آخرین خبرها
خانه / مقالات / آنچه از پلیمر ها لازم است بدانیم / ۹۴-محدوده ایمن عملکرد یک پلاستیک گرمانرم را چگونه سنجش و ارزیابی کنیم؟
ABA

۹۴-محدوده ایمن عملکرد یک پلاستیک گرمانرم را چگونه سنجش و ارزیابی کنیم؟

محدوده ایمن عملکرد یک پلاستیک گرمانرم را چگونه سنجش و ارزیابی کنیم؟

 

پلاستیک­ها در مقایسه با بسیاری از فلزات و مواد سرامیکی، گستره­ی کاری محدودتری دارند، زیرا با افزایش دما اغلب نرم  می­شوند و در بسیاری از خواصّ آن­ها به­ خصوص ­ویژگی­های مکانیکی، کاستی­های زیادی پدید می ­آید.   

در مصارف و کاربردهای واقعی، به آن درجه حرارتی که در آن خواصّ یک ماده تا آن حد تغییر می­کند که دیگر آن قطعه پلاستیکی توانایی انجام وظایف معمول خود را به صورت مطلوب نخواهد داشت، درجه حرارت پایداری حرارتی[۱] یا درجه حرارت مُجاز کاربری حداکثر[۲] می­گویند.

اصولاً پایداری حرارتی[۳] یک پلاستیک تابعی از انرژی پیوندهای بین واحدهای تشکیل دهنده ملکول­های یک پلیمر است. هنگامی که دمای یک نمونه­ ی پلاستیکی افزایش می­ یابد، به نقطه­ ای می­رسد که انرژی نوسانی[۴] باعث پارگی پیوندهای زنجیر می­شوند و پلیمر دچار تخریب حرارتی می­ گردد.

pic3

پلاستیک های مهندسی در اتومبیل پورشه

 

منظور از HDT  چیست و تفاوت آن با Tg چیست؟

در ارتباط با کاربری پلاستیک­های گرمانرم دو ویژگی Tm و Tg راهنماهای بالقوه ­ای برای کاربردها و فرآیندها شکل­ دهی آن­ها محسوب می­شوند، اما تعیین دقیق و ایده­ آل تحمل مجاز یک پلاستیک در برابر دما را باید در خاصیّت درجه حرارت خمیدگی (یا واپیچی) یا HDT آن جستجو کرد.

یکی از ویژگی­های حرارتی بسیار مهمی که در پلاستیک­های گرمانرم، و حتی پلاستیک­های گرماسخت وجود دارد و کاربرد آن­ها را مستقیماً تحت تاثیر خود قرار می­دهد، درجه حرارت انحراف گرمایی یا HDT نام دارد.

درجه حرارت خمیدگی Deflection temperature معیار و اندازه­ای برای یک پلیمر است که تا رسیدن به آن دما، توانایی تحمل تنش اعمال شده را دارد. درجه حرارت خمیدگی، با نام درجه حرارت خمیدگی تحت بار[۵] نیز شهرت دارد، همچنین با نام درجه حرارت واپیچی گرمایی[۶] هم شناخته می­شود. 

نتایج حاصل از درجه حرارت خمیدگی معیاری کاربردی و مفید برای قطعات پلاستیکی است که در حین عملکرد خود در درجه­ حرارت­های بالاتر از دمای اتاق، زیر بار قرار می­گیرند.

ویژگی HDT اغلب اوقات به عنوان درجه حرارت حداکثر مجاز برای کاربرد[۷] یک قطعه محسوب می­شود، بخصوص اگر آن قطعه برای کاربردهایی که تحت بارهای مکانیکی قرار می­گیرد.

این ویژگی فقط به پلاستیک­های گرمانرم اختصاص ندارد بلکه پلاستیک­های گرماسخت نیز از این پارامتر بهره­ مند هستند. در جدول (۱) مهم­ترین خواصّ حرارتی نایلن۶ نشان داده شده است.

 

جدول (۱) مهم­ترین ویژگی­های حرارتی نایلن۶

Nylon 6 Units Properties
۲۲۱ ± ۳ °C Melting range
۵۳ ± ۱ °C Glass transition Temperature
۱٫۳۸۳ J/(gr.°k) Heat capacity, (at  ۰ °C)
۱۸۸ J/gr Heat of fusion
۹۵ °C HDT, (0.45 MPa)
 

۱۷۰

۱۰۹/۹۰

 

°C

Max. allowable service temperature in air

-for short time

-continiously for 5000/20000 hrs

-۳۰ °C Min. allowable service temperature
۰٫۲۹ w/(ok.m) Thermal conductivity, (at 25 °C)

 

با وجودی که هر یک از دو ویژگی درجه حرارت انتقال شیشه ­ای و گستره حرارتی ذوب از اهمیت فراوان برخوردارند، ولی محدودیت­های مخصوص به خود را نیز دارند مثلاً هیچ­گاه نباید از محدوده حرارتی خاصّی به گستره ذوب یک قطعه پلاستیکی گرمانرم نزدیک شد زیرا قبل از رسیدن به این دما معمولاً قطعه استحکام، شکل و ابعاد خود را از دست می­دهد.

pic2

نمودار دمای انتقال شیشه ای

 

 همیشه این سوال مطرح است که مرز ایمن این محدوده کجاست، تا آسیبی به قطعه یا بلوکی که در آن فعالیت می­کند وارد نشود؟

هنگام عملکرد یک قطعه توصیه موکد می­شود که به درجه حرارت انتقال شیشه­ ای آن نزدیک نشود زیرا تمام خواصّ آن در این محدوده حرارتی با کاهش خواصّ مواجه می­ شوند، در حالی که در ارتباط با بسیاری از پلاستیک­ها این پارامتر (Tg) تحت تاثیر سایر ویژگی­های ساختاری و یا مواد افزودنی شرکت کننده در فرمولاسیون آن پلاستیک قرار می­ گیرد.

محدوده ایمن عملکرد یک پلاستیک گرمانرم را چگونه سنجش و ارزیابی کنیم؟

درجه حرارت انتقال شیشه ­ای (Tg) برای پلیمرهای خالص اندازه­ گیری، و در جدول­ها و کتب ثبت شده است، حضور مواد افزودنی در آمیزه، این عدد را تغییر می­دهد به نحوی که می­تواند با دمای انتقال شیشه­ ای اولیه پلاستیک خالص، تفاوت بسیار زیادی داشته باشد.

درجه حرارت انتقال شیشه­ ای پی وی سی خالص برابر با ۸۰ °C است، در حالی که سفره و شیلنگ­های آب تهیه شده از آن به خاطر حضور نرم ­کننده ، حتی در دمای حدود ۰ °C نیز همچنان نرم و انعطاف ­پذیر هستند، علت این پدیده را در کاهش دمای انتقال شیشه­ای به­ خاطر حضور نرم­ کننده باید به حساب آورد. 

دمای انتقال شیشه­ ای پلی اتیلن سنگین (خالص) برابر با (-۱۲۰/-۸۰ °C) است، در حالی که علیرغم درجه حرارت انتقال شیشه­ای بسیار پایین آن، قطعات تهیه شده از این پلاستیک به خاطر نیمه بلوری بودن آن در دمای اتاق جامد و سخت هستند.

در اغلب موارد ویژگی HDT یک قطعه پلاستیکی به طور قابل ملاحظه ­ای از درجه حرارت نقطه نرمی[۸] همان پلاستیک کمتر است، و در برخی از موارد برعکس، این ویژگی تحت تاثیر عوامل ساختاری ملکولی قرار می­گیرد و ظهور این پدیده­ها به درجه ­حرارت­های بسیار بالاتر از درجه حرارت انتقال شیشه­ای آن پلاستیک منتقل می­گردد.

pic1

 

همان­گونه که در ارتباط با سایر ویژگی­های حرارتی پلاستیک­ها مشاهده می­شود، مقدار HDT یک پلاستیک نیز شدیداً به میکرواستراکچرآن پلیمر وابسته است.

عوامل موثر بر HDT

میزان بلورینگی، مقدار تراکم اتصالات عرضی، حضور و میزان گروه­های عاملی حلقوی در زنجیره اصلی، حضور و میزان اتصالات ثانویه[۹]، می­توانند بر روی تغییر و افزایش پارامتر HDT موثر باشند.

دو روش آزمون استاندارد عملی دقیق وجود دارد که در این ارتباط کاربردهای وسیعی پیدا کرده ­اند و به وسیله آن­ها می­ توان پیش­بینی­ های نسبتاً دقیقی از عملکرد پلاستیک­ها را در درجه حرارت­های بالاتر از دمای اتاق به­ دست آورد. این دو روش به­ نام­ های درجه حرارت انحراف گرمایی HDT، و درجه حرارت نقطه نرم ­شدن ویکات VSP[10] شهرت دارند.

بهترین انتخاب، تعیین دقیق درجه حرارت کاربردی پلاستیک­ها در برابر افزایش درجه حرارت است که برای رسیدن به این هدف، یکی از دو روش آزمون تعیین ویژگی HDT یا VSP را می ­توان به­ کار برد.

 

تعریف HDT چیست؟

درجه حرارت واپیچی، خمیدگی یا انحراف گرمایی، عبارتست از درجه حرارتی که از طریق آزمونی تا حدی شبیه به خمش سه نقطه­ ای تعیین می­ شود، و طی آن نمونه­ ای با ابعاد استاندارد تحت تنش ثابت، با بالا رفتن درجه حرارت، مقدار معینی خمیدگی در آن به­ وجود می­آید.

شایان ذکر است که تعیین میزان پایداری حرارتی نمونه پلاستیکی توسط این آزمون، تنها برای استفاده­ های کوتاه مدت دارای اعتبار است.

این آزمایش مشخص کننده این واقعیّت است که مواد تحت آزمون قرار گرفته، توانایی تحمّل بارهای سبک را در دماهای بالا دارند و یا آنکه صلبیّت خود را در یک گستره حرارتی کم از دست می­ دهند.

HDT یک آزمایش مناسب و مطمئن برای کنترل قطعاتی است که در حین عملکرد خود، تحت بار قرار دارند و هم­زمان درجه حرارت محیط آن­ها نیز افزایش پیدا می­کند، با کمک این آزمایش می­توان درجه حرارت حداکثری را که طی آن تغییر ابعادی یا خمیدگی نمونه به حد مورد نظر می­رسد را اندازه ­گیری کرد.

درجه حرارتی که در آن یک آزمونه استاندارد تحت یک شرایط و بار معیّن، تغییر شکل خمشی مشخصی را ایجاد کند، درجه حرارت واپیچی گرمایی نامیده می­شود.

مقدار عددی HDT که برای یک پلاستیک بخصوص به­ دست می­آید، علاوه بر خصوصیآت و ویژگی­های ساختار ملکولی پلیمر، چنانچه با یک تقویت­ کننده همراه باشد، تحت تاثیر آن عامل تقویت­ کننده نیز قرار می­ گیرد.

در مقاله بعدی در مورد نحوه اندازه گیری HDTتوضیح داده می شود.

 

 مولف: مهندس سعید نعمتی
منبع: www.polymeresabz.com

 

[۱] Thermal stability temperature

[۲] Max. use temperature

[۳] Thermal stability

[۴] Vibrational energy

[۵] Deflection temperature under load (DTUL)

[۶] Heat distortion temperature (HDT)

[۷] Max. use temperature

[۸] Softening point

[۹][۹] Secondary  bonding

[۱۰] Vicat softening point

 

1 ستاره2 ستاره3 ستاره4 ستاره5 ستاره (1تعداد رای , میانگین: 5٫00 از 5)
Loading...

درباره‌ی polymeresabz

همچنین ببینید

granol_105sh

۱۰۵- عوامل موثر بر کیفیت گرانول های بازیافتی(۱)

 مقدمه گسترش بحث­ های زیست محیطی و اقتصادی باعث شده تا صنعت بازیافت، به ویژه …

پاسخ دهید