HDT , محدوده ايمن عملکرد يک پلاستيک گرمانرم را چگونه سنجش و ارزيابي کنيم؟
پلاستیکها در مقایسه با بسیاری از فلزات و مواد سرامیکی، گستره ی 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[1] یا درجه حرارت مُجاز کاربری حداکثر[2] میگویند.
اصولاً پایداری حرارتی[3] 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[4] باعث پارگی پیوندهای زنجیر میشوند و پلیمر دچار تخریب حرارتی می گردد.
پلاستیک های مهندسی در اتومبیل پورشه
منظور از HDT چیست و تفاوت آن با Tg چیست؟
در ارتباط با كاربري پلاستيكهاي گرمانرم دو ويژگي Tm و Tg راهنماهاي بالقوه اي براي كاربردها و فرآیندها شکل دهی آنها محسوب ميشوند،
اما تعيين دقيق و ايده آل تحمل مجاز يك پلاستيك در برابر دما را بايد در خاصیّت درجه حرارت خمیدگی (یا واپيچي) یا HDT آن جستجو كرد.
يکي از ويژگيهاي حرارتي بسيار مهمي که در پلاستيكهاي گرمانرم،
و حتی پلاستیکهای گرماسخت وجود دارد و كاربرد آنها را مستقيماً تحت تاثير خود قرار ميدهد،
درجه حرارت انحراف گرمايي يا 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[5] نیز شهرت دارد،
همچنین با نام درجه حرارت واپیچی گرمایی[6] 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[7] یک قطعه محسوب میشود،
بخصوص اگر آن قطعه برای کاربردهایی که تحت بارهای مکانیکی قرار میگیرد.
اين ويژگي فقط به پلاستيكهاي گرمانرم اختصاص ندارد بلکه پلاستیکهای گرماسخت نيز از این پارامتر بهره مند هستند.
در جدول (1) مهمترين خواصّ حرارتي نايلن6 نشان داده شده است.
جدول (1) مهمترين ويژگيهاي حرارتي نايلن6
Nylon 6
Units
Properties
221 ± 3
°C
Melting range
53 ± 1
°C
Glass transition Temperature
1.383
J/(gr.°k)
Heat capacity, (at 0 °C)
188
J/gr
Heat of fusion
95
°C
HDT, (0.45 MPa)
170
109/90
°C
Max. allowable service temperature in air
-for short time
-continiously for 5000/20000 hrs
-30
°C
Min. allowable service temperature
0.29
w/(ok.m)
Thermal conductivity, (at 25 °C)
با وجودي که هر يك از دو ويژگي درجه حرارت انتقال شيشه اي و گستره حرارتي ذوب از اهميت فراوان برخوردارند، ولي محدوديتهاي مخصوص به خود را نيز دارند مثلاً هيچگاه نبايد از محدوده حرارتي خاصّي به گستره ذوب يك قطعه پلاستيكي گرمانرم نزديك شد زيرا قبل از رسيدن به اين دما معمولاً قطعه استحکام، شكل و ابعاد خود را از دست ميدهد.
نمودار دمای انتقال شیشه ای
همیشه این سوال مطرح است که مرز ایمن اين 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 ايمن عملکرد يک پلاستيک گرمانرم را چگونه سنجش و ارزيابي کنيم؟
درجه حرارت انتقال شيشه اي (Tg) براي پليمرهاي خالص اندازه گيري، و در جدولها و کتب ثبت شده است،
حضور مواد افزودني در آميزه، اين عدد را تغيير ميدهد
به نحوي كه میتواند با دماي انتقال شيشه اي اوليه پلاستیک خالص، تفاوت بسيار زيادي داشته باشد.
درجه حرارت انتقال شيشه اي پی وی سی خالص برابر با 80 °C است،
در حالي كه سفره و شيلنگهاي آب تهيه شده از آن به خاطر حضور نرم كننده ،
حتي در دماي حدود 0 °C نيز همچنان نرم و انعطاف پذير هستند،
علت اين پديده را در كاهش دماي انتقال شيشهاي به خاطر حضور نرم كننده بايد به حساب آورد.
دماي انتقال شيشه اي پلی اتیلن سنگین (خالص) برابر با (-120/-80 °C) است،
در حالي كه علیرغم درجه حرارت انتقال شیشهای بسیار پایین آن،
قطعات تهيه شده از این پلاستیک به خاطر نیمه بلوری بودن آن در دمای اتاق جامد و سخت هستند.
در اغلب موارد ويژگي HDT يك قطعه پلاستيكي به طور قابل ملاحظه اي از درجه حرارت نقطه نرمي[8] همان پلاستيك كمتر 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.
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[9]، میتوانند بر روی تغییر و افزایش پارامتر HDT موثر باشند.
دو روش آزمون استاندارد عملي دقيق وجود دارد كه در اين ارتباط كاربردهاي وسيعي پيدا كرده اند
و به وسيله آنها مي توان پيشبيني هاي نسبتاً دقيقي از عملكرد پلاستيكها را در درجه حرارتهاي بالاتر از دمای اتاق به دست آورد.
اين دو روش به نام هاي درجه حرارت انحراف گرمايي HDT، و درجه حرارت نقطه نرم شدن ويكات VSP[10] شهرت دارند.
بهترين انتخاب، تعيين دقیق درجه حرارت كاربردي پلاستيكها در برابر افزايش درجه حرارت است كه براي رسيدن به اين هدف، يكي از دو روش آزمون تعيين ويژگي HDT يا VSP را مي توان به كار برد.
تعريف HDT چیست؟
درجه حرارت واپيچي، خميدگي يا انحراف گرمايي، عبارتست از درجه حرارتي كه از طريق آزمونی تا حدی شبیه به خمش سه نقطه ای تعيين مي شود، و طي آن نمونه ای با ابعاد استاندارد تحت تنش ثابت، با بالا رفتن درجه حرارت، مقدار معيني خميدگي در آن به وجود ميآيد.
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 تهیه و تنظیم از تیم پلیمرسبز
برای دریافت مقاله به صورت فایل pdf لطفا نام و ایمیل خودرا در فرم زیر وارد نمایید تا برای شما پیامک شود
[/is_logged_in]
[is_guest]
برای دریافت مقاله به صورت فایل pdf لطفا نام و ایمیل خودرا در فرم زیر وارد نمایید تا برای شما پیامک شود و یا اگر عضو سایت هستید وارد شویدو یاثبت نام نمایید باتشکر.
امکانات این پکیج:بصورت 8 عدد دی وی دی + فیلم های دستگاهها(بادوربین فوق حرفه ای فیلم برداری شده),ارسال رایگان به تمام نقاط ایران
مخاطبان:برای کسانی که محصولی را تولید می کنند و می خواهند بازار فروش بهتری داشته باشند.برای کسانی که می خواهند شناسنامه فنی برای محصولشان داشته باشند.برای کسانی که به عنوان کنترل کیفی در کارخانه و یا کارگاهی فعالیت می کنند و نحوه کار با دستگاهها را نمی دانند و یا می خواهند استخدام شوند.
