تاريخ : پنجشنبه یازدهم آبان 1391 | 14:5 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

به نام خداوند

کتاب "آمیزه های پلیمری و استفاده از منحنی های کارایی برای مقایسه خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها" کتابی است که ایده اولیه آن در حدود شش سال پیش به وجود آمد و نهایتا با خلاصه برداری از حدود 20 مرجع ؛ به مرجعی برای دانشجویان و صنعتگران در آمده است تا از آن به عنوان دوره ای بر تکنولوژی پلیمر استفاده نمایند و نحوه مقایسه گریدهای مختلف مواد پلیمری را که به صورت تجاری به بازار عرضه شده اند را در قالب یک منحنی رادار که از آن به عنوان منحنی کارایی در این کتاب یاد می شود فراگیرند.

در ذیل مقدمه این کتاب قرار داده شده است. خوانندگان محترم می توانند در صورت تمایل؛ این کتاب را از واحد انتشارات شرکت ساپکو تلفن ۴۸۹۲۲۳۰۸ تهیه نمایند. 

مقدمه کتاب:

در این کتاب بر آنیم تا با مواد مختلف پلیمری و انواع هر یک آشنا شویم و راهکاری را برای مقایسه آنها با یکدیگر ارائه دهیم. لذا کتاب در دو بخش تدوین شده است . در بخش اول آشنایی با  پلیمرها و آزمونهای مرتبط با خواص فیزیکی مکانیکی ، دیتاشیتها و روشهایی برای تخمین خواص و آمیزه سازی بیان می گردد تا با این دانش در بخش دوم کتاب و با معرفی منحنی های پروفیل کارایی، گریدهای مختلف مواد پلیمری را با یکدیگر مقایسه نماییم.

 لذا با مروری سریع در فصل اول ، پلیمرها و انواع آنها و دلایل اختلاف ساختار مولکولی این ماکرو ملکولها بیان می گردد. با این آشنایی اولیه ، در فصل دوم خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها مورد تحلیل قرار گرفته استانداردهایی که برای بیان هر یک از این خواص مورد استفاده قرار می گیرد توضیح داده می شود و جایگاه و موقعیت مواد پلیمری در بین دیگر مواد مهندسی از قبیل مواد فلزی ، سرامیکها ، چوبها ، فومها و الاستومرها تشریح می گردد و مختصرا مطالبی در خصوص شرایط فرایندی پلیمرها بسته به ساختار آنها بیان می گردد.

 فصل سوم به معرفی چند سایت اینترنتی می پردازد که به کمک آنها می توان به دیتا شیت مواد پلیمری مورد نظر دست یافت.

از آن جایی که همواره تمامی اطلاعات فیزیکی مکانیکی مواد پلیمری در دیتا شیتها ارائه نمی شود و یا تولید کنند گان این مواد همیشه دیتا شیتهای کاملی را منتشر نمی سازند؛ و از سوی دیگر این اطلاعات در بر گیرنده شرایط عملیاتی و یا تولیدی ماده نمی باشد ؛ داشتن داده هایی خاص در شرایط آزمایشگاهی نمی تواند روند رفتاری خواص فیزیکی مکانیکی ماده را در طی شرایط مختلف به طور کاملی روشن سازد.  لذا در فصل چهارم روشهایی برای تخمین برخی از خواص فیزیکی مکانیکی با تغییرات دما بیان می گردد تا بتوان حدودی از این خواص را بر اساس دیگر پارامتر ها و یا گریدهای دیگر ماده تخمین و یا پیش بینی نمود.

 

محققین معتقدند که معمولا ایجاد یک فرمول ترکیبی با افزودن چند ماده مختلف به ساختار یک پلیمر و تهیه آلیاژهای پلیمری به مراتب ازتحقیقات آزمایشگاهی برای ایجاد یک پلیمر جدید آسان تر می باشد. این موضوع سبب گردیده است که علم آلیاژسازی پلاستیکها اهمیت زیادی یابد و لذا یکی دیگر از دلایل ایجاد تنوع  گریدهای مختلف مواد پلیمری، استفاده از فرمولاسیونهای مشخص مواد برای تولید ساده تر می باشد . این موضوع در فصل پنجم و ششم مورد دقت نظر قرار گرفته است. یقینا کاربرد قطعه و نقشی که طراحان در شکل قطعه ملحوظ می دارند با توجه به استحکام ، میزان انعطاف پذیری ، ضخامت قطعه و دیواره ها ، مقاومت به ضربه و خواسته های دیگری که کاربردی خاص ، آن را بر طراح الزامی می نماید مورد دیگری است که بعضا به ایجاد گریدهای مختلف پلیمرها کمک نموده است. کاربردهای جدید صنعتی و مسایل زیست محیطی و توجه به مواد نانو نیز مواردی است که محققان را به فکر ایجاد روزافزون گریدهایی با کارایی های بهتر و یا ارزانتر سوق می دهد.

 تولید کنندگان قطعات پلیمری آگاه هستند که مقایسه تک تک خواص هر گرید با گرید دیگر کاری وقت گیر می باشد و انتخاب یک گرید از بین چندین گرید و انتخاب مناسبترین گرید همواره با تردیدهایی همراه خواهد بود. لذا درفصل هفتم به بیان راهکاری ترسیمی برای مقایسه گریدهای مختلف یک پلیمر پرداخته می شود. در این روش که به نام روش ترسیمی پروفایل کارایی نامیده می شود ، با ترسیم هم زمان چندین خاصیت اصلی ماده پلیمری در قالب یک منحنی رادار ، این قابلیت را می توان ایجاد نمود که دو گرید مختلف ، همزمان از نظر خواص متفاوتی در  یک منحنی مقایسه گردند و تاثیر مواد افزودنی خاص و تاثیر همزمان آن در خواص مختلف فیزیکی مکانیکی هر دو ماده مورد بررسی قرار گیرد.

در فصول بعد یعنی فصلهای هشتم تا یازدهم با وارد شدن به مباحث تحقیقات بازار چهار پلیمر عمده یعنی پلی اتیلن، اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) ، پلی پروپیلن و پلی آمید ها ، ضمن بیان کاربرد های هر گرید، تا حد امکان منحنی کارایی گریدهای مختلف نسبت به هم ترسیم و مقایسه شده اند. در فصل دوازدهم نیز با توجه به مراجع در اختیار، مروری کلی بر دیگر پلاستیکهای مهندسی و آمیزه های آنها شده است؛ اگر چه هر روزه تحقیقات فزاینده ای برای تولید پلیمرها و گریدهای جدید می شود.

لازم به ذکر است که در تدوین فصل های هشتم تا دوازدهم، هدف بیان تمامی گریدهای پلیمرهای ذکر شده نبوده است و تنها به دلیل بیان تنوع در آمیزه های مختلف از برخی از مهمترین آنها در حد استطاعت نام برده شده است.

 

خاطر نشان می سازد که در این کتاب ، بیان تمام نکاتی که شاید بتوان از منحنی های پروفایل کارایی نتیجه گیری نمود مقدور نگردید و این امر موکول به مطالعات و تحقیقات بیشتری می باشد . در اینجا تنها به ذکر برخی از ایده هایی که می تواند توسط هر یک از پژوهندگان دنبال گردد اشاره می شود:

·    شاید بتوان از  این تکنیک برای تحقیق جایگزینی یک نوع پلیمر به جای گرید ماده پلیمری دیگر بهره جست. البته این امر منوط به در نظر گرفتن خواص اصلی قابل مقایسه هر دو گرید در منحنی کارایی و توجه به آزمونهای بلند مدت هر دو پلیمر می باشد.

·    از کاربردهای دیگر منحنی پروفایل کارایی، می تواند امکان سنجی وجود گریدی ویژه از ماده پلیمری برای  کاربردی خاص باشد. در این حالت اگر محدوده مورد انتظار در رنج مینیمم تا ماکزیمم  تمام خواص رسم شده در منحنی پروفایل کارایی قرار گیرد، احتمال یافتن گریدی در بین گریدهای تولید شده آن ماده وجود دارد.

·    معمولارد شدن برخی از آزمونهای مندرج در مدارک فنی یک قطعه ، قطعه سازان را به سمت استفاده از گریدهای با قیمت بالاتر  که دارای خواص مکانیکی بالاتری می باشند سوق می دهد،  فارغ از این که شاید با همان تکنیکی که تولید کنندگان از مستربچ در تولیدات خود استفاده می نمایند بتوان برای یافتن راهکاری ارزان قیمت تر، برای تولید محصول مورد نظراقدام کرد ؛ مشروط بر این که این مواد با درصد مشخص، در یکدیگر امتزاج پذیر باشند.

·    دیگر از پرسشهای همراه با تردید تولید کنندگان و مهندسین استفاده از مواد ضایعاتی به همراه مواد اصلی و نو می باشد. شاید بتوان با ترسیم همزمان اطلاعات مواد نو و بازیافتی در یک منحنی پروفایل کارایی ، به صورت تقریب روشی را برای  یافتن درصد مواد بازیافتی به مواد نو پیدا کرد که بر خلاف روشهای سعی و خطای فعلی و عدم اطمینان از دقت نتیجه، راهکاری حدودی را با استفاده از روش پروفایل کارایی بدست دهد.

 

امیدوارم خوانندگان محترم اینجانب را با راهنمایی های خود در جهت بهبود مطالب درج شده در چاپهای آتی مورد لطف و عنایت خود قرار دهند.


 فصل اول : پلیمرها و عوامل موثر بر خواص فيزيكي مكانيكي آنها

فصل دوم: خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

فصل سوم: آشنایی با دیتا شیتهای مواد پلیمری

فصل چهارم: روشهایی برای تخمین خواص فیزیکی مکانیکی مواد پلیمری

فصل پنجم: آلیاژهای پلیمری و نقش مواد افزودنی

فصل ششم: آمیزه سازی

فصل هفتم : روش پروفایل کارایی برای مقایسه گریدهای مختلف مواد پلیمری

فصل هشتم : آشنایی با گریدهای مختلف پلی اتیلن

فصل نهم : آشنایی با گریدهای مختلف ABS

فصل دهم : آشنایی با گریدهای مختلف پلی پروپیلن

فصل یازدهم : آشنایی با گریدهای مختلف پلی آمیدها

فصل دوازدهم : آشنایی با سایر ترموپلاستیکهای مهندسی و آمیزه های آنها


برچسب‌ها: آميزه هاي پلیمري, منحنی کارایی, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها, مقایسه مواد پلیمری

تاريخ : سه شنبه بیستم اسفند 1392 | 9:57 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

مطالب ذیل برگرفته از سایت http://web.rtpcompany.com می باشد.

  • Sprue/Cold Material Trap
    • Sprue Puller
    • Cold Material Trap 
  • Molding Conditions

    • Drying
    • Barrel Temperature
    • Melt Temperature
    • Mold Temperature
    • Injection Pressure
    • Back Pressure
    • Injection Speed
    • Screw RPM
  • General Processing Tips
    • Compounds with Fillers
    • Compounds with Fibers
  • Tips to Improve Mechanical Properties
    • Tensile Strength
    • Tensile Elongation
    • Flexural Modulus
    • Flexural Strength
    • Notched IZOD Impact
    • Shrinkage
    • Warpage
    • Regrind Usage
  • Tips to Improve Surface Conductivity
    • Compounds with Conductive Fillers
    • Compounds with Conductive Fibers

 

Standard Molding Equipment

 Machine Type

We recommend using a screw injection machine for molding reinforced thermoplastics. A screw injection machine improves melt homogeneity, reduces variations in the molded parts, and minimizes degradations and cold spots of the polymer melt.

Machine Size

The machine should be sized to use approximately 50-70% of machine barrel capacity per shot. This maintains a short barrel residence time and eliminates material degradation. The machine should have adequate clamp pressure to obtain 4-8 tons per square inch (55-110 newtons per mm2) of projected surface area. Generally, a reinforced material requires 50-70% higher clamping pressures than a nonreinforced polymer of the same type.

Molding Conditions

 Drying

Successful molding of reinforced thermoplastics requires adequate drying. Inadequate drying can cause extremely erratic molding conditions and less than perfect molded parts. Excessively wet materials outgas and can undergo a viscosity change during processing. This may cause brittleness, blisters, voids, silver streaking and poor surface finish. RTP Company materials are dried prior to packaging in moisture resistant containers. However, we recommend thoroughly drying the materials in a dehumidifying type dryer. This is important with hygroscopic materials but can also be essential for non-hygroscopic materials. Condensed surface moisture can dramatically affect high temperature molded parts. The recommended drying times in Processing Conditions section are provided as guidelines; however, an actual moisture check is necessary.

Barrel Temperature

Refer to Processing Conditions section for recommended starting temperatures. Typically the rear zone/zones are set 10-20 degrees F (6-12 degrees C) cooler than the front zone and nozzle. Some modifications may be needed depending on part size and configuration.

Melt Temperature

Refer Processing Conditions section  for recommended starting temperatures.

Mold Temperature

Refer Processing Conditions section for recommended starting temperatures. Normally, reinforced materials require higher mold temperatures than nonreinforced materials. Higher mold temperatures will achieve a smoother, more blemish-free surface by providing a resin rich skin on reinforced materials.

Injection Pressure

Injection pressure should be set low initially and increased to the point of filling the part just short of causing flash. Maximum pressure without flash generates optimum physical properties for your RTP Company material.

Back Pressure

Low back pressure (approx. 50 psi or 0.34 MPa) minimizes fiber breakage and property deterioration.

Injection Speed

Generally, the fastest possible cavity fill time is best. This minimizes glass orientation and maximizes weld line integrity.

Screw RPM

The lowest possible rpm is recommended to minimize fiber breakage and screw recovery should be set accordingly. Slower rpm's result in a more uniform melt by minimizing shear heat buildup.

General Processing Tips

Compounds with Fillers

Barrel Temperature     

Slightly higher than unfilled resin

Mold Temperature

Mineral slightly higher than unfilled resin; carbon black higher than mineral filled

Injection Pressure

Must be higher than unfilled resin because of higher viscosities

Back Pressure

50-100 psi (0.34-0.69 MPa)

Injection Speed

1-2 in/sec (25-50 mm/sec)

Screw Speed

60-90 rpm

 

Compounds with Fibers

Barrel Temperature     

Glass fiber slightly higher than particulate; carbon fiber slightly lower than unfilled resin

Mold Temperature  

Glass fiber higher than particulate; carbon fiber higher than glass or particulate

Injection Pressure

Must be higher than unfilled resin because of higher viscosities

Back Pressure

50-100 psi (0.34-0.69 MPa)

Injection Speed

Slowest speed without sacrificing appearance

Screw Speed

Minimum speed without causing delays in molding cycles

 

Tips to Improve Mechanical Properties

 Tensile Strength

  • Use hotter mold temperatures
  • Use high injection speed
  • Avoid high melt temperature
  • Injection pressure has little effect

Tensile Elongation

  • Use hotter mold temperatures
  • Avoid high melt temperature

Flexural Modulus

  • Use higher melt temperatures
  • Use high injection speed
  • Injection pressure has only moderate effect

Flexural Strength

  • Use hotter mold temperatures
  • Avoid high melt temperature
  • Injection pressure has only moderate effect

Notched IZOD Impact

  • Use hotter mold temperatures (cold mold can cause 50% loss in impact strength)
  • Avoid high melt temperature

Shrinkage

  • Use cold mold to reduces shrinkage
  • Use high injection pressure
  • Avoid high screw rpm
  • Avoid high melt temperatures

Warpage

  • Use longer hold time reduces warpage
  • Reduce stress with high mold and melt temperatures

Regrind Usage

Generally, 20% regrind is acceptable. There are times when no regrind is permissible. The application should always be thoroughly tested. Regrind should always be kept clean, dry and uniformly mixed with the virgin material.

Tips to Improve Surface Conductivity

Compounds with Conductive Fillers

The parts may look beautiful but not be functional in static dissipative applications. The following processing conditions are important to successfully molding good, conductive parts.

  1. All resins containing carbon black should be dried.
  2. Slower fill rates improve surface conductivity. Fill rates less than 1 inch (25.4 mm) per second generally work best. Decreasing the fill speed has little effect when using subgates.
  3. Higher melt temperatures and slower fill speeds tend to layer the carbon black particles on the part surface. A more conductive carbon black part typically has a more mottled, duller surface. A glossier surface is more resin rich and usually less conductive.
  4. Decreased packing usually increases surface conductivity. Short shots can have much higher levels (one or two magnitudes) of surface conductivity, especially if measured at the edge of the flow front where the carbon particles lay closest to the surface.
  5. Typical molding is usually less conductive near the gate and more conductive away from the gate, (i.e. 1K - 2K ohms with carbon black).
  6. Mold temperature does not have a significant effect on conductivity.
  7. Surface conductivity is usually independent of back pressure and screw speed.

Compounds with Conductive Fibers

Conductive materials based on carbon fiber typically require opposite molding conditions from conductive fillers.

  1. Use the base resin drying requirements for carbon fiber reinforced compounds.
  2. Increasing the fill speed usually increases surface conductivity 105 to >104 ohms/sq. (Caution: Excess fill speeds can break up carbon fibers and reduce mechanical properties.) All corners in the flow path should have generous radii.
  3. With carbon fiber, high melt temperatures decrease surface resistivity (thereby increasing conductivity) because they increase the degree of packing. Short shots in carbon fiber are typically non-conductive.
  4. A typical carbon fiber molding is more conductive near the gate.
  5. Mold temperature does not have a significant effect on conductivity.
  6. Back pressure and screw speed should be kept as low as possible, i.e. 25-50 psi (0.17-0.34 MPa) and 20-40 rpm respectively.

 

     Processing Conditions


برچسب‌ها: تولید قطعات تزریقی

تاريخ : دوشنبه نوزدهم اسفند 1392 | 19:47 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

Injection molds must be properly designed to ensure quality plastic components. Mold design impacts productivity and profitablity of your molding operation. This section offers guidelines for designing an effcient injection mold.

  • Sprue/Cold Material Trap
    • Sprue Puller
    • Cold Material Trap
  • Runner Design
    • Main Runner
    • Secondary Runner
  • Gate Design
    • Submarine or Tunnel Gate
    • Pinpoint or Restricted Gate
    • Fan or Edge Gate
    • Tab Gate
    • Sprue Gate
    • Flash Gate
    • External Ring Gate
    • Internal Ring Gate
  • Thick to Thin Wall Gating
  • Adjoining Walls
  • Ribs
    • Rib Details
    • Boss or Rib
    • Support Ribs
  • Bosses & Gussets
    • Free Standing Boss (4 Gusset)
    • Free Standing Boss (2 Gusset)
  • Two Plate Mold
  • Three Plate Mold
  • Insulated Runner Mold
  • Venting & Cooling Design
    • Cooling & Ejector Pins
    • Venting
  • Living Hinge Design

Sprue Puller

An area used to pull sprue out of the bushing as the mold opens.

Sprue/Cold Material Trap

Sprues connect the nozzle of the injection molding machine to the main runner or cavity. The sprue should be as short as possible to minimize material usage and cycle time. The bushing should have a smooth, tapered internal finish that has been polished in the direction of the draw to ensure clean separation of the sprue and the bushing.

Cold Material Trap

A space provided to trap cooled material during flow.

Sprue/Cold Material Trap

Sprues connect the nozzle of the injection molding machine to the main runner or cavity. The sprue should be as short as possible to minimize material usage and cycle time. The bushing should have a smooth, tapered internal finish that has been polished in the direction of the draw to ensure clean separation of the sprue and the bushing.

Main Runner

A channel that connects the sprue to the gate or part.

Runner Design

Runner systems convey the melted plastic from the sprue to the gate or part. The most efficient profile for a runner is circular (full-round). A less expensive, yet adequate, profile is a trapezoid, with tapers as shown in the diagram to ensure a good volume-to-surface area ratio. Half rounds are not recommended because of their poor perimeter to area ratio.

Secondary Runner

A runner system located between the main runner and the molded part.

Runner Design

Runner systems convey the melted plastic from the sprue to the gate or part. The most efficient profile for a runner is circular (full-round). A less expensive, yet adequate, profile is a trapezoid, with tapers as shown in the diagram to ensure a good volume-to-surface area ratio. Half rounds are not recommended because of their poor perimeter to area ratio.

Gate Design

The gate serves as the entrance to the cavity and should be designed to permit the mold to fill easily. A cavity can have more than one gate. Gates should be small enough to ensure easy separation of the runner and the part but large enough to prevent early freeze-off of polymer flow, which can adversely affect the consistency of part dimensions. A variety of gate designs and locations are shown below:

  • Submarine or Tunnel Gate
  • Pinpoint or Restricted Gate
  • Fan or Edge Gate
  • Tab Gate
  • Sprue Gate
  • Flash Gate
  • External Ring Gate
  • Internal Ring Gate

Submarine or Tunnel Gate

An edge gate located below the parting line or molded surface.

Pinpoint or Restricted Gate

A restricted opening between the runner and molded part. Normally used with thin wall parts.

 Fan or Edge Gate

A common gate located in the sidewll of the part to prevent restriction of resin flow. Normally used with multi-cavity, two-plate molds.

 Tab Gate

Used for melt orientation when a large volume is needed for mold fill. The tab helps avoid surface splotches due to high shear, direct gating, or jetting.

 Sprue Gate

Recommended for single cavity molds requiring symmetrical filling. Usually used with circular parts.

 Flash Gate

A long, shallow, rectangular edge gate.

 External Ring Gate

A sysem used when concentricity and a smooth interior surface are important. Can be used in multi-cavity molds.

 Internal Ring Gate

A System used with large circular parts when concntriciy and smooth outer surface are required. Can only be used with single-cavity molds.

Thick to thin Wall Gating

Avoid sudden changes in wall thickness by using transition zones to eliminate stress concentrations and reduce sinks, voids, and warping in the molded part.

Adjoining Walls

The connection point between two molded surfaces.

Ribs

Ribs should follow the proportional thickness guidelines shown below. If the rib is too thick in relation to the part wall, you may experience sinks, voids, warpage, weld lines, and longer cycle times. Position ribs in the line of flow to improve filling and prevent air entrapment.

  • Rib Details
  • Boss or Rib
  • Support Ribs

Rib Details

 Boss or Rib

A reinforced or protrusion on a mold part for strength or alignment during assembly or fastening.

 Support Ribs

 Bosses & Gussets

Bosses are used in parts that will be assembled. Connect the boss to a wall or rib with a connecting rib as shown in Figure 1. If the distance of the boss from the wall makes a connecting rib impractical, design the boss with gussets as shown in Figure 2.

  • Free Standing Boss (4 Gusset)
  • Free Standing Boss (2 Gusset)

Free Standing Boss With Four Gussets

 Free Standing Boss With Two Gussets

Two Plate Mold

Three Plate Mold

Insulated Runner Mold

 

Venting & Cooling Design

Cooling

Molds must be provided with adequate cooling to take advantage of the faster cooling rates of reinforced compounds. Poor cooling results in rising mold temperatures and longer cycle times. Inadequate heating can result in voids, shorts and poor surface finish. Cooling and heating channels should be located directly in the mold inserts and cores if mold design permits.

Ejector Pins

Should be located on the heaviest sections of the part to minimize distortion when it leaves the core. They should be balanced as much as possible over the part's surface. Reinforced thermoplastics require more pins due to lower mold shrinkage and greater potential for drag during ejection.

 Venting

Proper venting of cavities is very important. Inadequate venting can result in gas burns, poor weld line strength and nonfilled parts. Too much venting can result in excessive flash and poor weld lines due to inadequate pressure buildup. Venting should primarily be located at the last point of fill and where weld lines occur. Vent size depends on the viscosity of the polymer and can vary from 0.0005 - 0.0030 in (0.0127 - 0.0762 mm) deep. Venting can also be used around knockout pins, moving cores and mold inserts.

Living Hinge

This design is simply a modification of a flash gate into a cavity. The web will neck down the first time it is flexed. To ensure a good flex life, the hinge should be flexed several times immediately after being molded, since orientations of the web is what gives it strength.

For use with polypropylene and polyethylene resins only.

 


برچسب‌ها: طراحی قالب پلاستیک

تاريخ : دوشنبه نوزدهم اسفند 1392 | 19:14 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

مطلب زير برگرفته از سايت http://web.rtpcompany.com مي باشد.

When processed properly, Long Fiber Compounds retain their fiber length during molding. Correct processing is critical to maintaining high-quality parts; breaking the fibers during processing can result in sharply reduced material properties.

These molding guidelines are offered as suggestions and may be subject to modification, depending on your specific material or design.

  • Engineering Design Considerations
  • Comparison of Long & Short Fiber Pellets
  • Equipment Considerations
    • Three Piece Screw Tip Ring Valve
  • Tooling Considerations
  • Processing Considerations
  • Molding Temperatures
  • Minimizing Wear in Processing Equipment
  • Drying Long Fiber Compounds
    • Typical Dehumidifying Closed System for Drying Long Fiber Compounds
  • Regrind

Engineering Design Considerations

RTP Company's Long Fiber Compounds produce tough, yet lightweight injection molded parts. The property advantages of the long fibers make these materials ideal replacements for metal. The reinforcement additives such as glass, aramid, carbon, and stainless steel fibers require design considerations very similar to that required by short fiber reinforced materials. These reinforcing fibers provide the higher mechanical properties needed for metal replacement by acting in an anisotropic manner (directionally non-uniform).

To maximize the benefits of Long Fiber Compounds, gate location should be evaluated for alignment of optimum mechanical properties relative to the part's structural requirements. Other issues such as placement of weld lines in the part design need to be considered much in the same manner as short fiber reinforced materials.

Comparison of Long & Short Fiber Pellets


Characteristics of RTP Company's long fiber pellets

  • 0.43 in/11 mm long
  • 0.12 in/3 mm diameter
  • Parallel fibers run length of the pellet
  • Fibers encapsulated with resin



Characteristics of short fiber pellets

  • Pellets typically 0.12 in/3 mm long
  • Fibers typically 0.04 in/1 mm long
  • Random fibers varying in length and orientation

Equipment Considerations

A general purpose screw that utilizes a typical three-zone style is best for processing RTP Company Long Fiber Compounds. The screw has three sections: feed, compression, and metering. Metering should be done with an L/D ratio of 16:1 to 22:1, with a low compression ratio of 2:1 to 2.5:1.

A 100% 'Free Flow' fluted screw tip valve assembly is required to allow smooth melt flow. The nozzle/sprue orifice should have generous dimensions (0.250in/5.56mm) and be without sharp edges or severe convolutions. Do not use internally tapered tips or tips without a constant diameter pathway.

Material construction for screws and barrels can be the same as for standard reinforced materials.

Three Piece Screw Tip Ring Valve

Tooling Considerations

  • Full round runners with a diameter of 0.25 in (5.56 mm) are preferred
  • Runners should have no sharp corners
  • Minimum gate thickness of 0.080 in (2 mm)
  • Sprues as short as possible, with initial diameter of 0.25 in (5.56 mm), tapered to 11/32 in (8.73 mm)
  • Open channel type hot runner systems are acceptable
  • Use same materials for molds as for other reinforced materials

Processing Considerations

  • Feed throat from hopper to machine must have sufficient opening to prevent bridging of long pellet composition
  • Reverse barrel profile to 'pre-soak' or 'soften fibers'
  • Minimum back pressure should be used, typically 25-50 psi (0.17-0.34 MPa)

Molding Temperatures

Refer to the Processing Conditions section of this website for recommended starting temperatures. Normally, reinforced materials require higher mold temperatures than non-reinforced materials. This helps achieve a smoother, more blemish free surface by providing a resin rich skin on the molded part.

Minimizing Wear in Processing Equipment

Highly-filled engineering plastics can cause wear on conventional steel molds constructed with insufficient hardness. Of the factors causing wear, fiberglass content has the most influence with a Mohs hardness of 5 to 7. Comparatively, carbon fiber has a Mohs hardness of 2, and common tool steels have a hardness of 4.

Wear can be minimized by proper processing and properly hardened tool steel cavities, cores, runner systems and sprue bushings. Cavities must be vented at the end of fill to minimize trapped gasses, which could cause pitting from high temperatures. Gates can be affected by the fast injection speeds used in processing glass-filled Long Fiber Compounds. These speeds can cause high temperatures and a loss of hardness.

The mold cavity and core finish play an important role in tool longevity, and machining marks have been shown to accelerate wear. A 4 microinch (0.0001 mm) or better finish is recommended for high production cores and cavities. Gates should be hardened and replaceable to obtain mold longevity.

Many tool steels are able to resist the erosion caused by glass filled materials. The choice of tool steel is dictated by economics, location within the mold and life expectancy required.

The following are tool steels with good abrasion resistance:

  • A-2 Steel resists serious abrasion when hardened to 58-60 Rockwell C(Rc)
  • D-2 Steel contains more chromium, is more resistant to abrasion, and is somewhat harder to machine than A-2. D-2 is limited to smaller components due to its brittleness.

Mold plating is an excellent way to improve the service life of a mold. Effective abrasion-resistant coatings include electroless nickel plating, slow deposition dense chrome, and nye-carb plating.

For long production molds, A-2 or D-2 tool steel hardened to Rockwell C~60+ is recommended. Of these, A-2 steel is a little more flexible and forgiving. For low volume runs, S-7 and H-13 are acceptable softer steels.

Drying Long Fiber Compounds

Moisture may be present in some materials, either on the surface or absorbed by the resin system. Without proper drying, this moisture may be converted to steam in the injection cylinder and cause blisters, splay, internal voids, and lamination of the molded part's surface. Undried hygroscopic materials can suffer degradation of properties.

Typical Dehumidifying Closed System for Drying Long Fiber Compounds

In the hopper, the drying units force hot dehumidified air through the plastic granule by way of a closed air circulating system. The moisture is removed by the sieve desiccant, which traps the moisture molecules. The dry air is then heated to a preset temperature and delivered to the material in the insulated hopper.

The majority of water is absorbed in the initial contact with the desiccant bed. When the bed becomes saturated, it is regenerated by heating to more than 500 degrees F (290 degrees C), purging itself of moisture. Properly maintained dryer systems give consistently dry resin, higher yields, and improved stream time, which can yield greater profits. Desiccants should be replaced every two years, and dryer filters should be checked and cleaned once each shift to insure adequate air flow to the bed.

Regrind

Regrind materials may be used to a maximum level of 5% without significantly changing Long Fiber Compound properties. Higher percentages reduce average fiber length, negatively affecting impact resistance and other structural properties. Accurately mix ground runners, sprue, and rejects with the virgin pellets, being careful to keep the mixture free of contamination.

 

 



تاريخ : چهارشنبه بیستم دی 1391 | 17:4 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی
سلام

در این مقاله قصد دارم تا یکی از سایتهای مفید در زمینه پلیمر به نام British Plastics Federation که به صورت اختصار BPF نامیده می شود و دارای آدرس دسترسی http://bpf.co.uk می باشد را معرفی نمایم. نمای کلی این سایت در شکل (۱) نمایش داده شده است:

شکل (۱) نمای سایت British Plastics Federation

معرفی امکانات این سایت را متعاقبا معرفی خواهم نمود.



تاريخ : شنبه بیست و پنجم آذر 1391 | 20:27 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی
با سلام

شاید شما نیز مایل باشید تا برای قیمت دادن کالای تولید خود و یا خرید مواد اولیه پليمري مورد نیازتان ؛ حدودی از قیمت های فعلی مواد اوليه تان را از طريق جستجو در سايتهاي اينترنتي بدست آوريد.

ساده ترين اين سايتها سايت پرشين پلاستيك با آدرس http://www.persianplastic.com مي باشد. در شكل (۱) نماي اين سايت نشان داده شده است:

 شكل (۱) نماي سايت پرشين پلاستيك

 

سايت پرشين پلاستيك با توجه به منابعي كه در اختيار دارد به صورت روزانه قيمتهاي مواد پليمري داخلي و خارجي را به روز مي كند. شما به راحتي مي توانيد برخي از قيمتهاي مواد پليمري داخلي و خارجي  را در قسمت منوي تبليغاتي كه در زير منوي اين سايت به صورت گذري نمايش داده مي شود ملاحظه نماييد. البته شايد قيمت ماده مورد نظرتان عليرغم آن كه در اطلاعات اين سايت وجود دارد به صورت فوق به نمايش در نيايد كه استفاده از فيلتر شكن شايد در اين خصوص بتواند به شما كمك كند.

البته اگر نياز به خريد پليمر مورد نظر خود را داريد از آن جايي كه اين سايت به خريد و فروش مواد پليمري نيز اقدام مي كند مي توانيد از منوي اجناس قابل فروش به ليستي از مواد موجود در اين سامانه دسترسي پيدا كرده و از طريق تماس تلفني با شماره ۸۸۷۴۱۰۱۱  با مسئولين اين سايت از كم و كيف قيمت مواد به صورت دقيق بر حسب ميزان سفارشتان مطلع گرديد.

 عليرغم اين كار همچنين برخي از قيمتها نيز در منوي قيمت مواد صنعتي به صورت جدول با ذكر نام و گريد كالا در اختيار كاربر قرار داده شده است (شكل (۲))

شكل (۲) ارائه قيمت گريدهاي مواد پليمري در سايت پرشين پلاستيك

 

از ديگر منابعي كه مي توانيد قيمت مواد پليمري را به دست آورید مراجعه به سايت شركت بورس كالاي ايران به آدرس http://new.ime.co.ir مي باشد . شما به راحتي مي توانيد اطلاعات مربوط به هر ماده اي كه در بورس عرضه مي شود از جمله مواد پليمري را بر حسب تاريخ در اين سايت جستجو نماييد و از آخرين قيمتهاي عرضه مواد در بورس اطلاع حاصل نماييد. مسلما اطلاع داريد كه قيمت های خرید و فروش در كف بازار با آن چه در بورس كالا معامله مي شود متفاوت است و لذا اين سايت فقط مي تواند قيمتهاي عرضه شده در بورس را در اختيارتان قرار دهد.

براي مشاهده قيمتها از منوي بالاي اين سايت منوي معاملات و عرضه ها را انتخاب نماييد.  براي سهولت دسترسي به اطلاعات ٬ گزينه گزارشهاي پيشرفته و سپس گزارشهاي تاريخي و يا تحليلي را مطابق شكل (۳) انتخاب نماييد.

شكل (۳) منوي معاملات و عرضه ها از سايت بورس كالاي ايران

 

با اين كار صفحه ای در برابر شما ظاهر خواهد شد كه اطلاعات کلیه مواد معامله شده در بورس را در تاریخ مشخص شده نمایش می دهد. لذا برای محدود كردن جستجو به مواد پلیمری ٫ از فيلدهاي موجود مطابق شكل (۴) می توانید به قيمتهاي كالاي عرضه شده در بورس دسترسي پيدا نماييد.

شكل (۴) فيلدهاي جستجو براي يافتن قيمت ماده پليمري در سايت بورس كالاي ايران

 

 همان گونه که در شکل (۴) ملاحظه می فرمایید محدوده جستجو به محصولات پتروشیمی و نفتی و  زیر گروه مواد پلیمری محدود شده است . کاربر این امکان را دارد که از لیست بعدی محدوده جستجوی خود را به نام پلیمر و مجتمع تولید کننده آن نیز محدود نماید. همچنین گزارش خروجی می تواند به صورت نمایش و یا فایلی در فرمت اکسل باشد تا با توجه به خواسته کاربر و امکانات موجود در نرم افزار اکسل گزارشات خاص تهیه گردد.

در خصوص يافتن قيمتهاي مواد پليمري برخي از بلاگها نيز با توجه به اطلاعات بورس و قيمت بازار در حال فعاليت مي باشند كه از آنها مي توان به بلاگ "ايران پليمر" با آدرس http://www.iranpolimer.blogfa.com اشاره كرد كه شمايي از اين بلاگ در شكل (۵) نمايش داده شده است.

شكل (۵) نماي بلاگ ايران پليمر

 


برچسب‌ها: قیمت مواد پلیمری, سایتهای حاوی اطلاعات پلیمری

تاريخ : چهارشنبه بیست و دوم آذر 1391 | 18:12 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

دماي خمش تحت بار دمايي است كه در آن ماده پليمري كه تحت اعمال نيرو قرار گرفته است، در برابر خمش از خود آن قدر مقاومت نشان دهد تا ميزان تغيير شكل در آن به حد مشخصي برسد. اين دما ، دماي خمش تحت بار (DTUL) يا دماي انحراف حرارتي (HDT) ناميده مي‌شود و توسط استانداردهاي ASTM D648 و ISO 75 قابل اندازه گيري مي‌باشد. دماي خمش معمولاً تحت دو شرايط اعمال نيرو MP46/0  (psi 66) و MP8/1  (psi 264 ) صورت مي‌گيرد. در استاندارد ASTM D648 دماي خمش به ازاء 01/0 اينچ يا 25/0 ميليمتر تغيير شكل خمشي در ماده اندازه گيري مي‌شود.

نحوه اندازه گيري دماي خمش تحت بار در شكل (۱) نمايش داده شده است.

شكل (۱)  نحوه اندازه گیری دمای خمش تحت بار

 اگرچه مقادير حاصل از آزمون HDT به تنهايي نمي تواند به عنوان فاكتوري براي طراحي قطعات پلیمری به كار رود اما اين دما مقادیر مفيدي را بدست مي‌دهد كه مي تواند حد بالايي دماي استفاده از پليمري كه تحت شرايط اعمال نيرو قرار مي گيرد را معين نمايد. مسلماً شكل قطعه و سرعت افزايش دما بر عملكرد قطعه موثر خواهند بود.

جدول (۱) متوسطي از مقادير آزمون HDT را در تحت بار  MP46/0 و  MP8/1 و مقايسه آن با نقاط ذوب چند نوع پليمر را بدست مي‌دهد. اين مقادير به نوع رزين پايه و اينكه ماده پليمري توسط الياف تقويت شده باشد  بستگي دارد. ملاحظه می گردد درخصوص پليمرهاي مهندسي تقويت شده با الياف شيشه يا كرين دماي خمشي به نقطه ذوب رزين پايه نزديك مي‌باشد.

جدول (۱) متوسط مقادیر HDT در چند نوع پلیمر

نام پلیمر

دمای خمش تحت بار

0.46 MPa

  (درجه سانتیگراد)

دمای خمش تحت بار

 1.8 MPa

(درجه سانتیگراد)

دمای ذوب

(درجه سانتیگراد)

ABS

98

88

-

ABS +30% Glass Fiber

150

145

-

Acetal Copolymer

160

110

200

Acetal Copolymer +30% Glass Fiber

200

190

200

Acrylic

95

85

130

Nylon 6

160

60

220

Polyamide-Imide

220

200

220

Polycarbonate

140

130

-

Polyethylene, MDPE

85

60

130

Polyethylene Terephthalate

70

65

250

Polyimide

250

230

250

Polyimide + Glass Fiber

100

70

160

Polypropylene

170

160

170

Polystyrene

95

85

-

شکل (2) منحنی شماتیکی را که در آن دمای خمش تحت بار بر اساس تست ضربه رسم شده است را نشان می دهد. ملاحظه می گردد که پلیمرهای مهندسی در مقایسه با پلیمرهای عمومی از HDT بزرگتر و مقاومت ضربه پذیری کمتری برخوردارند. این منحنی همچنین اثر طراحی در قطعه و اثر آن بر تست ضربه پذیری را برای پلیمری مانند پلی کربنات و نیز تاثیر رطوبت در پلیمرهایی که به جذب آب حساس می باشند را  نشان می دهد.

شکل (2) منحنی دمای خمش تحت بار بر اساس مقاومت ضربه پذیری و مقایسه پلیمرهای مهندسی و عمومی با یکدیگر

 


برچسب‌ها: دمای خمش تحت بار, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

تاريخ : سه شنبه بیست و یکم آذر 1391 | 20:14 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

يكي از مشخصات حائز اهمیت در انتخاب مواد پلیمری، محدوده دمایی است که در بالاتر ازآن، پلیمر حالتی نرم به خود می‌گیرد. این دما را نقطه نرمی می‌نامند. روش‌های مختلفی برای بیان نقطه نرمی وجود دارد. یکی از این روش‌ها که مطابق با استاندارد B2782 صورت مي‌گيرد، روش Cantilever نامیده می‌شود. در این روش، میزان انحراف نمونه‌ای که به آن به صورت افقی وزنه­اي آویزان شده و درون حمامی قرار گرفته است، اندازه‌گیری می‌شود. دمای حمام، به تدریج افزایش می‌یابد و دمایی را که نمونه مورد آزمایش به 30 درجه خمش برسد، به عنوان نقطه نرمی گزارش می‌شود. (شکل۱).

 

شکل ۱. اندازه‌گیری نقطه نرمی به روش Cantilever  مطابق با استاندارد B2782

 روش دیگر بیان نقطه نرمی، روش Vicat است که بر اساس استانداردهای ASTM D1525  و  ISO R306 اندازه‌گیری می‌شود. در این روش نمونه را زیر سوزنی قرار مي‌دهند که بر روی آن وزنه‌اي مشخص نصب شده و کل مجموعه را درون حمام مایعی خاص جاي مي‌دهند. دمای حمام به تدریج افزایش می‌یابد. دمایی که در آن، سوزن به میزان یک میلی‌متر در نمونه نفوذ كرده باشد، دمای نرمی Vicat گزارش می‌شود.

 

شکل2. روش اندازه‌گیری نقطه نرمی به روش Vicat مطابق با استاندارد ASTM D1525  و  ISO R306

 نقطه نرمی می‌تواند محدودیتی در انتخاب یک پلیمر باشد. لذا مهندسان طراح برای جبران این ضعف، از آلیاژسازی پلیمر با مواد افزودنی تقویت‌کننده، استفاده می‌كنند. نکته حائز اهمیت در این خصوص تاثیري متفاوت ااست که مواد افزودنی، بر میزان نقطه نرمی پلیمرهای آمورف و پلیمرهای نیمه کریستالین می‌گذارند. شکل ۳، این تفاوت را به صورت شماتيك نشان می‌دهد. همان گونه که ديده مي‌شود، مواد آمورف، افزودن الیاف شیشه، منحنی تغییرات نقطه نرمی را به میزان 10 تا 20 درجه جابجا می‌‌‌كند. اين عمل در مواد نیمه کریستالین، منجر به افزايش دمای نرمی به ميزان 65 تا 170 درجه سانتی‌گراد مي‌شود. این مسئله می‌تواند راهکاری برای افزایش نقطه نرمی پلیمرهای نیمه کریستالین باشد.

 

شکل ۳ . اثر الیاف شیشه بر پلیمرهای آمورف و نیمه کریستالین


برچسب‌ها: نقطه نرمی, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

تاريخ : سه شنبه سی ام آبان 1391 | 20:5 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

اگرچه برخی پلیمرها به دليل مقاومت بهتر آنها، در مقابل خوردگي مورد استفاده قرار مي گیرند، ولي ممكن است تماس آنها با عوامل محيطي و شيميايي، سبب گردد تا به دليل درهم ريختگي ساختمان شيميايي ، آنها با تخريب مواجه گردند.(شکل (۱))

شکل (۱) تقسیم بندی برخی از پلیمرها بر حسب مقاومت به محیط های شیمیایی

 

اگرچه برخی پلیمرها به دليل مقاومت بهتر ، در مقابل خوردگي مورد استفاده قرار مي گیرند، ولي ممكن است تماس آنها با عوامل محيطي و شيميايي، سبب گردد تا به دليل درهم ريختگي ساختمان شيميايي ، آنها را با تخريب مواجه نماید.

از عوامل محيطي مي توان به رطوبت . تشعشعات اشعه ماوراي بنفش و حتي اثر حرارت و تنش در خلال عمليات قالبگيري اشاره نمود. شکل (2) نیز محدودیت دمایی استفاده از پلیمرها را نشان می دهد. حضور حلالها و يا حتي آب خصوصاً در زمان اعمال تنش نيز مي تواند بر تخريب مولكولي پلیمرها موثر باشد. لذا جهت جلوگيري از اين مسائل به پلیمرها، مواد پايداركننده و ضداكسايش اضافه می گردد تا ضمن حفظ خواص در حين فرایند، در بلند مدت نيز از تخريب مولكولي پليمر جلوگيري به عمل آيد.

شکل (2) مرور ساده ای بر دمای استفاده از پلیمرها

 

جدول (۱)خلاصه ای از مقاومت شیمیایی برخی از پلیمرها را به مواد مختلف شیمیایی و تاثیرات تابش نور گاما و UV را ارائه می دهد.

 جدول (۱) مقاومت برخی پلیمرها به مواد شیمیایی و تاثیرات تابش نور گاما و UV

 


برچسب‌ها: مقایسه مواد پلیمری, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها, مقاومت شیمیایی, مقاومت محیطی

تاريخ : یکشنبه بیست و هشتم آبان 1391 | 15:18 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

همواره این موضوع حائز اهمیت است که در صورت ممزوج بودن چند پلیمر با یکدیگر٫ آمیزه نهایی چه خواصی را می تواند از خود بروزدهد. در این مقاله بر آنیم تا با بررسی منحنی کارایی گرید عمومی ABS/Nylon  و نیز گرید تقویت شده آن، نسبت به گریدعمومی ABS تزریقی ٫ شکل(1) مزیت این آمیزه سازی را مورد دقت نظر قرار دهیم:

شکل(۱) منحنی کارایی گرید عمومی و تقویت شده  ABS/Nylon  نسبت به گرید عمومی ABS تزریقی

 

منحنی کارایی گرید عمومی ABS/Nylon  حاکی از پلیمری چقرمه تر نسبت به گرید عمومی ABS حتی در دمای پايين مي باشد. خواص ضربه پذیری و افزایش طول در نقطه شکست، مبین چنین بهبودی نسبت به گریدهای عمومی ABS دارد. در واقع حضور نايلون در كنار ABS  ، چقرمه پذیری آمیزه را بهبود بخشیده است. در این آمیزه همچنین متوسط مقاومت به حرارت کمی بهبود یافته است و جذب رطوبت در نقطه تعادل، افزایش یافته است .

منحنی کارایی گرید ABS/Nylon  تقویت شده با الیاف شیشه نیز آمیزه ای با استحکام کششی و خمشی بالا و دارای مقاومت حرارتی بالا و چقرمگی کمتر نسبت به گرید عمومی ABS را نشان می دهد. با مطالعه منحنی کارایی این گرید در کنار منحنی کارایی ABS تقویت شده با 20% الیاف شیشه در شکل (۲) به مزیت های این آمیزه می توان پی برد. این آمیزه تقریبا دارای استحکام کششی و خمشی مشابهی با گریدABS  تقویت شده با 20% الیاف شیشه می باشد اما با نمایش افزایش نسبی خواص دمای خمش تحت بار حکایت از پلیمری دارد که می تواند در دماهای بالاتر نسبت به ABS تقویت شده با الیاف شیشه کارایی داشته باشد و مقاومت ضربه پذیری بهتری را نیز از خود بروز دهد.

شکل(۲) منحنی کارایی ABS/Nylon تقویت شده و ABS تقویت شده با 20% الیاف شیشه نسبت به گرید عمومی ABS تزریقی

 

این خواص سبب شده است تا از این گرید در ساخت ‌قطعات تزئینی داخل خودرو ،‌ ابزارهای برقی خانگی، ‌وسايل برف روب و جاروبرقي خانگی و قطعات مخصوص چمن زني و باغبانی  استفاده شود. از تولیدکنندگان اين گرید مي توان به شرکتهای باير ، BASF و Schulman GmbH اشاره نمود.


برچسب‌ها: مقایسه مواد پلیمری, منحنی کارایی, آميزه هاي پلیمري, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

تاريخ : چهارشنبه بیست و چهارم آبان 1391 | 18:55 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

ميدانيم عمدتا دلیل آمیزه سازی پلیمرهای آمورف با الیاف ، بهبود خواص استحکامی آنها در بالاتر از دمای شیشه ای مي باشد (براي مطالعه در اين خصوص به مقاله "محدوده دماي استفاده از مواد پليمري و تخمين منحني تغييرات مدول با دما  "در ليست مطالب قرار داده شده در سايت مراجعه فرماييد)؛ اما مسلما الیاف مختلف و درصد آنها ، تاثیرات متفاوتی را بر خواص فیزیکی مکانیکی آمیزه نهایی خواهد گذاشت، ضمن آن که نحوه امتزاج پذیری، نحوه توزیع الیاف و ابعاد آن نیز در چگونگی خواص یاد شده بسیار موثر خواهد بود.

در صورتي که مبنای ترسیم منحنی های پروفیل کارایی بر اساس اطلاعات ارائه شده برای گریدهای تجاری صورت گرفته است می توان فرض نمود که توزیع الیاف با طول مناسب به خوبی در پلیمر پایه صورت گرفته است،  لذا با چنین فرضی می توان به بررسی تغییرات ناشی از درصد الیاف مختلف در ABS پرداخت. شکل (۱) منحنی کارایی گریدهای ABS تقویت شده با 10% و 40% الیاف شیشه را نسبت به گرید عمومی ABS تزریقی  نمایش می دهد.  

همان گونه که انتظار می رود، با افزایش ماده تقویت کننده، متوسط خواص مرتبط با استحکام پلیمر با افزایش درصد ماده تقویت کننده افزایش و طبیعت ماده به ماده ای شکننده تر اما مستحکم تر تغییر می کند. مسلما فرآیند پذیری پلیمر تقویت شده با افزایش میزان الیاف سختتر خواهد بود که این موضوع به وضوح از منحنی کارایی شکل (۱) و کاهش میزان شدت جریان مذاب مشهود می باشد. افزایش درصد الیاف تاثیر مستقیمی در افزایش استحکام کششی و خمشی و کاهش متناسب چقرمگی و ضربه پذیری پلیمر حاصله دارد.

شکل(۱) منحنی کارایی گریدهای  ABS تقویت شده با الیاف شیشه نسبت به گرید عمومی ABS تزریقی

 همچنین متوسط مقاومت حرارتی پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه نسبت به ABS عمومی افزایش نسبی را نشان می دهد که محدوده کاربرد بالاتر دمایی را برای این مواد پیش بینی می کند ضمن آن که دمای فرایند پذیری نیز بالاتر خواهد بود. شکل (۲) وضعیت مشابهی را در خصوص گریدهای ABS تقویت شده با الیاف کربن نشان می دهد.

شکل(۲) منحنی کارایی گریدهای  ABS تقویت شده با الیاف کربن نسبت به گرید عمومی ABS تزریقی

 

در شکل (۲) ملاحظه می گردد که خواص استحکام کششی و خمشی و مقاومت حرارتی پلیمر تقویت شده متناسب با افزایش درصد الیاف کربن افزایش یافته است . ضربه پذیری و چقرمگی پلیمر الیاف دار کاهش محسوس را نسبت به پلیمر مبنا نشان می دهد و شیرینکیج پلیمر در قالب بعد از سرد شدن متناسب با میزان الیاف کربن اضافه شده کمتر خواهد شد.

دیگر از خواص تحلیل شده در منحنی کارایی شکل (۲) توجه به فاکتور درصد جذب رطوبت است که با افزایش درصد الیاف کربن، درصد رطوبت جذب شده نسبت به پلیمر مبنا کاهش می یابد.

از آن جایی که قیمت الیاف کربن نسبت به الیاف شیشه بسیار گرانتر می باشد، این سوال مطرح می گردد که آیا خواص فیزیکی مکانیکی حاصل از آمیزه ABS با الیاف کربن دارای مزیت نسبی نسبت به آمیزه ABS دارای الیاف شیشه می باشد یا خیر ؟

 برای بررسی این موضوع در شکل (۳) منحنی کارایی دو گرید ABS الیاف دار 20% کربن و 20%  الیاف شیشه نسبت به ABS تزریقی با یکدیگر مقایسه شده اند.

همان گونه که ملاحظه می شود  در درصد مساوی ماده تقویت کننده، الیاف کربن با ایجاد آمیزه ای با استحکام بیشتر ؛ مزیت خود را نسبت به آمیزه الیاف شیشه نشان می دهد. چقرمگی کمتر ، شیرینکیج کمتر و جذب آب کمتر از مزیت های دیگر پلیمر تقویت شده با الیاف کربن می باشد. واضح است که برتری این خواص کمک می کند تا محصول تولیدی با آمیزه تقویت شده با الیاف کربن علاوه بر مزایای برشمرده شده وزن کمتری نیز داشته باشد که مصارف آن را توجیه پذیر می نماید .

شکل(۳) منحنی کارایی گریدهای  ABS تقویت شده با 20% الیاف کربن و20%  الیاف شیشه نسبت به گرید عمومی ABS تزریقی

 


برچسب‌ها: مقایسه مواد پلیمری, منحنی کارایی, آميزه هاي پلیمري, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها, ABS

تاريخ : سه شنبه بیست و سوم آبان 1391 | 20:0 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

شاید مایل باشید تا خواص فیزیکی مکانیکی گریدهای مواد پلیمری را به صورت جدول مشاهده نمایید.

در لینک زیر شما مي توانيد دیتاشیتهای گريدها و آمیزه هاي متنوع مواد پليمري مختلف را دانلود و مشاهده نماييد.

به طور مثال برای پليمر اكريلونيتريل بوتادين استايرن ؛‌ گريدهاي مهم بعلاوه توليدكنندگان عمده آن معرفي و در قالب ديتاشيت ؛‌ خواص فيزيكي مكانيكي مهم هر گريد ارائه مي گردد.

اين جداول را مي توان از سايت  WWW.Matweb.com نيز بدست آورد. ليكن براي جمع آوري ديتاشيت كليه آميزه هاي مواد پلاستيكي وقت زيادي را بايد صرف كرد.

اين فايل ارزش ديدنش را داره.

Important Properties of Plastics and Listing of Plastic Suppliers


برچسب‌ها: خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها, دیتاشیت, مقایسه مواد پلیمری

تاريخ : سه شنبه بیست و سوم آبان 1391 | 18:48 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

جدول زیر اثر افزايش هر یک از مواد پر کننده و یا تقویت کننده را بر مواد ترموپلاستیک و ترموست به صورت ساده نشان مي دهد. به طور مثال افزايش تالك ميتواند بر خواصي چون مقاومت شيميايي ؛‌ مقاومت حرارتي ؛‌عايق بودن الكتريكي ؛‌ثبات ابعادي ؛‌سفتي ؛‌سختي ؛‌روان كنندگي ؛‌ مقاومت به رطوبت و نيز فرايندپذيري مواد ترموپلاستيك و ترموست تاثير داشته باشد. لذا در يك بررسي اجمالي به جدول زير كاربر مي تواند تاثيرگذاري هر ماده افزودني را در يابد. اين كه افزايش هر افزودني بر هر يك از خواص فيزيكي مكانيكي آميزه حاصل٬ اثر مثبت يا منفي دارد ؛ مستلزم بررسي هاي دقيقتري خواهد بود كه علاوه بر نوع افزودني به اندازه ذرات ؛‌ميزان خلوص ؛‌درصد افزايش ماده افزودني؛ نحوه و ميزان پخش ذرات در پليمر اصلي و ... بستگي خواهد داشت.

 

P : مواد ترموپلاستيك ؛ S : مواد ترموست


برچسب‌ها: خواص فيزيكي مكانيكي پليمرها, آميزه هاي پلیمري

تاريخ : سه شنبه بیست و سوم آبان 1391 | 16:17 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

مقاومت يك ماده نسبت به نفوذ يك جسم صلب در آن را  سختي می نامند. اندازه گيري سختي يك جسم مي‌تواند معرف سختي لايه رويي و يا عمق آن باشد. لذا روشهاي سختي سنجي به بيان سختي ايجاد اثر در سطح قطعه و يا ميزان نفوذ يك شي نوك تيز به داخل نمونه می پردازند. از بين روشهاي موجود روشهاي اندازه‌گيري راكول و Shore براي ترموپلاستيكها عموميت بيشتري دارد. مطالعات نشان می دهند که تقریبا رابطه ای خطی بین مدول و سختی  در ترموپلاستیکها بر قرار می باشد شکل (۱). لذا می توان معیاری را بر اساس مدول الاستیسیته مواد پلیمری برای انتخاب روش اندازه گیری سختی بدست می دهد.جدول (۱)

شکل (۱) ارتباط بین سختی و مدول در مواد پلیمری

 

جدول (۱) انتخاب روش انجام آزمون سختی بر اساس حدود مدول الاستیسیته پلیمر

 

در ذیل هر یک از روشهای اندازه گیری سختی توضیح داده می شوند:

روش سختي‌سنجي Barcol مطابق استاندارد ASTM D2583 ميزان سختي ترموست‌ها را بين مقياس 0 تا 100 نشان مي‌دهد كه عدد 100 مبين جسم سخت‌تر است. شكل (2)

شکل (2) سختی سنج Barcol

 

همچنين براي سختي سنجي لاستيكها از سختي سنجي IRHD (International Rubber Hardness Degrees) مطابق استاندارد  ASTM D1415 يا ISO 48 استفاده مي شود كه مقاومت ماده لاستيكي يا الاستومري را نسبت به عمق نفوذ يك گلوله نشان مي‌دهد. اين شاخص بين 0 تا 100 مدرج شده است كه مقدار 0 آن به ماده با مدول يانگ صفر و مقدار 100 آن با ماده اي با مدول يانگ بينهايت اختصاص دارد. برای مواد بسیار الاستیک سختی IRHD با سختی Shore A قابل مقایسه می باشد.

اين تست در شرايط مختلفي انجام مي شود كه جدول (2) حدودي از شرايط انجام آزمون در حالتهاي نرمال ، سختي بالا ، سختی كم و ميكرو را نشان مي دهد.

جدول (2) روشهای مختلف سختی IRHD

روش انجام آزمون

گلوله قطر (mm)

نیروی تماس(N)

کل نیرو(N)

ضخامت (mm)

IRHD محدوده

N (نرمال)

2.5

0.3

5.7

4

30  تا  95

H (سختی بالا)

1.0

0.3

5.7

4

85  تا  100

L (سختی پایین)

5.0

0.3

5.7

6

10  تا  35

M (میکرو)

0.395

0.0083

0.153

4

30  تا  95

روش تست راكول (ROCKWELL) در شكل (۳) نشان داده شده است كه عمدتاً براي پلاستيكهاي سخت كه ارتجاع يا خزش پليمر، اثر كمي بر نتيجه تست دارد نظير پلي‌كربنات، نايلون ، پلي استايرن و استال مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

شكل (۳) نحوه انجام تست سختی سنجی راکول

 

آزمون سختی سنجی راکول توسط استاندارد ASTM D785 يا 2039 ISO صورت مي‌گيرد. مقادير متفاوتي از آزمون راكول براساس اندازه گلوله استيل و ميزان بار اعمال شده گزارش مي‌شود. سه روش عمومي كه در مورد پلاستيكها كاربرد بيشتري دارد عبارتست از راكول E ، M و  R .

نتايج حاصل از راكول L كمتر استفاده مي شود. همچنين مقادير راكول A ، B و C معمولاً براي سختي سنجي فلزات مورد استفاده قرار ميگيرد.

جدول (۳) روشهای مختلف اندازه گیری سختی راکول

نام روش

اعمال بار کم(kg)

اعمال بار زیاد (kg)

قطر گلوله (in)

قطر گلوله (mm)

R

10

60

0.5

12.7

L

10

60

0.25

6.35

M

10

100

0.25

6.35

E

10

100

0.125

3.175

K

10

150

0.125

3.175

از روشهای دیگر برای اندازه گیری سختی ، تست Shore می باشد که در شكل (۴) نشان داده شده است. اين روش براي سختي سنجي پلاستيكهاي نرم و لاستيكها با دو روش D و A به كار مي رود. Shore A براي لاستيكهاي نرم و Shore D براي انواع سخت تر به كار مي رود. سختي Shore انواع ديگري مانند O و H نيز دارد كه در موارد معدودي به كار مي روند. سختي Shore توسط دستگاهي به نام Durometer اندازه‌گيري مي‌شود.  با توجه به ارتجاعيت لاستيكها و پلاستيكهاي نرم ، مقدار فرورفتگي با زمان تغيير مي‌كند. لذا معمولاً مقدار اثر حاصل همراه زمان قرائت نتيجه گزارش مي‌شود. اين آزمون طبق استانداردهاي ASTM D2240 يا 868 ISO قابل انجام مي‌باشد.

شکل (۴) روش انجام تست سختی سنجی Shore

Durometer

نوع کاربرد

ابعاد نشانه گر

A

استفاده برای

 مواد نرم

D

استفاده برای

مواد سخت

نتايج حاصل از تستهاي سختي سنجي مقادير مفيدي را درخصوص مقاومت ماده در برابر نفوذ يك جسم صلب در گريدهاي مختلف يك پليمر بدست مي دهد. لازم به ذکر است که مقدار گزارش شده براي آزمون سختي همانند تست هاي استحكام كششي ، مقاومت به خراش ، سايش ، فرسايش نمی باشد و نمي‌تواند به تنهايي به عنوان يك ويژگي طراحي مورد استفاده واقع شود.

جدول (۴) مقادير مقايسه اي از سختي راكول و Shore را براي چند نوع پليمرمتفاوت ارائه مي دهد.

جدول (۴) مقایسه مقادیر سختی چند نوع پلیمر از روشهای راکول و Shore

لازم به ذكر است كه روش سختي سنجي ويكرز (Vickers) براي بيان مقاومت به نفوذ يك نشانه هرمي مربع شكل در نمونه هاي فلزي ، سراميكي و تركيبات كامپوزيتي به كار مي رود.

در شکل (۵) رنج سختی در مواد لاستیکی و پلاستیکی به تصویر کشیده شده است.

شکل (۵) رنج سختی در مواد پلیمری مختلف


برچسب‌ها: سختی سنجی, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

تاريخ : دوشنبه بیست و دوم آبان 1391 | 17:13 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

مدانیم که منحني تنش - كرنش يكي از ابزارهاي اوليه در تعيين رفتار مواد پليمري است. اين منحني تابع دما بوده با افزايش دما، مقاومت تسليم و شكست كاهش مي يابد و با كاهش دما ، مقاومت تسلیم و شکست افزايش مي يابد؛ ضمن آن كه با افزايش دما مواد شكننده، ضربه‌پذيرتر مي شوند. بنابراين با توجه به كاهش تنش تسليم و تنش شكست مي يابد كرنش در نقطه شكست افزايش يابد.

شکل (۱) اثر دما بر منحنی تنش _ کرنش و کاهش مقاومت تسلیم با افزایش دما

به طور مثال نوعي از نايلون 6/6 ضربه پذير در °40- سانتیگراد شكننده بوده و استحكام كششي نهایی آن برابر psi  15000 و ازدياد طول در نقطه شكست آن كمتر از 15% می باشد. همين پليمر در دماي اطاق داراي استحكام كششي psi 9500 و ازدياد طول 70% است.

امکان پیش بینی تغييرات استحكام كششي با دما نسبت به بررسی تغييرات مدول با دما کمتر می باشد. اگر منحني تغييرات استحكام كششي نهایی با دما رسم گردد، فارغ از نوع ماده آمورف ، كريستالين ، تقويت شده يا نشده ، منحني حاصل رفتاري تقريباً خطي را بدست مي دهد. سرعت كاهش استحكام با دما تابع ساختار ماده بوده و پیش بینی آن مشكل مي باشد؛ اما قائده اي كلي مبين اين مسئله است كه

مواد با استحكام بالاتر، با سرعت بيشتري استحکام خود را از دست می دهند.

به طول مثال، استحکام کششی گرید ABS فاقد مواد تقويت كننده، به ازاء افزايش هر °  10 فارنهایت تقريباً  psi 500 کاسته می شود؛ حال آن که پليمري چون استال تقويت شده با الياف شيشه كه تقريباً در دماي اطاق دو برابر استحكام كششي بيشتري را نسبت به پلیمر اول دارد، به ازاء افزايش هر °10 فارنهایت تقريباً psi 700 از استحكامش كاسته مي شود.

همچنین سرعت كاهش استحكام كششي با دما از يك رابطه خطي پيروي نمی نمايد. مشاهدات حاکی از آن است که در بالاترين محدوده دمايي ، تمايل به كاهش در ميزان استحكام كششي، آهسته تر مي شود و براي برخي از مواد نيمه كريستالين ، كاهش شديد در استحكام کششی ، منطبق با محدوده دماي انتقال شيشه اي رخ مي دهد.

پیش بینی تغییرات در سرعت نزول استحكام كششي حتي در مواد مشابه نيز موضوع پيچيده اي مي باشد.

به طول مثال استحكام كششي در دماي اطاق براي سه ماده نايلون 6/6 با 33% الياف شيشه ، پلي فتال آميد (PPA) با 33% الياف شيشه و PPS با 40% الياف شيشه به ترتيب برابر psi 27000  و psi 32000  و   psi 22000  مي‌باشد. با افزايش دما سرعت نزول استحكام كششي براي پلي آميدها بيشتر است.  لذا استحكام كششي پلي آميد و PPS در °C 100 با هم برابر و در ° 200 سامنیگراد استحكام كششي PPS و PPA با هم برابر مي شوند.

مرجع :

 Getting the Most Out of Your Plastics Data

By Michael Sepe ; Copyright © 2007 - IDES, Inc. and Injection Molding Magazine


برچسب‌ها: استحکام کششی, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

تاريخ : دوشنبه بیست و دوم آبان 1391 | 16:50 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

در نقطه حد تقارن ، مقدار حد تنش در منحني تنش _ كرنش به بالاترين مقداری كه منحني به صورت خطي مي‌باشد می رسد و بالاتر از اين نقطه ، افزايش نيرو سبب افزايش مقدار تغيير شكل دائمي در ماده مي شود.

معمولاً در ديتاشيت مواد پليمری٬ نقطه حد تقارن داده نشده و يا كمتر مورد توجه قرار مي‌گيرد، اما نقطه‌اي مهم در اين منحني محسوب مي گردد. نقطه B در شکل (۱)

مقدار تنش در این نقطه از تنش تسليم (نقطه C) يا تنش در نقطه شكست (نقطه E) پايين تر است.

بسياري از كتابهاي طراحي ميزان بالاترين حد تنش كاري را در حدود 50% تنش مربوط به حد تقارن مي دانند و طراحي ها را براساس آن انجام مي دهند؛ اما بندرت اين داده در ديتاشيت مواد ارائه شده است.

 

شکل (۱) نمایش نقطه تقارن (نقطه B) در منحنی تنش - کرنش

براي بيشتر مواد ، حد تقارن زماني اتفاق مي افتد كه كرنش به حدود 1% رسيده باشد. با توجه به آن كه تنش و كرنش در اين نقطه رابطه اي خطي با هم دارند و نسبت آنها مدول نام دارد ، تنش حد تقارن را مي توان از حاصلضرب مدول در 0.01  بدست آورد.

كرنش ×  مدول = تنش    

0.01 × مدول = تنش در حد تقارن

استثناء هايي نيز در قائده فوق وجود دارد. براي مواد نرم و چكش خوار نظير پلي اتيلن فاقد مواد پركننده و پلي‌پروپيلن، كرنش در حد تقارن حدود 0.4 درصد است لذا

0.004 × مدول  = تنش در حد تقاون براي PP و PE

بايد به اين مطلب نیز توجه نمود كه با افزايش دما ، خاصيت چكش خواري مواد افزايش مي يابد و لذا كرنش در حد تقارن كاهش مي يابد. به طور مثال براي گريد Rynite S30 كه نوعي PET با 30% الياف شيشه مي باشد، كرنش حد تقارن در دماي اطاق تقريباً یک درصد مي باشد كه در دماي °C93 كه دمايي بالاتر از دماي شيشه اي اين ماده مي‌باشد به حدود 5/0درصد كاهش مي يابد.

از آنجايي كه مدول نيز با افزايش دما كاهش مي يابد ، فهم اين مطلب که چرا حدود طراحي قطعاتي كه تحت بار متناوب قرار مي گيرند كمتر از مقادير فوق الذكر در نظر گرفته مي شود ، قابل فهم تر خواهد بود.

لذا در مواردي كه بدست آوردن حد تقارن به عنوان يك داده ورودي طراحي لازم باشد ، براساس قائده فوق براي محاسبه تنش در اين نقطه مي يابد به سختي ماده توجه نمود:

1- بسياري از مواد سخت و شكننده داراي رفتار تنش _ كرنش كاملاً خطي هستند و تا رسيدن به نقطه شكست نهايي اين رفتار را حفظ مي كنند. ازدياد طول در نقطه شكست در اين مواد بين 1% تا 5/1% است و حد تقارن در اين مواد با تنش نهايي در نقطه شكست برابر است.

2- براي موادي كه از سختي كمتري برخوردارند حد تقارن بين 0.33 تا 0.5 برابرتنش پيك (تنش تسليم نهایی) يا حدود 1% مدول مي‌باشد.

3- براي مواد خيلي نرم و چكش خوار مانند پلي اتيلن يا پلي پروپيلن ، حد تقارن كمتر از 20% تا 25% تنش تسليم و يا حدود 0.5 درصد مدول مي باشد.

مرجع :

 Getting the Most Out of Your Plastics Data

By Michael Sepe ; Copyright © 2007 - IDES, Inc. and Injection Molding Magazine


 


برچسب‌ها: نقطه حد تقارن, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

تاريخ : یکشنبه بیست و یکم آبان 1391 | 18:18 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

برای آن که آتش ایجاد گردد، لازم است تا شرایط ایجاد شعله مشتمل بر حرارت، اکسیژن و سوخت به میزان کافی در دسترس باشد. شکل (۱) شرایط عملی ایجاد شعله را نمایش می دهد.

شکل (۱) خلاصه شرایط ایجاد شعله

 

برخی مراجع پلاستيكها را به سه دسته پلاستيكهاي خود خاموش شونده (Self Extinguishing) . آرام سوز (Slow Burning) و تاخير دهنده شعله (Fire Retardant) تقسيم بندي مي كنند. اما در عمل شرايط واقعي سوختن با حالت پيش بيني شده آزمايشگاهي متفاوت است. لذا از شاخصي به نام شاخص بحراني اكسيژن (COI) استفاده مي گردد كه عبارت است از حداقل غلظت اكسيژن برحسب درصد حجمي  در مخلوط اكسيژن و نيتروژن كه احتراق را در شرايط آزمايش . پايدار نگاه مي دارد. (استاندارد ASTM D2863 و 9ISO 458) . (شکل (2))

شکل (2) نحوه انجام آزمون شاخص بحرانی اکسیژن ( COI) بر اساس استاندارد ASTM D2863

 

 به دلیل آن که هوا مخلوطی شامل 21 درصد اكسيژن است ، پلیمرهايي كه شاخصي بالاتر از 21% داشته باشند به پلیمرهاي خود خاموش شونده موسوم هستند. در عمل مقادیر بالاتري (مثلاً 27%) در نظر گرفته مي شود تا از هرگونه عامل پيش بيني نشده موثر در ايجاد آتش سوزي مخاطره آميز نيز جلوگيري به عمل آيد. جدول (۱)   و شکل (۳) مقادير نمونه‌اي از شاخص LOI يا COI را براي برخي پلاستيكها نشان مي دهد.

جدول (۱)  شاخص LOI يا COI را براي برخي پلاستيكها

 

شکل (۳) مقادیر شاخص COI براي برخي پلاستيكها و مقایسه آن با موادی نظیر چوب، پنبه، کاغذ و پارافین

 

جدول(2) روشهای مختلف اندازه گیری شاخص COI با استفاده از استاندارد ISO 4589

روشهای مختلف آزمون

نمونه

طول

(mm)

عرض

(mm)

ضخامت

 (mm)

کاربرد

I

80 تا 150

10

4

مواد تولید شده از روش قالبگیری

II

80 تا 150

10

10

مواد دارای ساختار سلولی

III

80 تا 150

10

<10.5

مواد تولید شده به روش ورقه ای

IV

70 تا 150

6.5

3

روش جایگذین برای مواد تولید شده به صورت قالبگیری یا ورقه ای (برای مصارف الکتریکال)

V

140

52

10.5

فیلمهای منعطف یا مواد ورقه ای

VI

140 تا 200

20

0.02 تا 0.1

فیلمهای نازک

اگرچه آزمون شاخص حد اكسيژن، شاخصي كاملاً بنياني است ولي رفتار سوختن پليمر را مشخص نمي‌كند. يكي دیگر از روشهای تست اشتعال پذیری که کاربرد زیادی دارد ، تحت عنوان آزمون 94 آزمايشگاههاي آندروايتر (UL94) شناخته شده است و در آن نمونه هايي با اندازه هاي مشخص به طور عمودي و افقي آزمایش می گردند. در این آزمون انتهای نمونه ها محكم نگه داشته می شوند و از سر ديگر توسط چراغ بونزن در حالتهای مختلف سوزانده مي شوند (شکل (۴)).  سپس ماده با توجه به عملكرد سوختن، درجه بندي مي شود. اين درجه بنديها در جدول (۳) نشان داده شده است.

شکل (۴) سه نحوه از روش انجام تست اشتعال مطابق استاندارد UL90

سوزاندن به صورت افقی

 (HB)

سوزاندن به صورت عمودی

(V-0,V-1,V-2)

سوزاندن به صورت عمودی

 (5V)

جدول (۳) برخی از روشهای موجود در انجام تست اشتعال مطابق استاندارد UL90

نوع

الزامات

HB

سوزاندن به صورت افقی

· برای نمونه ای با ضخامت  بین 0.120 و 0.5 اینچ ، سرعت سوختن نباید از 1.5 اینچ بر دقیقه بیشتر و برای نمونه های با ضخامت کمتر از 0.120 اینچ ، سرعت سوختن نباید بیشتر از 3 اینچ بر دقیقه باشد.

· سوختن نمونه باید قبل از رسیدن شعله به علامت معادل 4 اینچ، متوقف گردد.

V-0

سوزاندن به صورت عمودی

· نمونه نباید بیش از 10 ثانیه از زمانی که شعله از روی آن برداشته می شود به سوختن خود ادامه دهد.

· زمان کل سوختن نمونه ها برای هیچیک از 5 نمونه نباید از 50 ثانیه فراتر رود.

· هیچ یک از نمونه ها با شعله یا در اثر احتراق پیش رونده ، نباید تا نشانه نگهدار بسوزند.

·          هیچ یک از نمونه ها نباید زمان احتراقی بیش از 30 ثانیه از زمانی که شعله را از آن دور می نمایند داشته باشند.

V-1

سوزاندن به صورت عمودی

· نمونه نباید بیش از 30 ثانیه از زمانی که شعله از روی آن برداشته می شود به سوختن خود ادامه دهد.

· زمان کل سوختن نمونه ها برای هیچیک از 250 نمونه نباید از 50 ثانیه فراتر رود.

· هیچ یک از نمونه ها با شعله یا در اثر احتراق پیش رونده ، نباید تا نشانه نگهدار بسوزند.

· نمونه ها نباید دارای شعله های کوچک ریزان مانند آن چه در سوختن پنبه مشاهده می شود ، باشند.

· هیچ یک از نمونه ها نباید زمان احتراقی بیش از 60 ثانیه از زمانی که شعله را از آن دور می نمایند داشته باشند.

V-2

سوزاندن به صورت عمودی

· نمونه نباید بیش از 30 ثانیه از زمانی که شعله از روی آن برداشته می شود به سوختن خود ادامه دهد.

·  زمان کل سوختن نمونه ها برای هیچیک از 250 نمونه نباید از 50 ثانیه فراتر رود.

·  هیچ یک از نمونه ها با شعله یا در اثر احتراق پیش رونده ، نباید تا نشانه نگهدار بسوزند.

· نمونه ها نباید دارای شعله های کوچک ریزان مانند آن چه در سوختن پنبه مشاهده می شود ، باشند.

·  هیچ یک از نمونه ها نباید زمان احتراقی بیش از 60 ثانیه از زمانی که شعله را از آن دور می نمایند داشته باشند

V5

سوزاندن به صورت عمودی

· نمونه نباید بعد از پنج بار نزدیک کردن شعله به مدت پنج ثانیه و دور کردن آن به مدت  پنج ثانیه شعله ور یا محترق شود.

· نمونه نباید بریزد.

· نمونه نباید در محل برخورد شعله ، تخریب شود.


برچسب‌ها: مقاومت در برابر اشتعال, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها

تاريخ : یکشنبه بیست و یکم آبان 1391 | 17:18 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

شکنندگی در واقع فقدان چقرمگی می باشد و نشان دهنده استحکام ضربه پذیری کم یا سختی بالای ماده مورد نظر است. معمولا پلاستیکهای تقویت شده با الیاف شیشه و پر شده با مواد معدنی شکننده هستند.

شکنندگی ممکن است تابع رطوبت باشد و یا به دلیل تنظیم دمایی نا مناسب فرایند در قطعات پلاستیکی ایجاد گردد لذا هر قطعه ای که تحت اعمال ضربه می شکند را نمی توان ناشی از خاصیت ذاتی آن دانست و می باید با کنترل شرایط خشک کردن مواد قبل از تزریق، کنترل شرایط دما و فشار در حین تزریق و همچنین ایجاد شرایط رطوبتی مناسب بعد از تزریق، قطعه مناسبی را تولید نمود. به طور مثال مواد جاذب آب (Hygroscopic) مانند پلی آمیدها بعد از شرایط خشک بعد از خروج قالب، شکننده تر از زمانی هستند که با جذب رطوبت محیط به تعادل رسیده اند. لذا در فرایندهای تولید قالپاق خودروهایی از جنس پلی آمید خصوصا در فصول سرما بعد از تولید قطعه ، آنها را در شرایط رطوبتی و دمایی کنترل شده ای قرار می دهند تا شکنندگی ایجاد شده در شرایط تولید جبران گردد. البته طراحی قطعه نیز در پارامتر شکنندگی قطعه تاثیرگذار است که می باید در جای خود مورد توجه قرار گیرد. جدول (۱) حدود شرایط دما و زمانی خشک کردن مواد مختلف را ارائه می دهد. با کنترل این شرایط می توان نقش رطوبت در شکنندگی مواد را کاهش داد . همچنین تاثیر زمان و دمای رطوبت دهی در نایلونها و تاثیر آن بر ضربه پذیری در منحنی (۲) به تصویر کشیده شده است.

جدول (۱) شرایط دما و زمانی خشک کردن مواد مختلف پلیمری

شکل (2) منحنی اثرجذب آب بر تست مقاومت ضربه پذیری در نایلونها


برچسب‌ها: شکنندگی, خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها, رطوبت دهی, پلی آمید

تاريخ : یکشنبه چهاردهم آبان 1391 | 18:40 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

در مراجع علم مواد، مواد مهندسی را به 6 گروه عمده مطابق شکل (1) شامل گروههای فلزی، پلیمری، الاستومرها، سرامیکها، شیشه ها و تركيبات هيبريدي تقسیم بندی می نمایند. هر یک از این گروهها دارای خواص و رفتار فیزیکی مکانیکی خاصی هستند که هر یک از این گروهها را از هم مجزا می سازد. همچنین این تقسيم بندي سبب می گردد تا نحوه فرایند پذیری هر يك از این گروهها مشابه و زمینه کاربردشان نیز مشابه باشد.

شکل (1) دسته بندی مواد مهندسی

مواد تشكيل دهنده هر گروه به وسیله خواص فيزيكي مكانيكي شان از یکدیگر تمیز داده می شوند. بسیاری از خواص می توانند رنج مقادیر بالای 5 برابر تا چندین دهک را به خود اختصاص دهند. یکی از راههای مقایسه و نمایش مواد مختلف از نظر یک خاصیت مشخص می تواند مشابه شکل (2) باشد که در آن مواد مختلف از نظر هدایت حرارتی با یکدیگر مقایسه شده اند. هر نشانه نشانگر یک ماده می باشد. طول این نشانه ها ، محدوده هدایت حرارتی هر ماده در حالتهای مختلفی که می تواند داشته باشد را مشخص مي نمايد. در اين شكل گروههاي مختلف مواد با خطوط عمودی از هم مجزا شده اند.. فلزات دارای بیشترین هدایت حرارتی ، پلیمرها و الاستومرها دارای کمترين مقدار و سرامیکها رنج وسیعی از هدايت حرارتي را از مقادير زیاد تا كم شامل می شوند. این منحنی مشخص می نماید که خاصیت هدایت حرارتی رنج وسیعی از 0.01 تا 1000 (5 دهک) را شامل می گردد. همچنین تصوری مقیاس گونه از حدود خواص هر یک از مواد را در مقایسه با دیگر مواد از دسته های دیگر ایجاد می نماید.

 

شکل(2) مقایسه هدایت حرارتی بین فلزات، سرامیکها و پلیمرها.

 روشهای دیگری نیز برای مقایسه خواص مواد مختلف با يكديگر نيز وجود دارد. در شكل (3) خاصیتي مانند مدول یانگ در برابر خاصیت دیگری مانند دانسیته در مقياس لگاریتمی براي گروههاي مختلف مواد ترسیم شده است. با انتخاب مقياس لگاریتمی ، رنج محورها به گونه ای اختیار شده است که تمام مواد از سبک تر ين (خانواده فومها) تا سخت و  سنگینترین مواد (خانواده فلزات) را در برگیرد.

شکل(3) نمایش مواد مختلف در قالب منحنی خواص مواد دو محوره دانسیته - مدول

همان گونه که ملاحظه مي شود، مواد یک خانواده در محدوده خاص حباب گونه اي جای می گیرند که خود شامل اجزاء کوچکی می شوند. نقاط اشتراک خانواده های مختلف با یکدیگر حاکی از همپوشانی خواص در آن مناطق است. رسم اين منحنی های ساده می تواند درک بهتری از جایگاه مواد مختلف نسبت به هم را ایجاد نماید. چنین منحنی هایی به نام منحنیهای خواص مواد (Material Property Charts) معروف هستند و با رسم معنادار دو خاصیت از مواد در مقابل یکدیگر، می توان برخی از انتظارات طراحی را به راحتی درک و در انتخاب مناسبترین ماده استفاده نمود.

در هر حباب که معرف یک خانواده از مواد می باشد ، مواد با حبابهای ریزتری ترسیم می گردد. بزرگی و کوچکی این حبابها و رنج هر یک ، معرف گریدهای مختلف آن ماده و حدود تغییراتی است که می تواند بر ماده اعمال گردد. به طور مثال همان گونه که در شکل (4) ملاحظه مي نماييد محدوده در نظر گرفته شده برای فلز مس تنها چندین درصد از محدوده حباب گونه فلزات را نشان می دهد که مربوط به انواع ساختارها و خلوصهای مختلف اين ماده می باشد؛ در صورتی که محدوده در نظر گرفته شده برای سرامیکهای آلومینه می تواند دو دهک داده را شامل گردد که حاکی از حضور موادی با تخلخل ، اندازه، دانه بندی و ترکیب درصد مختلف مواد در این گروه باشد.  عملیات حرارتی و مکانیکی می تواند بر استحکام تسلیم و چقرمگی فلزات موثر باشد. همچنین کریستالیتی و میزان اتصالات عرضی در یک ساختار پلیمری نیز بر مدول تاثیر گذار خواهد بود. این ویژگیها سبب می گردند تا نمایش گریدها و حالتهای یک ماده به صورت حباب های کوچک و بزرگ در این منحنی ها نشان داده شوند.

شکل (4) منحنی کارایی مدول - دانسیته

 نمودار (4) نشان می دهد که محدوده تغييرات مدول مواد مهندسی از هفت دهک تشکیل شده است: از GPa 0.0001 برای فومهای با دانسیته پایین تا GPa 1000 برای الماس. همچنين رنج تغييرات دانسیته در محدوده ضریب 2000 تغییر می کند، از کمترین مقدار حدود 0.01 تا Mg/m3 20 .

 منحنی (4) را می توان به صورت عمومی برای انتخاب موادی که دارای کمترین وزن می باشند نيز مورد استفاده قرار داد. به طور مثال در صورتی که هدف انتخاب بهترین ماده ای باشد که دارای حداقل مدول 10 GPa می باشد مطابق شکل (5) فلزات ، سرامیکها و کامپوزیتها شرایط این موضوع را خواهند داشت اما از بین این مواد کامپوزیتها با دانسیته کمتر از 3 Mg/m3 کمترین وزن را در طراحی مورد نظر خواهد داشت.

 

شکل(5) انتخاب سبکترین ماده دارای استحکام بالاتر از 10 GPa

 نمونه ديگري از منحني خواص مواد (استحكام – دانسيته) در شكل (6) نمايش داده شده است.

در قسمت پایین سمت راست شكل هاي (4) و (6) خطوط راهنمایی ترسیم شده است که با توجه به نوع كاربرد ، محدوديتهاي پيش رو ،‌ هدف طراحي و شکل قطعه ، مي توان بهترين گزينه براي انتخاب جنس ماده مورد نظر را تعيين نمود.

براي تسهيل در استفاده ،‌ در كتب علم مواد روابطي ارائه شده اند كه در آن با توجه به مسايل موجود مي توان شاخص مرتبط با هر يك از انواع منحني خواص مواد را يافت و از آن در گزينش ماده مورد نظر بهره برد. جدول (1) برخي از شاخصهاي راهنما را معرفي مي نمايد. (لازم به ذكر است كه ارائه تمامي منحني هاي خواص مواد در اين مقاله ممكن نبوده و در صورت نياز مي توان به مراجع اين مقاله مراجعه نمود.)

شکل (6) منحنی کارایی استحکام - دانسیته

 

جدول (1) ملاك انتخاب شاخص در منحني هاي خواص مواد

 

در اينجا نمونه اي براي نشان دادن چگونگي استفاده از منحني هاي خواص مواد بيان مي گردد. فرض نماييد كه براي كاربردي خاص، مي بايد از تيرچه اي با مقطع مربع كه قرار است بار بر روي آن قرار گيرد ، استفاده گردد. شما به عنوان طراح به دنيال سبكترين ماده براي چنين كاربردي هستيد. بر اساس شكل (7) و جدول (1)، شاخص مورد نياز براي  انتخاب سبكترين تیرچه اي با ابعاد مربع ،‌ضريبي از ρ/E1/2  خواهد بود.

شكل (7) مراحل رسيدن از نوع كاربرد، ‌محدوديتها

لذا از بين خطوط راهنما در شكل (4) همان گونه كه در شكل (8) مشخص شده است ، مي بايد شاخص  E1/2/ρ به عنوان مبنا انتخاب گردد.

 

شكل (8) انتخاب شاخص E1/2/ρ از ميان شاخصهاي موجود

 

حال همان گونه كه در شكل (9) مشخص شده است مواد گوشه بالا چپ دارای بالاترین مدول و کمترین وزن می باشند. بنابراین  برای انتخاب سبکترین تیرچه با ابعاد مربع که دارای مدول بالاتر از 50 Gpa باشد ، با توجه به شکل (10) مناسب ترین مواد ،‌ بايد داراي بيشترين شاخص E1/2/ρ باشند كه ماده مورد نظر ، از دسته سرامیکها و يا کامپوزیتها خواهد بود که شرایط دیگر حاکم بر طراحی بهترین ماده را بین این دو گروه تعیین خواهد نمود.

 

 شكل(9) روند کاهش وزن مواد با روند تغییرات مقدار  E1/2

 ملاحظه مي گردد كه در صورتي كه مدول مورد نظر طراحي حدود Gpa 5 تعيين مي شد، شايد چوبها بهترين گزينه مورد نظر مي بود.

 

 شكل (10) انتخاب مناسبترین ماده برای تیرچه ای با مقطع مربع

 با توجه به اين كه انتخاب مناسبترين ماده براي كاربردهاي مهندسي ،‌ اولين و مهمترين مرحله از مراحل طراحي مي باشد، نرم افزارهايي براي اين كار توسعه يافته اند كه با توجه به اصول فوق الذكر به مهندسين طراح در اين خصوص كمك مي كنند.

براي كاربردهاي پليمري سايت www.Omnexus.com و براي محدوده وسيعتري از مواد سايت www.Matweb.com مي تواند متناسب با خواستگاه خواص مواد تعريف شده ،‌ مواد مناسب را معرفي نمايد. مسلما استفاده از نرم افزارهاي تخصصي تر نيز وجود دارد كه از آنها مي توان به نرم افزار  CES‌كه توسط شركت  Granta Design‌توسعه يافته است اشاره نمود(www.Grantadesign.com) . نحوه گزينش مواد در اين نرم افزار در شكل (11) نمايش داده شده است.

 شكل (11) انتخاب مواد با استفاده از نرم افزارهاي كامپيوتري

استفاده از كتاب :

 Materials Selection in Mechanical Design ;  Michael F. Ashby ; Third Edition ; PP 45-100


برچسب‌ها: منحنی کارایی, انتخاب نوع مواد بر اساس شرایط طراحی

تاريخ : یکشنبه چهاردهم آبان 1391 | 18:18 | نویسنده : سعید مشهدی رفیعی

 همواره يافتن بهترين گزينه براي انتخاب پليمري كه بتواند انتظارات كيفي و قيمتي  را براي كاربردي خاص پاسخگو باشد ،‌ مسئله اي است كه طراحان و توليد كنندگان و حتي آميزه سازان را به چالش  كشانده است. اگر چه مواد پليمري موادي ويسكو الاستيك مي باشند و نوع نيروهاي وارده بر آنها و تداوم آن مي تواند استفاده از آنها را محدود سازد، ‌ اما در بررسي هاي اوليه براي گزينش نوع پليمر مصرفي ،‌ علاوه بر صدها سوالي كه بايد پاسخ داده شود ،‌ عمدتا يكي از پارامترهاي تعيين كننده، محدوده دماي كاربرد آن پليمر خواهد بود تا در آن محدوده، خواص استحكامي كه از قطعه مورد استفاده مطرح است از اپتيمم هاي مورد نظر خارج نشود. از آنجايي كه استحكام مواد پليمري تابع دما مي باشد و با افزايش دما و نزديك شدن آن به دماي انتقال شيشه اي ،‌اين خواص به شدت افت مي نمايند، و همچنين پديده خزش تحت بار سبب افت خواص مكانيكي قطعه مي شود ،‌ لازم خواهد بود تا در انتخاب مواد پليمري در كاربردهاي جديد و يا جايگزيني آنها، منحني تغييرات استحكام با دما مورد توجه قرار گيرد. شكل (1) و (2) به اختصار بيانگر محدوده استفاده از مواد آمورف و نيمه كريستالين و محدوده هاي دمايي مختلفي است كه بسته به انتخاب فرايند ،‌ مي بايد مورد دقت قرار گيرد. از آنجايي كه دستيابي به منحني تغييرات استحكام ماده پليمري با دما براي تمام گريد هاي مواد پليمري مقدور نمي باشد، در اين مقاله سعي شده است تا بر اساس ساختار آمورف و يا كريستالين مواد ترموپلاستيك و استفاده از تعداد محدودي از اطلاعاتي كه عمدتا در ديتا شيت مواد پليمري يافت مي شود، به تخمين منحني مدول – دما پرداخت.توانايي مواد مختلف به مقاومت در برابر پارگي در اثر كشش , يكي از مهمترين و پر كاربرد ترين خواصي است كه كاربرد مواد مختلف را مشخص مي كند. نيروي كششي لازم بر واحد سطح (Mpa يا Psi) جهت گسيختن يك ماده را استحكام كششي مي‌نامند. آزمايش ساده كشش , رايجترين و معروفترين روش ارزيابي فلزات است لذا تعجب‌آور نخواهد بود كه اين آزمون براي پلیمرها و بالاخص پلاستيكها نيز به طور وسيعي به كار رود. خاطر نشان مي سازد كه آزمون کشش در پلاستيكها فقط براي سنجش كيفيت مواد مناسب مي باشد و براي طراحي نباید استفاده شود زيرا با تغيير شرايط آزمايش نتايج كاملاَ متفاوتي بدست خواهد آمد.

در اولين مرحله اعمال نیرو و در منحنی تنش –  کرنش ، كشش يا خمش با ميزان تنش رابطه خطي دارند و لذا منحني تنش _ كرنش خطي است  . شيب اين خط معرف ميزان مدول مي باشد كه هرچه بيشتر باشد حاكي از سخت تر بودن ماده مورد آزمايش است.

نكته مهم در خصوص مدول ، وابستگي آن به دما مي باشد. مدول با كاهش دما افزايش و در دماهاي بالا كاهش مي‌يابد. مواد پليمري بسته به آن كه داراي ساختاري نيمه كريستالين و يا آمورف باشند، داراي منحني هاي متفاوت مدول – دما مي باشند.

  

شكل (1) دماي استفاده و فرايندي مواد آمورف بر اساس منحنی دما - مدول

 

شكل (2) دماي استفاده و فرايندي مواد نيمه کریستالین بر اساس منحنی دما - مدول

در شكل (3) منحنی مدول بر حسب دما را برای دو ماده آمورف (پلی کربنات) و نیمه کریستالین (نایلون) ملاحظه می نمایید. اگرچه سايت www.Compusplastics.com به انتشار برخي از  منحني هاي مختلف توليدكنندگان مواد پليمري اقدام نموده است، شايد يافتن منحني تغييرات مدول بر اساس دما براي تمامي گريد هاي مواد پليمري ممكن نباشد. لذا اگر بتوان بر اساس اطلاعاتي كه در  ديتا شيت مواد پليمري يافت مي شود به صورت تخميني  منحني مدول – دما را پيش بيني نمود، مي توان از آن براي برخي از تحليلها مانند تعيين محدوده هاي دمايي فرايند هاي مختلف بهره برد. لذا پس از اطلاع از نوع ساختار آمورف و نيمه كريستالين مواد پليمري ، روش تخمين منحني مدول – دما به شرح ذيل خواهد بود.

شكل (3) روند تغییرات مدول بر اساس دما برای دو ماده آمورف و نیمه کریستالین

با بررسي منحني مدول – دما در پليمرهاي آمورف ، مشاهده مي گردد كه ميزان مدول در محدوده وسيعي از دما تقريباً ثابت است. با نزديك شدن به محدوده دماي شيشه‌اي، پليمر شروع به نرم شدن مي نمايد و در يك بازه كوچك ، مدول به شدت نزول مي كند و در خاتمه ، ماده پليمري با از دست دادن بالغ بر 99% از سختي كه در دماي اطاق داشته است ،‌ ديگر نمي تواند در مقابل اعمال نيرو مقاومت نمايد. تمام پليمرهاي آمورف از چنين رفتاري تبعيت مي كنند.

اگر همين بررسي در خصوص گريد هاي مواد آمورف تقويت شده انجام شود ملاحظه مي گردد كه مدول در دماي اطاق به نحو قابل ملاحظه اي نسبت به گريد هاي غير تقويت شده افزايش يافته است و روند تغييرات مدول با دما تقريباً مشابه گريد هاي بدون مواد تقويت كننده مي باشد. بدين صورت كه مقدار مدول با افزايش دما به تدريج كاهش مي يابد. كمي مانده به دماي انتقال شيشه اي ، ماده داراي سختي حدود 90% تا 95% سختي اوليه خود در دماي اطاق است. سپس مدول در همان محدوده دمايي پليمر پايه آمورف به شدت افت كرده و به حدود 1% تا 2% مقدار مدول اوليه خود تنزل مي كند. مشاهده مي شود كه حضور مواد پركننده نتوانست دماي نرم شوندگي را تغيير دهد و تنها سبب گرديد تا سختي ماده تا رسيدن به اين محدوده دمايي ، بالاتر نگه داشته شود. شكل (4) تغییرات مدول با دما را در خصوص پلیمر پلی اتر ایمید در دو حالت فاقد مواد پر کننده و نیز 30% تقویت شده با الیاف شیشه نشان می دهد.

شكل (4) روند تغييرات مدول با دما براي پلی اتر ایمید در دو وضعیت فاقد مواد پر کننده و 30% تقویت شده با الیاف شیشه

رفتار مدول براي مواد نيمه كريستالين مقداري پيچيده تر مي باشد ولي مي توان تغييرات آن را در قالب چند قانون ساده دسته‌بندي نمود. پليمرهاي نيمه كريستالين شامل قسمتهايي بلوريني مي باشند كه در ماتريسي از مناطق بي‌شكل توزيع شده اند. قسمتهاي بي شكل در اين مواد داراي دماي انتقال شيشه اي مربوط به خود هستند اما به خاطر ساختار كريستالين بقيه نقاط ، شروع محدوده انتقال شيشه اي باعث نرم شدن كامل ماده نمي شود و پس از گذر از اين محدوده ، محدوده اي ديگري شكل مي گيرد كه در آن مدول روند كاهشي خود را تا دماي ذوب ادامه مي دهد.

بنابراين تمام مواد نيمه كريستالين فاقد تقويت كننده كه داراي دماي شيشه اي بالاتر از دماي اطاق مي باشند ، ابتدا ناحيه اي تقريباً ثابت را از دماي اطاق تا دماي انتقال شيشه‌اي دارند. سپس در محدود دماي انتقال شيشه‌اي ، افت 80  تا 90 درصدي مدول را از خود نشان مي‌دهند و در آخر ، كاهش تدريجي مدول از انتهاي ناحيه شيشه اي تا ابتداي ذوب را خواهند داشت.

در صورتي كه به پليمرهاي نيمه كريستالين مواد پركننده يا تقويت كننده اضافه شود ، شكل كلي منحني تغيير نمي‌نمايد و همانند مواد آمورف ، حضور مواد پركننده سبب جابجايي دماي انتقال شيشه اي نمي گردد ولي مدول ماده را در هر دو محدوده بالا و پايين محدوده شيشه اي افزايش مي دهد. شكل (5) اثر افزایش مقادیر مختلف الیاف شیشه را به نایلون 6 نمایش می دهد. همان گونه که ملاحظه می گردد افزایش بیشتر مواد تقویت کننده مدول هر دو سمت محدود شیشه ای را افزایش می دهد اما این اثر بر مدول قبل از ناحیه شیشه ای به مراتب بیشتر است.

شكل (5) اثر افزایش الیاف شیشه به نایلون 6 و تاثیر آن بر افزایش مدول ماده در قبل و بعد از محدوده انتقال شیشه ای

 

از مباحث فوق تا حدودي نقش مواد تقويت‌كننده در گريد هاي مواد آمورف و نيمه كريستالين مشخص‌تر گرديد. از نظر تجاري گريد هاي متنوع تري از پليمرهاي نيمه كريستالين تقويت شده با مواد پركننده نسبت به پليمرهاي آمورف در بازار عرضه مي گردد. دليل اين موضوع آن است كه بدون توجه به ميزان ماده تقويت كننده اضافه شده در پليمرهاي آمورف ، عمده خاصيت بار پذيري آلياژ حاصل تا رسيدن به دماي Tg مي باشد؛ در صورتي كه مزيت استفاده از آلياژسازي مواد نيمه كريستالين با مواد تقويت كننده بهبود هر دو ناحيه بالا و پايين دماي شيشه اي است. مهمتر آن كه افزايش مواد تقويت كننده سبب مي گردد تا افت مدول پليمر تقويت شده نسبت به افت مدول پليمر فاقد تقويت كننده در گذر از دماي انتقال شيشه اي  به مراتب كمتر باشد و اين مسئله ، به عنوان مزيت پليمرهاي نيمه كريستالين براي آميزه سازي با مواد تقويت كننده در بالاتر از Tg‌مطرح خواهد بود. شكل (6)

شكل (6) مقايسه افت مدول دو گريد PEEK‌تقويت شده و نشده در گذر از دماي انتقال شيشه اي

شكل (7) تاثیر افزایش مواد افزودنی معدنی و مواد تقویت کننده الیاف شیشه را در نمونه دیگری از مواد نیمه کریستالین (پلی آمید 6/4) نشان می دهد.

شكل (7) تاثیر افزایش مواد پر کننده معدنی و الیاف شیشه بر افزایش مقادیر مدول پلی آمید 6/4

همواره بررسي مباحث علمي از مستثني خارج نيست. در اين جا نيز چند ماده نيمه كريستالين وجود دارد كه از قواعد فوق الذكر مستثني مي گردند. پلي اتيلن ها ، پلي پروپيلن ها و استالها از مهمترين اين دسته از مواد مي باشند. در منحني مدول _ دماي اين مواد ناحيه افت شديد مدول از دماي محيط تا نقطه ذوب ديده نمي شود و تقريباً منحني مدول - دما در اين ناحيه تقريباً به صورت خطي و كاهشي مي‌باشد. دليل اين اختلاف آشكار ، بسيار ساده است زيرا دماي انتقال شيشه اي اين مواد از دماي محيط پايين تر است. پلي اتيلن ها و استال ها در حقيقت داراي دمای انتقال شیشه ای °C130- مي باشند و رسم منحني مدول- دما از محدوده ذكر شده تا دماي ذوب اين مواد منحني شبيه مطالب فوق را بدست مي دهد با اين تفاوت كه در محدوده دمايي انتقال شيشه اي به جاي مشاهده حدود 80 تا 90 درصد كاهش در مدول ، حدود 60 تا 70 درصد كاهش مدول مشاهده مي شود كه دليل آن درجه بالاي بلورينگي در اين مواد و در نتيجه كاهش كمتر مدول در آنها خواهد بود.

همانطور كه ملاحظه مي شود داشتن اطلاعات محدودي شامل مدول در دماي اطاق و دانستن دماي انتقال شيشه اي براي مواد آمورف و دانستن دماي انتقال شيشه اي و دماي ذوب براي مواد نيمه كريستالين امكان رسم تخميني منحني‌هاي مدول- دماي اين مواد را فراهم مي نمايد. اما در صورتي كه دماهاي Tg و Tm در دست نباشد چه بايد كرد؟

لذا بايستي بتوان براساس داده هاي موجود در ديتا شيت مواد پليمري اين دو دما را نيز تخمين زد. عمدتاً در اطلاعات ارائه شده در ديتا شيت مواد پليمري اطلاعات مربوط به دماي تغيير شكل تحت بار يا DTUL ارائه شده است. تغيير شكل ناشي از اعمال بار نمونه های پليمري توسط دو استاندارد ISO 75 و ASTM D648 در دو محدوده  psi 66 و psi 264 اندازه‌گيري مي‌شود. براي تعيين DTUL يكي از روشهای موجود استفاده از فيكسچري با سه نقطه نشست مي باشد که نيروي ثابتي به وسط نمونه اعمال مي گردد. با افزايش تدريجي دما ، نمونه شروع به تغيير شكل مي‌دهد تا ميزان انحناء در آن به حد مشخصي برسد. لذا DTUL دمايي است كه با اعمال تنش مشخص ، كرنش خاصي در نمونه ايجاد شده است. از آنجايي كه نسبت تنش به كرنش معرف مدول ماده پليمري است ، می توان گفت نتايج DTUL معرف دمايي است كه در آن ماده پلیمری به مقدار خاصي از مدول برسد. در سال 1978 آزمايشات متعددي توسط آقاي مايك تاكموري انجام شد و نتايج تحقيقات او نشان داد كه مدول متناظر DTUL با تنش psi66 برابر Kpsi29 و مدول متناظر با DTUL از روش اعمال تنش psi264 برابر Kpsi116 است .

مواد آمورف تقويت شده يا تقويت نشده در محدوده كوچكي از دما ، 99% از مدول اوليه خود  كه در  دماي محيط داشتند را از دست مي دهند.  كاهش شديد مدول در ناحيه انتقال شيشه‌اي ايجاب مي كند كه ماده در محدوده دمايي كوچكي از دو مقدار مدول بيان شده عبور كند. لذا بايد هر دو مقدار 66DTUL و 264DTUL به مقدار Tg پليمر بسيار نزديك باشند. به طور مثال براي PEI تقويت شده با الياف شيشه °C215 = 66DTUL و °C213 = 264DTUL است. Tg اين پليمر نيز بسته به روش آزمون °C 216 تا °C 222 در مراجع گزارش شده است. 

بررسي مقادير مدول مواد نيمه كريستالين ، مدولي را بين Kpsi300 تا Kpsi450 (GPa2.2 تا 3.3) در دماي اطاق بدست مي دهد. بيان گرديد كه مواد نيمه كريستالين در حين عبور از ناحيه Tg حدود 80 تا 90% از مدول اوليه خود را از دست مي‌دهند و لذا انتظار داريم مدول اين مواد در انتهاي محدوده انتقال شيشه اي به Kpsi90-60 برسد. بنابراین بايد اين مواد از مدول متناظر با 264DTUL گذر كرده باشند. به دليل آن كه سرعت تغيير در محدوده دماي شيشه اي بالا مي‌باشد، نقطه تلاقي يقيناً جايي در محدوده اين رنج قرار دارد.

براي تخمين دماي ذوب احتياج به بررسي رفتار پليمرهاي پرشده مي باشد. براي اين مطلب از 66DTUL به عنوان نقطه‌اي نزديك به نقطه صحيح ذوب مواد نيمه كريستال استفاده مي شود. همان‌گونه كه  بيان گرديد افزودن مواد پركننده به پليمر نيمه كريستالين، مدول آن را در دماي محيط افزايش مي دهد و نيز سبب مي گردد تا ميزان افت مدول در ناحيه انتقال شيشه اي كم شود. اين ويژگي در بهبود سختي مواد پليمري سبب شده است تا منحني مدول تا زماني كه ماده به نقطه ذوب خود بسيار نزديك گردد, بالاتر از مدول بحراني Kpsi119= 264DTUL قرار گيرد. لذا به جز موارد استثناء شامل PE ، PP و استال‌ها ، قائده ذيل روش مناسبي براي تخمين دماي انتقال شيشه اي و دماي  ذوب پليمرهاي نيمه كريستالين مي باشد:

دمای انتقال شیشه ای مواد نیمه کریستالین را مي توان با افزايش چند درجه به مقدار264DTUL حدس زد. همچنین دمای ذوب این مواد با افزودن چند درجه به دمای 66DTUL گريد هاي تقویت شده پلیمر قابل تخمین می باشد.

جمع بندي مطالب اين بخش نشان مي‌دهد كه چگونه مي‌توان با ادغام داده هاي مدول خمشي در دماي اطاق و مقادير 66DTUL و 264DTUL و مقداري اطلاعات اوليه از پليمرها ، درك بهتري از مدول آنها در رنج وسيعي از دما را که اندازه گيري مستقيمي بر روي آن صورت نگرفته است تخمين زد. یقيناً برخي از مواد خصوصاً در آلياژسازي به دليل وابستگي هاي بسيار پيچيده در آلياژسازي از قوايد ارائه شده استثناء خواهند بود. خلاصه مطالب اين بخش براي تخمين Tg پليمرهاي آمورف و Tg و Tm پليمرهاي نيمه كريستالين در شكل (8) نشان داده شده است.

شكل (8) ارتباط دمای انتقال شیشه ای و مقادير 66DTUL و 264DTUL  در پلیمرهای آمورف و نیمه کریستالین

مرجع :

Getting the Most Out of Your Plastics Data

By Michael Sepe; Copyright © 2007 - IDES, Inc. and Injection Molding Magazine


برچسب‌ها: خواص فیزیکی مکانیکی پلیمرها, دیتاشیت, منحني تغييرات مدول با دما