منطقه ایمن عملکرد یک پلاستیک قسمت دوم

 

تعریف VSP : درجه حرارت نقطه نرمی ویکات، که به آن سختی ویکات[۱] نیز گفته می­شود، عبارتست از تعیین نقطه نرمی­ برای پلاستیک­های گرمانرمی که دارای گستره ذوب دقیق و مشخصی نیستند، مانند پلاستیک­های آمورف.

نحوه اندازه­ گیری این پارامتر به این شیوه است که نمونه­ای استاندارد به ابعاد ۱۰ × ۱۰ mm و ضخامت (۳-۶٫۵ mm) تحت بار ۱۰ N یا ۵۰ N قرار می­گیرد، نیرو از طریق سنبه­ای با سطح مقطع مربع یا مدوّر به مساحت ۱ mm² به وسط سطح آزمونه، درون حمامی که سیال آن را روغن سیلیکونی، گلسیرین، یا اتیلن­گلایکول تشکیل می­دهد، منتقل می­ شود.

با افزایش درجه حرارت محیط و ­ازدیاد نوسانات ملکولی و کاهش نیروهای فیزیکی بین ملکولی نمونه، پلاستیک نرم­ تر می­ شود تا آن حد که سوزن بتواند  در داخل نمونه ۱ mm نفوذ کند. 

نفوذ یک میلیمتر در داخل آزمونه، به منزله­ ی پایان آزمایش است و درجه حرارتی که در آن این لحظه باعث ظهور این  پدیده شده است به­ نام درجه حرارت نقطه نرمی ویکات آن پلاستیک نامیده می­ شود.

شماره روش آزمون استانداردی که بر اساس آن می­توان این آزمایش را انجام داد ASTM D 1525-07  می­باشد، شایان ذکر است که ISO 306  نیز انطباق زیادی با نسخه­ ی ASTM معادل آن دارد.

در شکل (۱) نمایی از سوزن دستگاه اندازه ­گیری نقطه نرمی ویکات نشان داده شده است. در جدول (۴) درجه حرارت نقطه نرمی چند پلاستیک آمورف که امکان تعیین محدوده ذوب آن­ میسّر نیست نشان داده شده است.

 شکل (۱) نمایش سوزن دستگاه اندازه­ گیری نقطه نرمی ویکات

 

 

 

 

جدول (۴) درجه حرارت نقطه نرمی چند پلاستیک آمورف که امکان تعیین محدوده ذوب آن­ها­ میسّر نیست 

Melting or Softening Range( °C )

Thermoplastics

۷۰-۱۱۵(softens) ۷۵-۹۰ (softens)   about 110 about 120 about 130 ۱۲۵-۱۳۵ ۱۱۵-۱۴۰ (softens) ۱۲۰ (softens) ۱۲۵-۱۷۵ ۱۳۰-۱۵۰ (softens) ۱۶۵-۱۸۵ ۱۶۰-۱۷۰ ۱۷۰-۱۸۰ ۱۸۰-۱۹۰ ۲۰۰-۲۲۰ ۲۱۰-۲۲۰ ۲۱۵-۲۲۵ ۲۲۰-۲۳۰ ۲۲۵-۲۳۰ ۲۵۰-۲۶۰ ۲۵۵-۲۶۵ ۳۲۵-۳۳۵

Polystyrene Polyvinyl chloride Polyethylenes density 0.92 g/cm3 density 0.94 g/cm3 density 0.96 g/cm3 Polybutene-1 Polyvinylidene chloride Polymethyl methacrylate Cellulose acetate Polyacrylonitrile Polyoxymethylene Polypropylene Nylon 12 Nylon 11 Polytrifluoro chloro ethylene Nylon 6,10 Nylon 6 Polycarbonate Polybuthylene terephthalate Polyethylene terephthalate Nylon 6,6 Polytetrafluoroethylene(Teflon)

 

آشنایی با استاندارد ASTM D 648 و ویژگی­های آن

روش آزمون معمول برای انجام این آزمایش (ASTM D 648-06) است که معادل ISO آن ISO 75  می­ باشد.

این آزمایش به ­طور ویژه برای کنترل و بهبود کیفیّت کاری نمونه­ های تحت بررسی مفید است.

درجه حرارت کاربردی حداکثر یک پلاستیک، از روی پایین­ ترین درجه حرارتی که در آن تغییری در خواصّ پدید می­ آید، برای کاربرد تحت آزمایش، مشخّص می­ شود.  

با کمک این آزمایش مرز مجاز درجه حرارت کاری قطعه ­ی پلاستیکی مورد نظر مشخّص می­ شود.

آزمایش تعیین درجه حرارت انحراف گرمایی، جزء آزمون­های معتبر برای کوتاه[۲] مدت است، بنابر این در طراحی قطعه به تنهایی نباید مورد استناد قرار گیرد.

 پارامترهای دیگر مانند مدت زمانی که نمونه در معرض حرارت بالا قرار می­ گیرد، سرعت بالا رفتن درجه حرارت در حین انجام آزمایش، وزن بار ثابتی که به آزمونه اعمال می­شود، و ابعاد نمونه روی عملکرد آن موثرند و HDT  آن را تغییر می ­دهند.

استفاده از دو بار ثابت (۰٫۴۶ MPa), (66 Psi)  و (۱٫۸ MPa), (264 Psi) در این آزمایش معمول­ تر است، هر چند بنابر ضرورت گاهی از دو بار ثابت (۵٫۰ MPa), (725 Psi) و (۸٫۰ MPa), (1160 Psi) نیز در انجام این آزمایش استفاده می ­شود.

 

نحوه­ ی انجام آزمایش تعیین درجه حرارت واپیچی

نمونه­ های پلاستیکی که برای انجام این آزمایش انتخاب می ­شوند باید در دمای اتاق، سخت یا نیمه سخت باشند.

ابعاد نمونه ­های استاندارد که در روش آزمون (ASTM D 648-06) برای انجام این آزمایش پیشنهاد شده­ اند برابر با    ۵ × ۰٫۵ × ۰٫۲۵ inch که معادل با ۱۲۷ × ۱۳ × ۳ mm  می­­ باشند

طبق روش آزمون (ASTM D 648-06) در این آزمون بنابر نرمی یا سختی نمونه تحت آزمون از یکی از دو وزنه    ۶۶ Psi یا ۲۶۴ Psi استفاده می­  کنند.

جهت اعمال نیرو بر آزمونه­ ها باید به صورت عمود بر سطح و در جهت ضخامت آن­ها وارد می­ شود.

قبل از شروع آزمایش ابتدا نمونه­ های استاندارد را روی دوپایه نگهدارنده قرار داده، درحالی که تنش خمشی معیّن بر وسط آن­ها اعمال می ­­شود، به داخل حمامی از روغن سیلیکون وارد گردند.

سرعت افزایش دمای حمام این آزمایش ۲ °C/min پیشنهاد شده، تا آنکه نمونه­ های تحت تنش خمشی به درجه حرارتی برسند که میزان خمش نمونه ۰٫۲۵ mm گردد، در این لحظه آزمایش تمام، و نتیجه ثبت می­ شود. 

نمونه­ های مناسب از نظر استاندارد برای انجام این آزمایش، اولاً هم­جنس با سطوحی کاملاً صاف باشند، ثانیاً از نظر تعداد حضور حداقل دو عدد پیشنهاد شده ­است.

در شکل (۲) تصویری نمادین از قسمت­های مهم دستگاه اندازه­ گیری­ کننده درجه­ حرارت انحراف گرمایی نشان داده شده است. در شکل (۳) تصویر حقیقی یک دستگاه اندازه­ گیری­ کننده درجه­­ حرارت انحراف­ گرمایی نشان داده شده است.

شکل (۲) ارائه­ ی تصویری نمادین از قسمت ­های مهم یک دستگاه اندازه­ گیری­ کننده درجه ­حرارت انحراف گرمایی

 

در هر آزمایش بهتر است پنج یا شش نمونه تحت آزمایش قرار داده ­شوند، پس از شروع آزمون و با بالا رفتن دما، اولین نمونه به درجه حرارت انحراف گرمایی می­ رسد در همین لحظه دستگاه با زدن بوق دما و شماره نمونه را ثبت می ­کند، مدت کوتاهی بعد دومین و سومین و چهارمین و پنجمین نمونه به دمای HDT خود می­ رسند.

شکل (۲) ارائه­ ی تصویری حقیقی از قسمت­های مهم یک دستگاه اندازه ­گیری­ کننده درجه­ حرارت انحراف گرمایی

 

دستگاه با گرفتن میانگین از نتایج به­دست آمده، درجه انحراف گرمایی پلاستیک تحت آزمایش مشخّص می­ کند.

در جدول (۵) درجه حرارت خمیدگی یا واپیچی تعدادی از پلاستیک­های مهندسی و صنعتی نشان داده شده است.

 

                    جدول (۵) ارائه­ ی درجه حرارت خمیدگی یا واپیچی تعدادی از پلاستیک­های مهندسی و صنعتی

High ( °C)	Low ( °C)	Plastics	High ( °C)	Low ( °C)	Plastics
۲۳۲ ۳۶۰     ۱۳۵ ۱۷۴ ۲۳۲ ۲۷۱     ۶۶ ۹۱	۱۹۳ ۲۳۸     ۱۰۰ ۱۷۴ ۱۹۵ ۲۰۴     ۶۶ ۷۰	Polyimids PEI PI Sulfur containing polymrs PPS PSU PES PAS Aditional thermoplastics ANC TPU	۴۴ ۹۱ ۶۰   ۷۴ ۹۶ ۱۰۴ ۱۰۴ ۱۱۸   ۱۰۰ ۸۵   ۷۷ ۱۱۲   ۹۵ ۱۰۴ ۶۰ ۷۰   ۶۶ ۶۶ ۸۵ ۱۷۴ ۳۵۵ ۱۳۲   ۱۳۶ ۱۴۹ ۱۷۰ ۱۶۶   ۹۰ --- ۱۱۸	۳۸ ۷۹ ۴۵   ۷۶ ۷۷ ۹۳ ۱۰۱ ۱۰۱   ۶۸       ۷۵   ۶۰ ۹۴   ۶۸ ۷۵ ۴۰ ۳۵   ۲۱ ۶۳ ۵۰ ۱۱۰ ۱۸۰ ۱۲۱   ۸۵ ۱۰۷ ۱۶۲ ۱۶۰   ۴۶ ۱۲۶ ۵۴	Polyolefins LDPE HDPE PP Styrenics PS HIPS ABS SAN SMA Acrylics PMMA PVC/MA Polyvinylchlorides PVC CPVC Polyamids N6 N66 N11 N12 Polyesters PET PETG PBT PAR LCP PC Polyethers POM PPO PAEK PEEK Fluoroplastics PTFE CTFE PVDF

 

 

 

 

موارد کاربردی درجه حرارت واپیچی گرمایی

یکی از موارد مهم کاربرد پارامتر  HDTبرای پلاستیک­های گرمانرم در هنگام قالب­گیری تزریقی، تشخیص رسیدن  دمای مذاب پلیمری به درجه حرارت کمتر از HDT پلاستیک قالب­گیری شده در داخل قالب، و فرا رسیدن زمان مناسب برای خروج قطعه از قالب است، که از این نظر HDT پارامترهای بسیار مهم و کلیدی به حساب می­آید.

اگر هنگام سرد شدن قالب­ و بیرون آوردن قطعه از قالب، دمای پلاستیک بالاتر از HDT آن باشد، چون قطعه هنوز ثبات ابعادی خود را به ­دست نیاورده، در اثر تنش­ های وارد بر آن برای خروج از قالب، آسیب می ­بیند و به خاطر نیروهای وارد بر آن کج و  فرو رفته می­ شود.

ثابت شده است که از نظر قوام ثبات ابعادی پلاستیک­ها در برابر افزایش درجه حرارت، و عدم ایجاد نیروی پسماند در قطعه قالب­گیری شده، توجه به ویژگی HDT و رعایت آن از اهمیّت زیادی برخوردار است.  

در طراحی، جایگزینی، انتخاب پلاستیک­­ها و پیش­بینی صحیح خواصّ حرارتی یک قطعه­ ی پلاستیکی ویژگی HDT از جمله پارامترهای بسیار مهمی است که باید مورد رجوع و توجه قرار گیرد. 

این درجه حرارت در بین انواع و حتی گونه­های هر مجموعه از پلاستیک­ها تغییر می­کند و به تبع در کاربردهای آن­ها نیز تفاوت­ هایی مشاهده می­ شود.

هنگامی که یک ماده پلاستیکی در ساخت یک ماشین ظرف­شویی مورد استفاده قرار می ­گیرد و ایمنی کاربرد آن از سوی سازنده اعلام می­شود، در بر دارنده این حقیقت است که در حین عملکرد قطعات در تماس مستقیم با مواد شوینده و حرارت (تا حدود ۸۵ °C) دچار تعییرات ابعادی واپیچی نمی­شود، در حالی که ممکن است برخی از مواد پلاستیکی دیگر تا این درجه حرارت تاب بردارند، و شکل خود را از دست بدهند، و مطمئناً در دمای بالا مواد شوینده تاثیر تورمی و انحلالی روی گروهی از پلاستیک­ها خواهند داشت، که در طراحی قطعات این ماشین، پایداری شیمیایی قطعات در برابر شوینده در درجه حرارت عملکرد دستگاه در نظر گرفته شده است. 

 

منابع و مراجع

1. نعمتی سعید، شرح و بررسی ویژگی‌های شیمیایی، حرارتی و مکانیکی پلاستیک‌های گرمانرم مهندسی و فوق مهندسی، چاپ اول، انتشارات دادخواه، ۱۳۹۳٫
2. نعمتی سعید، کنترل کیفیّت پلاستیک­های گرمانرم، (مراحل ارزیابی را طی می­کند).
3. روش آزمون استانداردASTM D 648-06 برای اندازه­گیری درجه حرارت خمیدگی گرمایی پلاستیک­ها
4. روش آزمون استانداردASTM D 1525-06 برای اندازه­گیری درجه حرارت نرمی (ویکات) پلاستیک­ها
5. www.polymeresabz.com
6. Harper C.A, Baker A. M., Mead J. , Handbook of plastics, Elastomers and composites, fourth edition, McGraw-Hill, university of Massachusset, Massachusset.
7. MatWeb.com/reference/deflectio temperature.aspx.

سعید نعمتی

 

[۱] Vicat hardness

[۲] Short term

(تا حالا رای داده نشده است)
Loading...