کتاب آميزه هاي پليمري و استفاده از منحني هاي كارايي براي مقايسه خواص فيزيكي مكانيكي

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 [phone] 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

دمای خمش تحت بار در پلیمرهای عمومی و مهندسی

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

 

نقطه نرمی پلیمرها و اثر افزایش الیاف شیشه بر آمیزه حاصل

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

مقاومت شیمیایی پلیمرها

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

 

بررسی منحنی کارایی آمیزه های ABS نايلون

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.

بررسي تاثير افزایش مواد تقویت کننده به ABS توسط منحني كارايي

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

 

دانلود دیتاشیت گریدهای مختلف مواد پلیمری

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

تاثير افزايش مواد پرکننده و تقویت کننده بر خواص فيزيكي مكانيكي آميزه هاي پليمري

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

سختی سنجی در مواد پلیمری

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

اثر دما بر تغییرات استحکام کششی مواد پلیمری

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

تخمین نقطه حد تقارن مواد پلیمری از منحنی تنش کرنش

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

 

روشهای مختلف اندازه گیری مقاومت در برابر اشتعال در مواد پلیمری

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.

شکنندگی (Brittleness) در قطعات پلیمری تزریقی

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

انتخاب نوع مواد با استفاده از منحني هاي خواص مواد

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/E^1/2  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  E^1/2/ρ به عنوان مبنا انتخاب گردد.

 

شكل (8) انتخاب شاخص E^1/2/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 E^1/2/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  E^1/2/ρ

 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

محدوده دماي استفاده از مواد پليمري و تخمين منحني تغييرات مدول با دما

 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

نكاتي در خصوص اندیس جريان مذاب پليمرها

اندیس سرعت جريان مذاب مطابق استاندارد  ASTM D3835 و ASTM D1238 ، اندازه سرعت جريان يافتن يك پليمر را تحت شرايط خاص بدست مي دهد. براي بيان نتيجه اندازه گيري از واحد جرم بر واحد زمان مانند گرم در 10 دقيقه استفاده مي گردد. در شكل (1) روش اندازه گيری ويسکوزيته مذاب نمايش داده شده است. در اين روش پليمر در پوسته دستگاه رئومتر حرارت ديده و توسط پيستوني جهت خروج از دای به آن نيرو اعمال مي شود. بسته به نوع دستگاه مي توان نيروي ثابت يا سرعت ثابتي را اعمال نمود. شرايط اين آزمون مشابه فرايند قالبگيري تزريقي با فشار محدود مي باشد كه به تغييرات كم در وزن ملكولي وابسته خواهد بود.

شکل (1) اندازه گیری سرعت جریان مذاب

 

بسياري از توليدكنندگان مواد اوليه پليمري از اين خاصيت براي بيان تفاوت ميان انواع مختلف مواد توليدي خود كه داراي اختلاف در وزن ملكولي متوسط مي باشند استفاده مي نمايند. همچنين استفاده از نتايج حاصل از آزمون اندیس جريان مذاب براي كنترل يكنواختي گريد مواد از يك محموله به محموله بعد نيز استفاده مي‌شود. گريدهايي از مواد پليمري كه داراي وزن ملكولي متوسط بالاتري مي باشند، خواص فيزيكي بهتري را از خود بروز مي‌دهند و متقابلاً مقاومت بالاتري را نسبت به جريان يافتن از خود نشان مي دهند.

پليمرهاي عمومي نظير پلي اتيلن ، پلي پروپيلن و پلي استايرن شديداً به اندیس جريان مذاب وابسته اند. برخي از پليمرهاي مهندسي نظير پلي كربنات نيز اين ويژگي را دارا مي باشند . هر چه وابستگي پليمري به تغييرات اندیس جريان مذاب كمتر باشد ، آن ماده از كارايي بالاتري برخوردار است و هرچه وابستگي پليمري به اندیس جريان مذاب بيشتر باشد ، خواص فيزيكي مكانيكي در چنين پليمرهايي ضعيف تر است و براي فرايند هاي ساده تر طراحي مي‌شوند.

متاسفانه استفاده از نتايج حاصل از آزمون اندیس جريان مذاب از قديم الايام در ميان صنعتگران با اشتباه در درك مفهوم مواجه بوده است. بسياري از توليدكنندگان تصور نادرستي از مفهوم این آزمون  دارند و معتقدند كه اين عامل به درستي مي تواند تفاوت در فرايند پذيري را نشان دهد در حالي كه اين موضوع صحيح نيست.

شايد اين تصور در خصوص گريد خاصی از پلي پروپيلن با اندیس جريان 20 در مقابل گريد ديگری از اين ماده كه داراي اندیس جريان مذاب 4 است صحيح باشد و فرآيند پذيري گريد اول از گريد دوم آسان تر باشد. اما اعداد پيش‌بيني مي نمايند كه براي پر شدن قالب مشخص ، پليمر اول بايد 5 برابر كمتر از پلیمر دوم به فشار تزريق نياز داشته باشد و يا در موقعيت هندسي باز  مانند كانال استوانه اي شكل ، 5 مرتبه سريعتر جريان يابد.  ولي نتايج آزمايشگاهي خلاف اين موضوع را نشان مي دهند و در عمل اين اتفاق نمي افتد.

دليل اين موضوع را مي توان در شرايط آزمون اندیس جريان مذاب و مقايسه آن با شرايط واقعي تزريق يافت. در شرايط آزمون ، پليمر با سرعت برشي كمتري مواجه مي شود و لذا ويسكوزيته اندازه گيري شده مقدار بالاتري را بدست مي دهد. 

زماني كه مذاب يك پليمر با سرعت افزاينده اي جريان مي يابد ، عموماً ويسكوزيته آن به شدت كاهش مي‌يابد. اين اثر به نام اثر Shear thinning معروف است و خصوصاً در مواد پليمري كه داراي وزن ملكولي بالاتري مي باشند ، اين اثر شديدتر مشاهده مي شود. بنابراين در مثال قبل ، تحت شرايط تزريق و اعمال سرعت برشي ايجاد شده در فرايند تزريق، ويسكوزيته هر دو نوع گريد پلي پروپيلن نسبت به ويسكوزيته اي كه در زمان اندازه گيري اندیس جريان مذاب در آزمايشگاه اندازه‌گيري شده است،  با افت 100 تا 200 برابر مواجه مي گردند. اما نتايج اندازه گيري در شرايط تزريق نشان مي دهد كه پليمري كه اندیس جريان مذاب آن 4 است تنها داراي ويسكوزيته اي حدود 40% بيشتر از گريد اول است. (برخلاف نتايج 400% اختلاف در اعداد آزمايشگاهي).  بنابراين نتيجه‌گيري مي‌شود كه

در گريد هاي مختلف يك ماده نبايد اختلاف در اندیس جريان مذاب را مستقيماً به ميزان فرايند پذيري آنها مربوط نمود و ملاحظات افت ويسكوزيته در شرايط فرايندي را نيز بايد مدنظر قرار داد.

شکل (2) منحنی تغييرات ويسکوزيته مذاب تعدادی از پليمرها را در دماهای مختلف نشان می دهد.

شکل (2) تغییرات ویسکوزیته مذاب چند ماده پلیمری با دما

نكته ديگر كه در خصوص اعداد گزارش شده براي آزمون اندیس جريان مذاب مي بايست مورد توجه قرار گيرد اين است كه مواد مختلفي كه داراي اندیس جريان مذاب يكساني مي باشند، عكس العمل فرآيندپذيري متفاوتي را از خود نشان مي‌دهند. به طور مثال ويسكوزيته پلي پروپيلن با اندیس جريان مذاب 4 در محدوده سرعت برشي تزريق با ضريبي حدود 100 افت مي نمايد، در حالي كه ويسكوزيته پلي كربنات با اندیس جريان مذاب 4 با ضريبي حدود 5 افت مي نمايد. لذا

نمي توان انتظار يكساني را از مواد داراي اندیس جريان مذاب يكسان، در چگونگي پر شدن قالب مشابه داشت.

علاوه بر موارد فوق مي بايست به فاكتور جانبي ديگري كه دانسيته مذاب مي باشد نيز توجه نمود. به طور مثال وزن حجم مشخصي از پلي كربنات تقريباً 30% از همان حجم ، پلي پروپيلن سنگين تر است. لذا PP با اندیس جريان مذاب مشابه PC ، داراي ويسكوزيته مذاب كمتري است و با وزن مشابه تعداد قطعه بيشتري را مي توان با PP توليد كرد. لذا

در استفاده از اندیس جريان مذاب مواد مختلف،  بايد به فاكتور دانسيته مذاب نيز توجه نمود.

نكته ديگر در آزمون اندیس جريان مذاب، شرايط انجام اين آزمون مي باشد که 85 نوع شرايط مختلف براي نحوه اندازه گيري  در استانداردها ذكر شده است. از آنجايي كه بسياري از اين اطلاعات بيانگر ويژگي مواد مختلف مي باشند ، توليد کنندگان ، اعداد مربوط به اين تست را در شرايط مختلف گزارش می نمايند.

به طور مثال اندیس جريان مذاب ABS را مي توان تحت شرايط (G (۲۰۰ ‍C/5Kg و شرايط ( I (۲۳۰ ‍C/۳.۸Kg  ، شرايط ( V (۲۱۰ ‍C/۲.۱۶Kg، شرايط ( AN (۲۲۰ ‍C/۱۰Kg اندازه گيري نمود.  بنابراين بعيد نخواهد بود اگر نتايج آزمايشات اندیس جريان مذاب گريد يكساني از يك ماده ، تحت شرايط مختلف حتي بتواند تا 10 برابر با يكديگر تفاوت داشته باشند. بنابراين

 

در مقايسه خواص اندیس جريان مذاب مواد با يكديگر ، شرايط انجام آزمايش بايد مورد توجه قرار گيرد.

 

 

 

مرجع :

Getting the Most Out of Your Plastics Data

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

حدود خواص فیزیکی مکانیکی ترموپلاستيكها

معمولا خواص فيزيكي مکانیکی مواد پلیمری به صورت ديتا شيت توسط تولید کنندگان ارائه می گردند و مبنای اولیه جهت انتخاب گرید ماده مورد نظر قرار مي گيرند. در بسیاری از مباحث طراحی، طراح عدد مشخصی را برای بیان خاصیت فيزيكي مکانیکی در اختیار ندارد و یا به عنوان یک محدودیت در انتخاب نوع ماده، ممکن است بخواهد خاصیت مورد نظر از رنج خاصی فراتر نباشد. لذا مناسب است تا به عنوان ایده ای کلی حدود تغییرات خواص مختلف فيزيكي مکانیکی مواد پلیمری دانسته شود و حتی محدوده های جزئی تری را به عنوان  بسیار کم ، کم ، متوسط ، زیاد و خیلی زیاد تعریف نمود. با چنین دسته بندی اولیه ای ، طراح بهتر می تواند به جمع بندی کلی برای انتخاب نوع ماده مورد نظر خود دست یابد. جدول (1) این اطلاعات را در خود جمع بندی نموده است. داده های این جدول بر اساس تقسیم بندی که سایت www.Omnexus.com برای جستجوی مواد پلیمری ارائه نموده است تهیه گردیده است. به طور مثال تغییرات مدول یانگ برای مواد ترموپلاستيك از صفر تا GPa 37 می باشد و ماده ای که دارای مدول GPa  3 باشد ، جزو مواد پلیمری است که مدول متوسطی را دارد. همچنین اگر درصد جذب آب طی 24 ساعت ترموپلاستيكي 0.08 درصد باشد، این پلیمر دارای جذب آب کم و در مقابل پلیمری با جذب آب  0.7 درصد جزو ترموپلاستيك های با درصد جذب آب بالا خواهد بود.

جدول (1) حدود تغییرات خواص فيزيكي مکانیکی مواد پلیمری (ترموپلاستيكها)

 

نام خاصیت فیزیکی مکانیکی	محدوده	واحد اندازه گیری	→  بسیار کم  ←		→  متوسط  ←		→   بسیار بالا   ←
				→    کم      ←		→   بالا    ←
خواص فیزیکی
دانسیته	2.3>  > 0.9	gr^3/cm		0.9			2
جذب آب در 24 ساعت	10% >  >0	%	0	0.05%	0.1%	0.6%	1%	10%
شیرینکیج	6%>  >0	%	0	0.5%	1%	2%	4%	6%
خواص مکانیکی
سختی	125>  >1	راكول M	1	50	70	90	115	125
سختی	100>  >15	Shore D	15	25	50	70	85	100
استحکام کششی در نقطه شكست	280>  >0	Mpa	0	10	40	80	140	280
استحکام کششی در نقطه تسلیم	240>  > 3	Mpa	3	10	40	80	140	240
ازدیاد طول در نقطه شكست	990>  >1	%	1%	3%	10%	30%	90%	990%
ازدیاد طول در نقطه تسلیم	250>  >1	%	0.5%	1%	3%	8%	12%	250%
مدول یانگ	37>  >0	Gpa	0	1	2.5	5	10	37
انعطاف پذیری	37>  >0	GPa	37	10	5	2.5	1	0
مدول پیچشی	37>  >0	GPa	0	1	2.5	5	10	37
ضربه پذیری نمونه شكافدار	1065>  >5	J/m	5	30	100	200	500	1065
ضربه پذیری نمونه شكافدار دمای پایین	550>  >15	J/m	15					550
خواص الکتریکی
مقاومت آرک	400>  >0	second	0	10	100	200	300	400
ثابت دی الکتریک	9>  >2	-	-	2	4	6	8	9
مقاومت دی الکتریک	105>  >7	Kv/mm	7	10	20	40	80	105
فاکتور اتلاف	0.22>  >0.0001	-	0.0001	0.0005	0.001	0.005	0.05	0.22
مقاومت حجمی	^1510*18 > < 1-	ohm .cm	1-	^1510*2	^1510*5	^1510*9	^1510*14	^1510*18
خواص حرارتی
ضریب انبساط حرارتی	^5- 10 × 25 >  >0	1/ ( °c )	0	^5- 10 ×2	^5- 10 ×4	^5- 10 ×8	^5^- 10 ×15	^5- 10 ×25
مقاومت به اشتعال (LOI)	96%>  >17%	%	17%	20%	40%	60%	80%	96%
دماي شيشه اي	340 <  < 110-	c°	110-					340
ایزوله حرارتی	1>  >0	W/m.K	1	0.6	0.3	0.2	0.1	0
دمای داکتیل	20>  >250-	c°	250-					20
دمای خمش تحت بار psi 66	323>  >30	c°	30					323
دمای خمش تحت بار psi 264	360>  >23	c°	23					360
بالاترین دمای سرویس	360>  >34	c°	34					360
کمترین دمای سرویس	20>  >250-	c°	250-					20
خواص نوری
Gloss	200%>  >0	%		0%	70%	90%	130%	200%
Haze	100%>  >0	%		0%	1%	2%	100%
شفافیت	95%> >70 %	%		70%	85%	90%	95%

 

نام خاصیت فیزیکی مکانیکی	محدوده	واحد اندازه گیری	→  بسیار کم  ←		→  متوسط  ←		→   بسیار بالا   ←
				→    کم      ←		→   بالا    ←
خواص فیزیکی
دانسیته	2.3>  > 0.9	gr^3/cm		0.9			2
جذب آب در 24 ساعت	10% >  >0	%	0	0.05%	0.1%	0.6%	1%	10%
شیرینکیج	6%>  >0	%	0	0.5%	1%	2%	4%	6%
خواص مکانیکی
سختی	125>  >1	راكول M	1	50	70	90	115	125
سختی	100>  >15	Shore D	15	25	50	70	85	100
استحکام کششی در نقطه شكست	280>  >0	Mpa	0	10	40	80	140	280
استحکام کششی در نقطه تسلیم	240>  > 3	Mpa	3	10	40	80	140	240
ازدیاد طول در نقطه شكست	990>  >1	%	1%	3%	10%	30%	90%	990%
ازدیاد طول در نقطه تسلیم	250>  >1	%	0.5%	1%	3%	8%	12%	250%
مدول یانگ	37>  >0	Gpa	0	1	2.5	5	10	37
انعطاف پذیری	37>  >0	GPa	37	10	5	2.5	1	0
مدول پیچشی	37>  >0	GPa	0	1	2.5	5	10	37
ضربه پذیری نمونه شكافدار	1065>  >5	J/m	5	30	100	200	500	1065
ضربه پذیری نمونه شكافدار دمای پایین	550>  >15	J/m	15					550
خواص الکتریکی
مقاومت آرک	400>  >0	second	0	10	100	200	300	400
ثابت دی الکتریک	9>  >2	-	-	2	4	6	8	9
مقاومت دی الکتریک	105>  >7	Kv/mm	7	10	20	40	80	105
فاکتور اتلاف	0.22>  >0.0001	-	0.0001	0.0005	0.001	0.005	0.05	0.22
مقاومت حجمی	15 10*18 > > 1-	ohm .cm	1-	^1510*2	^1510*5	^1510*9	^1510*14	^1510*18
خواص حرارتی
ضریب انبساط حرارتی	^5- 10 × 25 >  >0	1/ ( °c )	0	^5- 10 ×2	^5- 10 ×4	^5- 10 ×8	^5^- 10 ×15	^5- 10 ×25
مقاومت به اشتعال (LOI)	96%>  >17%	%	17%	20%	40%	60%	80%	96%
دماي شيشه اي	340 > > 110-	c°	110-					340
ایزوله حرارتی	1>  >0	W/m.K	1	0.6	0.3	0.2	0.1	0
دمای داکتیل	20>  >250-	c°	250-					20
دمای خمش تحت بار psi 66	323>  >30	c°	30					323
دمای خمش تحت بار psi 264	360>  >23	c°	23					360
بالاترین دمای سرویس	360>  >34	c°	34					360
کمترین دمای سرویس	20>  >250-	c°	250-					20
خواص نوری
Gloss	200%>  >0	%		0%	70%	90%	130%	200%
Haze	100%>  >0	%		0%	1%	2%	100%
شفافیت	95%> >70 %	%		70%	85%	90%	95%

آشنایی با انواع پلي آميدها (نايلون ها)

نايلون نام كلي براي خانواده اي از پليمرهاي مصنوعي است كه اولين بار در فوريه سال 1935 توسط والاس كاروترز در شركت DuPont توليد شد و به دليل آن كه اين پليمر از اتصال واحدهاي تكرار شونده پپتاميد (پيوند آميد) توليد مي گردد ، آن را پلي آميد نيز ناميدند. استفاده از نايلون ها به صورت تجاري اولين بار در سال 1938 و در توليد رشته هاي مسواك آغاز شد. سپس در سال 1940  الياف اين ماده در توليد جورابهاي زنانه مصرف گرديد. اگرچه توليد الياف از اين ماده داراي سابقه بيشتري است، اما از سال 1950 به بعد كاربردهاي آن در زمينه هاي توليد قطعات پلاستيكي گسترش بيشتري يافته است و به حدود 25% از كل مصرف پلي آميد ها در سال 2000 يا 1/65 ميليون تن در سال بالغ شده است. رشد سالانه 8 تا 9 درصد مصرف در حوزه توليد قطعات پلاستيكي نسبت به رشد 1/5 درصدي آن در كاربرد الياف حاكي از زمينه هاي كاربردي جديد اين دسته از مواد مي باشد.

اين مواد علاوه بر مقاومت حرارتي، داراي مقاومت الكتريكي بالايي نيز مي باشند و به دليل ساختار بلورين ،‌ مقاومت خوب شيميايي را از خود نشان مي دهند. از ديگر خواص ذكر شده براي نايلونها ،‌ خاصيت نفوذناپذيري می باشد؛ ضمن آن كه با آميزه سازي مي توان به راحتي مقاومت به اشتعال اين مواد را بالا برد. پلي آميد ها به طور گسترده اي در كاربردهايي در صنايع خودروسازي و حمل و نقل ،‌ برق و الكترونيك ، نساجي ، بسته بندي  و محصولات خانگي استفاده مي شوند. با افزودن الياف شيشه و افزايش استحكام اين مواد ، ‌مي توان از آنها به عنوان جايگزينهاي مناسبي براي قطعات فلزي استفاده نمود و لذا پلي آميد ها را مي توان اولين و مهمترين پليمر مهندسي محسوب نمود.

تمامي پلي آميد ها كم يا بيش تمايل به جذب رطوبت دارند. به همين دليل در استفاده از اين مواد بايد به اطلاعات فني آنها ( اطلاعات مرتبط با حالت خشك و اطلاعات مرتبط با 50 درصد رطوبت) توجه گردد . جذب رطوبت همچنين در تغييرات ابعادي قطعات توليد شده با پلي آميد موثر مي‌باشد و لذا توجه به اين موضوع در مسايل طراحي مي بايد مد نظر قرار گيرد. لازم به ذكر است كه در عمل رطوبت به عنوان عامل نرم كننده (پلاستيسايزر) در پلي‌ آميد‌ها عمل مي‌نمايد و سبب كاهش مدول كششي‌ و افزايش مقاومت ضربه‌پذيري مي گردد. با توجه به حساسيت پلي آميدها در جذب رطوبت اين مواد قبل از فرآیند تزريق ، نيازمند رطوبت زدايي مي باشند. در صورتي كه عمليات رطوبت زدايي به خوبي صورت نگيرد، در سطح قطعات توليدي، اثر نامطلوب رگه هاي ناشي از رطوبت مشاهده مي گردد. ضمن آن كه به دليل افزايش نقطه اي دما در قالب و اثر آب در اكسيداسيون، قطعات توليدي داراي خواص مكانيكي ضعيفتري به دليل تخريب مواد خواهند بود.

پلی آمید 6 و پلی آمید 66

پلي‌آميد 6 و پلي‌آميد ‌66 پر مصرف‌ ترين نوع از انواع پلي آميدها مي باشند و عليرغم تشابه خواص ، با يكديگر تفاوتهايي را نيز دارند.  به دلیل آن که پلی آمید 6 دارای مرکز تقارن نمی باشد ، علیرغم داشتن دانسیته مشابه با پلی آمید 66 ، نقطه ذوب آن 40 درجه سانتیگراد کمتر بوده و از مقاومت حرارتي نسبتا كمتري نسبت به پلی آمید 66 برخوردار است. لذا از پلي آميد 66 زماني استفاده مي گردد كه محدوده دمايي يا پايداري كه از پلي آميد 6 بدست مي‌آيد پاسخگوي كاربرد مورد نظر نباشد. با اين اوصاف برخي از مزايا و مشخصات پلي آميد 6 در مقابل پلي آميد 66 به شرح زير مي باشد:

• ثبات هيدروليكي بهتر  
• هزينه هاي توليد كمتر
• عملكرد بهتر در تست حرارتي پير سازي
• دماي انحنای تحت بار كمتر (HDT پلي آميد 6-6 در MPa 1/8 حدود ^C° 90-80 است)
• صلبيت مشابه در دماي زير ^C°  180

جدول (1) خواص فيزيكي مکانیکی نایلون 6 و نایلون 6-6 را با هم مقایسه نموده است.

جدول (1) مقايسه برخی خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 6 و نایلون 6-6

خواص	نایلون6	نایلون  6-6
دمای ذوب  ^С○	210-220	255-265
دمای فرآیند  ^С○ قالبگیری تزریقی اکستروژن	225-290 225-275	260-325
دانسیته ( gr/cm^3)	1.14-1.12	1.15-1.13
استحکام کششی در نقطه تسلیم (%) در ۲۳ درجه سانتیگراد در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت) در شرایط 50% رطوبت نسبی	11700 7400	8000 6500
ازدیاد طول (%) در ۲۳ درجه سانتیگراد در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت) در شرایط 50% رطوبت نسبی	30-100 300	15-60 150-300
مدول کششی (10^3 psi) در ۲۳ درجه سانتیگراد در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت) در شرایط 50% رطوبت نسبی	380 100	410 180
مدول خمشی(10^3 psi) در ۲۳ درجه سانتیگراد در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت) در شرایط 50% رطوبت نسبی	390 140	410-450 185
ضربه پذیری نمونه شکافدار در دمای اطاق ( ft-lb/in) در ۲۳ درجه سانتیگراد در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت) در شرایط 50% رطوبت نسبی	1.0-0.6 3.0	1.0-0.55 2.1-0.85
سخنی راکول در شرایط خشک برای قالبگیری (0/2% رطوبت)	119	120
دمای انحنای تحت بار در شرایط خشک برای قالبگیری 66 psi 264 psi	185-190 68-85	230-245 75-88

با توجه به چرخه قالبگيري سريع ،‌ انگيزه هاي اقتصادي زيادي براي استفاده از اين مواد در كاربرد هاي متعدد وجود دارد كه از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره نمود:

 

صنایع خودروسازي:   نظر به فرآیند پذيري ، مقاومت حرارتي و شيميايي خوب پلي آميد هاي  6 و  66 و  انعطاف پذيري آنها  در طراحي ، اين مواد معمولا به عنوان آلترناتيو قطعات فلزي ، در فضاي موتور استفاده مي شوند. خواص مكانيكي خوبي نظير (سختي ،‌مقاومت به خزش و ...) ‌در طراحي قطعات خودرويي ،  ايمني و راحتي بيشتر را بدست خواهد داد.

صنایع برق و الكترونيك : در صنايع برق و الكترونيك كه تستهاي  GWIT و UL94 الزامي است،‌ پلي آميد هاي 6 و 66 به راحتي مي توانند شرايط تست اشتعال را بگذرانند و به دليل فرآیند پذيري مطلوب، كانديداي خوبي براي توليد قطعات كوچك مقاوم به حرارت با جداره نازك به حساب آيند.

كالاهاي مصرفي و صنعتي : پلي آميد 66 به دليل قالبگيري سريع ،‌ رنگ پذيري ،‌زيبايي سطحي ،‌مقاومت مكانيكي عالي راه حل مناسبي براي توليد كالاهاي خانگي و صنعتي براي طراحي هاي پيچيده محسوب مي گردد.

 

منحنی مقایسه کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی آمید 6 ،  پلی آمید 66 و پلی آمید 6/66 در شكل (1) نشان داده شده است. این منحنی نشان می دهد که به طور متوسط نایلون 66 دارای دانسیته، نقطه ذوب ، استحکام کششی ، سختی و مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به دو نایلون دیگر مورد مقایسه است. در مقابل چقرمگی ، مقاومت ضربه پذیری نایلون 6 بیشترین مقدار را دارد. آمیزه پلی آمید 6/66 حد واسطه ای از این دو را نشان می دهد.

 

 پلي آميد 11 و پلي آميد 12

پلي آميد 11 و پلي آميد 12 از جمله مواد پلاستيكي با منشاء گياهي  مي باشند كه از منابع تجديد پذير (روغن كرچك) مشتق شده اند و اگرچه مقاومت حرارتي (HDT ،‌ ماكزيمم دما و ...) بالايي ندارند، اما مي توانند كارايي خود را در طولاني مدت حفظ  نموده ،‌ ثبات عملكرد داشته باشند و در دامنه وسيعي از شرايط (دما، فشار و شرایط شيميايي و ...) مورد استفاده قرار گيرند. اين مواد داراي مزاياي زير نسبت به ساير پلي آميدها مي باشند:

 

PA11 و PA12  در توليد قطعاتي كه داراي كاربردهاي ايمني ، با ماندگاري بالا و قابليت اطمينان بالا مي باشند ، مصرف مي گردند. گريد شفاف اين مواد نيز به بازار عرضه شده اند كه در طراحي ها و تكوين قطعات، انعطاف پذيري خوبي را به طراحان مي دهد. اين مواد در كاربردهاي زير مصرف مي گردند:

 

 منحنی مقایسه کارایی نایلون های 11 و  12 نسبت به نایلون 6 در شكل (2) رسم شده اند. ملاحظه می گردد که گریدهای نایلونهای 11 و 12 دارای دانسیته کمتری نسبت به نایلون 6 بوده و از نقطه ذوب کمتری نیز برخوردارند. خواص استحکامی نایلون 11 از نایلون 12 ضعیفتر بوده ولی از ضربه پذیری و چقرمگی بهتری برخوردار است.

شكل (2)مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی نایلون 11 و نایلون  12 نسبت به نایلون 6

پلی آمید 46

پلي آميد 46 براي كاربردهاي دماي بالا در محدوده وسيعي از صنايع از قبيل خودروسازي ، برق و الكترونيك و كالاهاي مصرفي استفاده مي شود. PA46 پلي آميدي است كه داراي بالاترين مقاومت حرارتي است و دماي انحنای تحت بار آن در MPa 1/8 برابر 160 درجه سانتيگراد مي باشد. همچنین براي پليمر تقويت شده با 30% الياف شيشه ، این دما برابر ^C° 258 است. مقاومت مكانيكي PA46 از PA66 بیشتر و مقاومت به خستگي آن 50 بار از PA66 بهتر است. PA46 داراي ویژگی هايي به شرح زير است:

پلي‌آميد 46 اغلب جايگزين خوبي براي فلزات در كاربردهاي با دماي بالا مي باشد.

با توجه به مقاومت سايشي مناسب اين پليمر ، عمدتا از آن در توليد چرخدنده ها استفاده مي شود كه لازمه آن داشتن خواص مكانيكي و ثبات ابعادي در دماي بالا و رفتار سطحي خوب و مقاومت به خستگي بالاست.

پلي‌آميد 46را مي توان روكش فلز( متالايز) نمود. همچنين قطعات ساخته شده از PA46 قابليت رنگ كاري دارند. اگرچه مقاومت رنگ بستگي به رفتار رنگدانه در درجه حرارت بالا دارد.

با توجه به سياليت بالا، PA46 مي تواند براي قطعات با شكلهاي پيچيده و ديواره هاي نازك ، ماده مناسبي به شمار رود. شکل (3) منحنی مقایسه ای PA46 را نسبت به نایلون 6 نشان می دهد و مزایای بر شمرده شده برای این پلی آمید را به تصویر می کشد.

شكل (3) مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی آمید 46 نسبت به نایلون 6

پلی فتال آمید PPA

پلي فتال آميد (PPA) پلي‌آميدي با مقاومت حرارتي بالا و نيمه آروماتيك است. با توجه به جذب رطوبت پايين ، PPA براي محدوده وسيعي از كاربردها از جمله محيطهاي شيميايي و مصارفي با درجه حرارت بالا كانديد مي باشد. اين ماده همچنين داراي صلبيت و مقاومت عالي در برابر خزش مي باشد. با توجه به داشتن ساختار آروماتيكي ، قطعات تولید شده از PPA نسبت به ديگر انواع پلي آميد داراي ويژگيهاي زير مي باشند:

• ثبات ابعادي بهبود  یافته
• مقاومت بهتر نسبت به حلالها و هيدروليز
• برآورده نمودن خواص مكانيكي بهتر در دماي بالا

اين پليمر در مقايسه با PA46 ‌داراي مزيت صرفه اقتصادي بوده و در بسياري از كاربردها نظير صنايع خودرو در قطعات محفظه موتور (روكش تزئيني روي سيلندر ، شير حرارتي ،‌ ژاكت آب موتور) مصرف مي گردد. همچنين اين ماده اگر با الياف شيشه تقويت شود مي تواند به عنوان آلترناتيو فلزات مصرف گردد.

 

شکل (4) مقایسه منحنی های کارایی خواص فیزیکی مکانیکی پلی فتال آمید نسبت به نایلون 6

جدول (2) خلاصه‌اي از خواص انواع عمومي نايلونها را كه به صورت تجاري عرضه مي‌گردند را ارائه مي‌دهد.

 جدول (2) خواص فيزيكي مکانیکی انواع مختلف نايلون

خواص	Nylon6	Nylon6/ 30% شیشه	Nylon/ 30% کربن	Nylon66	Nylon66/ 30% شیشه	Nylon66/ 30%کربن	Nylon66/ 40% clay	Nylon66/ 50% میکا
نقطه ذوب (^oc)	226	215	215	265	265	265	265	215
دماي انحناء تحت بار در Mpa1/82، ^oc	78	210	215	75	250	260	190	230
حداکثر مقاومت به حرارت مداوم^oc	65	190	205	100	225	240	150	170
ضريب انبساط خطي   cm/cm/^oc ˟ 10^-5	8	4	5	8	2	2	3	3
استحكام كششي     MPa	62	138	205	82	180	227	75	90
درصد ازدياد طول	30	5	3	60	4	3	9	9
استحكام خمشي   MPa	96	275	315	103	275	330	205	400
استحكام فشردگي MPa	96	150	135	103	180	170	160	150
استحكام ضربه‌پذيري Izod شكافدار J/m	55	130	155	55	110	88	50	85
سختي (راكول)	119R	85M	80M	85M	85M	120R	80M	80M
دانسیته	1.13	1.38	1.28	1.14	1.37	1.35	1.4	1.4

 

ادامه جدول (2) خواص فيزيكي مکانیکی انواع مختلف نايلون

خواص	Nylon69	Nylon610	Nylon612	Nylon612/ 35% شیشه	Nylon11	Nylon12	Aramid
نقطه ذوب (^oc)	205	220	210	210	192	177	275
دماي انحناء تحت بار در Mpa1/82، ^oc	55	60	69	216	150	146	260
حداکثر مقاومت به حرارت مداوم^oc	60	70	75	200	140	135	150
ضريب انبساط خطي   cm/cm/^oc ˟ 10^-5	8	8	8	6	10	8	3
استحكام كششي     MPa	58	60	50	145	55	55	120
درصد ازدياد طول	80	125	200	4	200	225	5
استحكام خمشي   MPa	40	40	44	80	40	42	172
استحكام فشردگي MPa	100	90	90	150	80	80	207
استحكام ضربه‌پذيري Izod شكافدار J/m	60	60	60	96	96	110	75
سختي (راكول)	111R	105R	78M	93M	108R	105R	90E
دانسیته	1.09	1.08	1.08	1.35	1.04	1.01	0.5

 

جستجوي گريدهاي مختلف مواد پلیمری از طريق سايتهاي اينترنتي

نويسنده : سعيد مشهدي رفيعي

 مرجع:کتاب آميزه هاي پليمري و استفاده از منحني هاي كارايي براي مقايسه خواص فيزيكي مكانيكي – مولف سعيد مشهدي رفيعي – انتشارات ساپكو – سال 1391

برای بیان مشخصات هر یک از گریدهای مختلف مواد پلیمری، تولید کنندگان این مواد ضمن بیان ویژگیهای کاربردی آنها در صنایع خاص، اطلاعاتی را به صورت جداول مشخصات فیزیکی مکانیکی به نام دیتا شیت ارائه می نمایند که در بر گیرنده مشخصات آزمایشگاهی این مواد از حیث پارامترهای فیزیکی، مکانیکی ، الکتریکی ، حرارتی، اپتیکی و فرایندی می گردد که بخشی از آن را برای گرید خاصی از پلیمر ABS مي توان در جدول (1) ملاحظه نمود. از آنجایی که انتشار تمام خواص آزمایشگاهی یک ماده پليمري خاص مستلزم هزینه های گزاف برای تولید کنندگان می باشد، اغلب بدست آوردن دیتا شیت کامل همه مواد پلیمری امکان پذیر نبوده ، بسیاری از عرضه کنندگان این مواد، با توجه به محل مصرف و کاربرد ماده، تنها اقدام به انتشار خواص محدودی از مواد پلیمری می نمایند که این موضوع در برخی موارد یافتن و گزینش بهترین گرید ماده پلیمری را برای کاربرد مورد نظر با مشکل مواجه می نماید.

از سوي ديگر، با توجه به خواص ویسکوالاستیسیته مواد پلیمری و تاثیر نوع فرایند و دماي استفاده بر عملکرد پليمرها، حتی داشتن دیتا شیت کامل ماده نیز به تنهایی برآورنده تمام اطلاعات طراح جهت گزینش یک ماده نمی تواند باشد، ضمن آن که بیان منحنی های کاربردی در قالب اطلاعات خلاصه شده دیتا شیت مقدور نیست. لذا برای حل این مشکل ، برخی از مراجع اقدام به انتشار خواص فیزیکی مکانیکی دسته ای از مواد نموده اند که می تواند به عنوان راهنما در اطلاع یافتن از محدوده تغییرات پارامتري خاص مفید باشد. به عنوان نمونه جدول (2) قسمتی از اطلاعات يكي از دسته های مختلف ABS را ارائه می نماید.

جدول(1) قسمتي از دیتا شیت گریدی خاص از ABS

همان گونه که ملاحظه می فرمایید بر خلاف جدول (1) ، در این جدول به جای ارائه تنها یک عدد به عنوان مقدار پارامتري خاص، محدوده تغییرات آن خاصیت در گرید مورد نظر ارائه شده است و متوسط مقدار این دسته از مواد و تعداد نمونه هایی که برای محاسبه این متوسط مورد استفاده قرار گرفته اند، ذکر شده است.

جدول(2)قسمتي از دیتا شیت عمومی گریدهای تزریقی ABS

 از مهمترین سایتهایی که می توان اطلاعات گریدهای مختلف مواد پلیمری را در آنها یافت،  سایتهاي www.Matweb.com  و www.Ides.com و www.Omnexus.com  می باشد که در آنها می توان بر حسب نوع اطلاعات درخواستی، به ديتا شيت گریدهای مختلف دست یافت. در این مقاله  در خصوص هر یک از این سایتها و نحوه بدست آوردن اطلاعات مختلف در آنها مطالبی ارائه می گردد.

 

آشنایی با امکانات سایت www.Matweb.com

Matweb  یکی از سایتهایی است که بالغ بر 83000 دیتا شیت مواد مختلف مشتمل بر مواد فلزی ، سرامیکی و پلیمری را در خود جای داده است. این سایت از روشهای مختلف، امکان مشاهده دیتاشیتهای مواد را برای استفاده کنندگان فراهم نموده است. شکل (1) نمای کلی این سایت را نمایش می دهد.

شکل (1) نمای کلی سایت www.Matweb.com

 

كاربر با انتخاب Material Type از صفحه اصلي مي تواند به صفحه Material Category Search مانند شکل (2) راه يافته با مرور در لیست مواد اولیه می تواند به گروه مواد دسترسی پیدا کند.

شکل (2) صفحه Material Category Search  در سایت www.Matweb.com

 به طور مثال برای مشاهده انواع گریدهای ABS، از فهرست صفحه Material Category Search  ابتدا با انتخاب Polymer و سپس انتخاب Thermoplastic، لیستی از پلیمرها مشاهده می شود که اولین آن ABS می باشد. با انتخاب این گزینه و زدن دکمه Find ، این سایت لیست کلیه مواردی که مشتمل بر گریدهای مختلف ABS می باشد را نشان می دهد. همان گونه که در شکل (4) ملاحظه می گردد نتیجه جستجو 2493 مورد بوده است.(با توجه به بروز شدن اطلاعات در اين سايت ممكن است كاربر با نتايج بيشتري روبرو گردد). عموما در ابتدای لیست جستجو، مواردی که به کلمه Overview شروع می گردد مشاهده می شود. به طور مثال اولین ردیف در جستجو گریدهای ABS ، عبارت Overview ABS Molded می باشد که در صورت انتخاب این گزینه، می توان صفحه ای را همانند جدول (2) مشاهده نمود که جمع بندی از گریدهای تزریقی ABS را به صورت دیتا شیت ارائه می نماید.

شکل (3) انتخاب ABS از بین مواد Thermoplastic در سایت www.Matweb.com

 

شکل (4) نتیجه جستجو در خصوص ABS در سایت www.Matweb.com

 

با مرور بر روی لیست جستجو، می توان با مشاهده گریدهای مختلف و کلیک بر روی هر یک از آنها، دیتا شیت مربوطه را مطابق جدول (1) مشاهده نمود. این امکان به كاربران سایت www.Matweb.com داده شده است تا بتوانند دیتاشیت ها را به صورت فایل PDF و یا در فرمت Excel ضبط نمایند. همچنین می توان دیتاشیت مواد مختلف را به صورت جدول مقایسه ای در کنار هم مشاهده نمود. اعضاي این سایت می توانید تا 10 ماده را با هم مقایسه نمایید. در غیر صورت ، اجازه مقایسه تا سه گرید به كاربران ميهمان سايت به صورت رایگان داده خواهد شد.

 از راههای ديگر جستجو، جستجو در نام تولید کنندگان می باشد. برای این کار از صفحه اصلی سایت www.Matweb.com گزینه Manufactures را انتخاب و در صفحه Manufactures Search مشابه شکل(5) ، از منوهای موجود که نام توليد كنندگان را به ترتیب حروف الفبا سورت نموده است ، نام مورد نظر را انتخاب و کلید Find را كليك نماييد. با اين كار، کلیه تولیدات آن توليد كننده نمايش داده مي شود كه مي توان با انتخاب گزینه ای خاص ، دیتاشیت آن ماده را روئیت نمود.

 شکل (5) صفحه Manufactures Search در سایت www.Matweb.com

 

در صورتی که نام گرید ماده پلیمری مورد نظر را می دانید، می توانید با انتخاب گزینه Grades از صفحه اصلی سایت www.Matweb.com  ، به صفحه Trade Name Search وارد شده ، با انتخاب نام تجاري مورد نظر (مانند شکل (6)) به لیستی از موادي كه با آن نام شناخته مي شوند دسترسی يافته ، با انتخاب گزينه مورد نظر، دیتا شیت آن را مشاهده نمایید.

شکل (6) صفحه Trade Name Search  در سایت www.Matweb.com

 

در صورتی که نام تجاری گرید مورد نظر را می دانید، می توانید آن را در کادر Search در صفحه اصلی تايپ نموده با فشردن کلید Search مستقیما به لیست گریدهای مورد نظر دسترسی پیدا نمایید .

 از ديگر امکانات سایت www.Matweb.com ، قابلیت جستجوي پيشرفته می باشد. برای این کار در صفحه اصلی این سایت بر روی گزینه Advance Search کلیک و به صفحه مخصوص جستجوی پیشرفته دسترسی پیدا نمایید. در این حالت اگر شما عضو سایت باشید می توانید با اضافه نمودن شرایط مختلف جستجو به گرید مورد نظر دسترسی پیدا نمایید ولی در صورتی که به صورت مهمان از امکانات این سایت استفاده می نمایید، سایت امکان تعیین سه شرط را یه شما می دهد. برای یاد گیری این قابلیت در زیر نمونه اي ارائه شده است.

 در نظر بگیرید که هدف شما جستجوی ماده پلیمری با خواص زیر می باشد: خاصیت جذب آب در محدوده 6 تا 7 درصد ،  دانسیته در حدود 1.2 تا  1.25 گرم بر سانتیمتر مکعب و میزان دمای خمش تحت بار psi 66 در محدوده 250  تا 300 درجه سانتیگراد.

برای این کار ابتدا از صفحه اصلی سایت و انتخاب گزینه جستجوی پیشرفته وارد صفحه Advanced Search شويد و از منوی مربوط به Property به ترتیب خواص ارائه شده در فوق را انتخاب و محدوده تغییرات هر یک را وارد نماييد. براي ورود اطلاعات بعد، بر روی گزینه Add کلیک نمایید. .با انجام اعمال فوق، سایت به شما اعلام می دارد که چند گزینه را با شرایط تعیین شده یافته است (شکل(7))

در مثال فوق ، سایت تعداد گریدهایی را که بر جستجوی انجام شده منطبق است را 42 مورد اعلام می نماید که با زدن کلید Display Search Results،  نام مواد منطبق با شرایط جستجو، قابل مشاهده خواهد بود که با زدن کلیک بر روی هر یک ، دیتا شیت آنها را مي توان ملاحظه نمود.(شكل (8))

 شکل (7) جستجوی پیشرفته برای یافتن ماده مورد نظر بر اساس محدوده خواص در سایت www.Matweb.com

 

شکل (8) مشاهده نتایج جستجوی پیشرفته در سایت www.Matweb.com

 

آشنایی با امکانات سایت www.IDES.com

سایت www.IDES.com از جمله سایتهای خوب در زمینه بدست آوردن اطلاعات مختلف مواد پلیمری و کسب آموزشهای مختلف از طریق دسترسی به سمینارهای Online کامپیوتری و یا خرید کتب و برنامه های مختلف آموزشی در زمینه روشهای مختلف تولید و یا حل مشکلات تولید مواد پلیمری می باشد. این سایت همچنین قسمتی برای Download برخی از مقالات و سمینارهای مرتبط با مباحث پلیمری را به استفاده کنندگان می دهد.

در این سایت امکان جستجو حدود 85000 دیتاشیت مختلف مواد پلیمری وجود دارد. این سایت با تقسیم بندی مواد بر حسب نوع کاربرد، علاوه بر امکانات جستجویی که در سایت www.Matweb.com به استفاده کننده داده می شود، ویژگی دیگری را در اختیار قرار می دهد تا بتوان با توجه به نوع کاربرد و زمینه های قبلی استفاده، سریعتر به ماده پلیمری مورد نظر دست یابد. شکل (9) صفحه اصلی سایت www.IDES.com را نشان می دهد.

شکل (9) صفحه اصلی سایت www.IDES.com

 

برای یافتن دیتا شیت مورد نظر، ابتدا از صفحه اصلی سایت www.Ides.com ، گزینه Free DataSheets را انتخاب نمایید. سایت ابتدا آدرس ایترنتی استفاده کننده را برای ارتباطهای آتی سوال نموده ، سپس کاربر به صورت اتوماتیک به آدرس www.Prospectore.IDES.Com وصل مي شود و صفحه ای مانند شکل (10) را که امکانات مختلف جستجو را به كاربر می دهد را مشاهده می کند. برای آشنایی با نحوه جستجو در هر قسمت،  سایت www.IDES.com امکانی را به عنوان View Demo قرار داده است که به صورت نمونه مثالهایی برای نحوه استفاده از سایت به کاربر آموزش داده می شود. همان گونه که در شکل (10) ملاحظه می شود، کاربر می تواند به طور ویژه از بین گریدهای مختلف مواد پلیمری آنهایی را که صرفا در صنایع خودرو تا کنون استفاده شده اند را در قسمت   Automotive Plastics Search جستجو نماید و یا برای بدست آوردن گریدهای جایگزین گریدی که فعلا در حال استفاده از آن می باشد، در قسمت Alternative Resins Search جستجو نموده، نزدیکترین ماده ای که از نظر خواص با گرید مورد نظرش تطبیق دارد را بیابد. (دسترسي به برخي از اين اطلاعات مستلزم عضويت در سايت و پرداخت هزينه اشتراك سالانه مي باشد)

با انتخاب گزینه Fast Lookup ، صفحه ای نمایش داده می شود و از کاربر خواسته می شود تا با توجه به نوع اطلاعاتی که مورد نظرش می باشد گرید مطلوب را جستجو نماید. این اطلاعات شامل جستجو در نوع بازار عرضه ماده مورد نظر ، نام عمومی پلیمر، نام گرید، نام سازنده یا عرضه کننده و نوع و یا محل کاربرد می باشد. برای آشنایی خوانندگان نمونه ای در زیر ارائه می گردد.

در صورتی که هدف یافتن گریدی از ABS باشد که کاربرد تزئینات داخلی اتومبیل را دارد، مطابق شکل (11) از  قسمت Applications کاربرد Automotive Exterior Trim و از قسمت Generic Symbol نام ABS را انتخاب نمایید.

پس از جستجو، سایت اعلام می نماید که 14 گرید مختلف را با شرایط جستجو یافته است که می توان با فشردن کلید View Results شرایط جستجو و گریدهای بدست آمده را مشاهده کرد. با مرور نام گریدهای جستجو شده ، کاربر می تواند دیتا شیت گرید مورد نظرش را با کلیک بر روی هر يك مشاهده نماید و یا می تواند با افزودن شرایط دیگری به شرایط جستجو ، تعداد گریدهای بدست آمده را محدودتر نماید. برای این کار با کلیک بر روی دکمه Edit Search به صفحه قبل باز گشته و شرایط دیگری را اضافه نمایيد مثلا با انتخاب نام تولید کننده یا توزیع کننده می توان شرایط جستجو را محدودتر نمود.

شکل (10) امکانات مختلف سایت IDES.com برای جستجو در بین مواد مختلف پلیمری

 

 شکل(11) درج شرایط جستجو در قسمت جستجوی پیشرفته سایت www.Prospector.Ides.com

 

به طور مثال اگر بخواهيد تا شرایط جستجو محدود به شرکت Korea Kumho Petrochemical گردد، باید از لیست مربوط به Manufactures/Suplier نام این شرکت را انتخاب و با زدن کلید View Results ، نتایج جستجوی جدید که شامل نام 9 گرید است را مطابق شکل (12) مشاهده نماييد.

برای یافتن گریدهایی که شرایط منطقه توزیع و فروش، نوع فرایند و وضعیت مواد  را نیز شامل گردد ، با انتخاب محدوده هاي مورد نظر می توان شرایط جستجو را مانند شکل (13) محدودتر نیز نمود.

شکل(12) نتایج شرایط جستجو برای یافتن گرید مطلوب  ABS برای کاربرد در تزئینات داخلی خودرو

 

شکل (13) اضافه نمودن شرایط جدید جستجو

 

از قابلیتهای ديگر سایت www.IDES.com جستجو بر اساس نام گرید تجاری پلیمرها، نوع پلیمر ، نام تولید کنندگان و نام عرضه کنندگان می باشد. برای این منظور در بالای صفحه اصلی سایت www.IDES.com ، کلماتی قرار داده شده است که با کلیک بر روی هر یک، نحوه های مختلف دسترسی قابل استفاده خواهد بود. در صورتی که کاربر بر روی گزینه Plastics  کلیک نماید ، صفحه ای که نام پلیمرها را بر اساس نام تجاری گریدهای مختلف سورت نموده است مشاهده خواهد نمود. در شکل (14) این امکان نمایش داده شده است. همان گونه که ملاحظه می گردد در مقابل هر نام تجاری ، گریدهایی از مواد پلیمری که با آن نام در بازار عرضه می شوند و  منطقه توزیع و فروش، نوع و كاربرد ارائه شده است.

 شکل (14) دسترسی به دیتاشیت مواد پلیمری بر اساس نام تجاری در صفحه Plastics

 

نحوه دیگر جستجو اطلاعات بر اساس نام پلیمر می باشد. برای این موضوع بر روی لینک Generics از صفحه اصلی کلیک نمایید تا نام پلیمرهایی که در سایت www.IDES.com برای آنها اطلاعاتی جمع آوری شده است را ملاحظه نمایید. شکل (15) این صفحه را نشان می دهد. با کلیک بر روی نام هر پلیمر، صفحه مخصوص آن پلیمر نمایش داده می شود که در آن اطلاعات زیر ارائه می شود:

کاربردهای مختلف گریدهای پلیمر ، بررسی گریدهای پلیمر بر اساس خواص مختلف آن ، خواص عمومی گریدهای مختلف پلیمر بر اساس سیستم انگلیسی و SRI ، اطلاعات فرایندی گریدهای مختلف ماده پلیمری، عیب یابی مربوط به مشکلات فرایندی مرتبط با نحوه کار با هر پلیمر ، محاسبه قیمت محصول قابل ساخت از هر پلیمر. شکل (16) صفحه مربوط به پلي استال یکی از پلیمرهایی که در شکل (15) معرفی شده است را نمایش می دهد.

شکل (15) دسترسی به اطلاعات مواد پلیمری بر اساس نام پلیمر در سايت WWW.IDES.com

 

از امکانات قرارداده شده در صفحه مرتبط با هر پلیمر(شکل (16))، دسترسی به گریدهای مختلف ماده بر اساس قابلیتهای خاصی است که در گریدهای مختلف بر اساس نوع فیلر و یا روش تولید ایجاد شده و خاصیتی ویژه را از نظر ضربه پذیری ، شعله پذیری و ... به ماده داده است. برای مشاهده این قابلیتها بر روی لینک Features کلیک نمایید. (شکل(17))

شکل (16) نمونه اطلاعاتی که برای یک پلیمر در سایت WWW.IDES.com ارائه شده است

 

 شکل(17) جستجو گریدهای مختلف یک پلیمر بر اساس خواص ویژه

 

آشنایی با امکانات سایت www.Omnexus.com

یکی دیگر از سایتهای مفید برای بدست آوردن و مقایسه پلیمرهای مختلف سایت www.Omnexus.com  می باشد. شکل (18) اولین صفحه این سایت را نشان می دهد. کاربران می توانند با عضویت رایگان در این سایت از مطالبی ارزنده و سمینارهای رایگان آن و همچنین آخرین رویدادها  در صنایع پلیمر آگاه گردند.

شکل (18) نمای صفحه اصلی سایت www.Omnexus.com

 

 یکی از مهمترین قسمتهای این سایت، ارائه اطلاعات خواص ، ارائه خواص پلیمرهای مختلف ، امکان جستجوی یک پلیمر با ارائه خواص مورد نظر و مقایسه پلیمرهای مختلف  با یکدیگر به صورت نمودار کارایی می باشد. برای ورود به قسمت مربوطه می باید در صفحه اول، به قسمت Compare & Select Materials for your Part مراجعه و بر روی يکی از گزینه های این قسمت کلیک کرد. با انتخاب گزینه Polymer Properties ، صفحه اي باز می گردد که کاربر می تواند با مرور بر روی لیست موجود و انتخاب هر یک از نامهای گريدهاي موجود، به دیتا شیت آن ماده دست یابد.

از امکانات ديگر سایت www.Omnexus.com قابلیت جستجو یر اساس خواص می باشد. در صورت کلیک بر روی گزینه Plastic Selector در شکل (18)، صفحه مربوطه مطابق شکل (19) گشوده می گردد که کاربر می تواند با انتخاب حداکثر چهار خاصیت و تعیین حدود آن ، پلیمرهایی که در شرایط جستجو قرار می گیرند را جستجو نماید.

شکل (19) صفحه Search Polymer  در سایت www.Omnexus.com

 

از ديگر قابليتهاي ارائه در سايت www.Omnexus.com  ‌امكان مقايسه خواص گريدهاي پليمرهاي مختلف بر اساس خواص مورد نظر مي باشد كه با رسم منحني كارايي ، نقاط ضعف و قوت پليمرهاي انتخاب شده را به تصوير مي كشد. براي اين كار كافي است تا كاربر بر روي گزينه Compare Polymer در شكل (18) كليك كرده و موارد مورد نظرش را براي حداكثر سه پليمر و پنج خاصيت  انتخاب نمايد. سپس با انتخاب گزينه Plot ،‌نتيجه را مشاهده نمايد. نمونه اي از اين مقايسه در شكل (20) نمايش داده شده است.

 شکل (20) مقايسه دو گريد مختلف از مواد پليمري در سایت www.Omnexus.com