده است و وارد حفره قالب در دمای 99 درجه سانتی­گراد می­شود، دمايی بیش از T_g نایلون که درجه نسبتا زیاد بلورینگی ایجاد می­کند. اگر قطعه تا دمای قابل تخلیه در عرض 30 ثانیه سرد شود، آهنگ سرمایش ماده 378 درجه سانتی­گراد بر دقیقه است. هنگامی­که مواد تحت شرایط آزمایشگاه بررسی می­شوند، معمولا آهنگ گرمایش 10 یا 20 درجه سانتی­گراد بر دقیقه است. بنابراین، در آزمایشگاه می­توان به سطح کاملی دست یافت که نمی­تواند در پرس به­دست آید، حتی زمانی­که تمام اصلاحات ممکن انجام شود. هم­چنین آهنگ سرمایش در سطح قطعه سریع­تر از وسط دیواره است، مگر این­که دیواره بسیار نازک باشد. اما برای فرایندکارها هدف این است که تعادل بهره­وری تولید ضمن دستیابی به وضعیت پایدار در بسپار فراهم شود.

می­توان برای بررسی این کار، آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) انجام داد. این آزمون شامل تهیه نمونه از قطعه قالب­گیری شده و گرمایش آن تحت شرایط کنترل شده در DSC تا زمانی­که ذوب شود، است. فرایند ذوب به­صورت اوج (peak) قابل مشاهده است و با مشخصه­ای به­نام گرمای نهان ذوب ارتباط دارد. این، اندازه­ای از درجه بلورینگی است. با گرمای ذوب بیشتر، ساختار بلوری بیشتری در قطعه قالب­گیری شده وجود دارد.

سپس نمونه­ ی ذوب شده تا برگشتن به حالت جامد سرد می­شود و در نمودار اوجی ایجاد می­کند که تصویر آینه­ای فرایند ذوب است. این گرمای آزاد شده ناشی از فرایند بلورینگی است. این فرایند گرمایش و سرمایش، اثر گرمایی فرایند قالب­گیری را پاک می­کند. هنگامی­که نمونه دوباره گرم می­شود، گرمای ذوب جدیدی مشاهده می­شود که بیش از گرمای مشاهده شده در اولین گرمایش است. زیرا آهنگ سرمایش در DSC بسیار آهسته ­تر از آن­چه ماده در طول فرایند قالب­گیری تجربه می­کند، است.

 

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 189ام ماهنامه بسپار که در نیمه خرداد ماه منتشر شده است بخوانید. 

قسمت اول: [EasyDNNnewsLink|458] قیمت دوم: [EasyDNNnewsLink|459]

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.