دانلود ‫پروژه قالبگیری تزریقی

آشنایی با بسپارها
بسپار مولکول بسیار بزرگی است که از بهم پیوستن تعداد زیادی مولکولهای کوچک که تکپاره نامیده می شوند پدید می آید.

به عبارتی دیگر زنجیر زنجیر بلندی است که از تکرار واحدهای شیمیایی کوچک و ساده ساخته شده است.

به هر یک از این واحدهای تکراری پار (و در زبان انگلیسی mer) گفته می شود و از به هم چسبیدن بسیاری پار بسپار (Polymer) ساخته می شود.

فرایند تولید بسپار از تکپار را بسپارش می گویند.

اغلب به علت ساختار زنجیر وار به هم متصل می شود.

از اصطلاح زنجیر بسپاری به جای مولکول یا درشت مولکول بسپاری استفاده می شود.

یک بسپار می تواند طول زنجیرههای متفاوتی داشته باشد.

بسپارهای تجاری عموما زنجیرهایی دارند که از 1000 تا 10000 واحد تکراری تشکیل شده اند.

اگر تعداد واحدهای تکراری در زنجیره خیلی زیاد نباشد ماده به صورت مایع خواهد بود و به آن چند پاره می گویند.

با افزایش واحدهای تکراری و در نتیجه افزایش وزن مولکولی حالت فیزیکی ماده به سمت مایع گرانرو و در نهایت جامد تغییر شکل می دهد.
یک درشت مولکول بسپاری می تواند به صورت خطی شاخه ای و یا شبکه ای وجود داشته باشد.

در یک بسپار خطی گروههای تکرار شونده پشت سر یکدیگر قرار می گیرند.

شکل فضایی این مولکولها معمولا به صورت یک کلاف نخ است و توده ای از این مولکولها کلاف درهم گره خورده ای را تشکیل می دهند.

این امکان است که روی یک زنجیر بسپار زنجیره های کوچک دیگری رشد کنند که به آنها شاخه می گویند و به این نوع بسپارها بسپار شاخه ای می گویند.

شاخه های متصل به بدنه زنجیر می توانند کوتاه یا بلند باشند.
در حالتی که زنجیرهای یک ماده بسپاری بوسیله اتصالات عرضی به یکدیگر پیوند خورده باشند بسپار شبکه ای نامیده می شود.

بسپارهای شبکه ای به دلیل ساختار به هم پیوسته ای که دارند در حلالها حل نمی شوند.
کوپلیمرها نوعی از بسپارها هستند که از بسپارش دو با چند نوع تکپاره با یکدیگر بدست می آبند.

در این حالت به تکپاره ها همتکپاره گفته می شود.

گاهی اوقات غبارت هموپلیمر برای بسپار ساخته شده از یک تکپار منفرد به کار گرفته می شود.
بلورینگی
اگر ساختار مولکول بسپار منظم بوده و فاقد گروه های جانبی بزرگ باشدزنجیرها می توانند به آسانی در کنار یکدیگر مستقر شوند و نظم یابند.

مناطقی که در آهنها زنجیرهای بسپار در کنار هم منظم قرار می گیرند را نواحی بلوری می گویند.

به بسپارهایی که ریخت بلوری و یا جهت یافتگی خاصی بین زنجیرهای آن مشاهده نشود بسپار بی ریخت یا بی شکل می گویند.

میزان بلورین بودن یک بسپار یکی از عوامل مهم در تعیین خواص آن می باشد.

بطور مثال شفافبت یکی از خواص ظاهری است که تابع بلورینگی استو
در بسپارهای شاخه ای وجود شاخه ها مانعی برای تشکیل نواحی بلورین است به همین دلیل در یک نوع بسپار که قابلیت بلورینگی دارد گونه های خطی آن نوع بسپار بلوری تر از گونه های شاخه ای همان بسپار بوده و خواص متفاوتی نیز خواهند داشت.
به هنگام فراورش و شکل دهی بسپارها این امکان هست که با تغییر شرایط فراورش میزان بلورینگی را در محصول نهایی تغییر داد چون نظم یابی زنجیرها در کنار هم یا بلورین شدن بسپار وابسته به شرایط دمایی و زمانی استو
برای مثال با افزایش بلورینگی در یک قطعه:
- دمای ذوب مقاومت شیمیایی و صلبیت افزایش می یابد.
- ضربه پذیری شفافیت مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی و تراوایی قطعه در برابر گازها کاهش می یابد.
رفتار گرمایی بسپارها
در حالت کلی بسپارهای صنعتی را می توان به دو گروه گرمانرم و گرماسخت تقسیم کرد.

گرمانرمها در بیانی ساده بسپارهایی هستند که در اثر گرما نرم شده و در بالاتر از یک دمای خاص جریان می یابند.

به عبارتی دیگر در این مواد امکان لغزش زنجیره های بسپاری روی هم در اثر گرم شدن وجود دارد به طوری که درشت مولکولها از انرژی کافی جهت غلبه بر نیروهای بین مولکولی برخوردار هستند.

بالطبع با سرد کردن این مواد سفت شده و زنجیره های آن از حرکت باز می ایستند.
گرمانرمها را می توان بارها گرم کرد و شکل داد.

این مواد قابلیت حل شدن در حلال را نیز دارند.

گرمانرومها از نظر تجاری مهمترین دسته مواد پلاستیکی هستند.

80% بسپارها در دنیا جزء گرمانرمها هستند.

ساختار مولکولی گرمانرمها بصورت خطی یا شاخه ای است.
گرما سخت ها پلاستیکهایی هستند که در اثر گرما یا عوامل دیگری از قبیل تابش اشعه و رطوبت پخت شده و تبدیل به محصولاتی غیرقابل ذوب و انحلال می شوند.

اصطلاح گرما سخت به این دلیل روی این مواد گذاشته شد که اولین پلاستیکهای شبکه ای ساخته شده در اثر گرما شبکه ای می شدند اما در چند دهه اخیر روشهای غیر گرمایی نیز برای شبکه ای کردن مواد استفاده می شود.

رفتار گرمانرمها در برابر گرما با رفتار مواد کوچک مئلکول بسیار متفاوت است.

بسپارها معمولا نقطه ذوب مشخصی ندارند و فرایند ذوب آنها در محدوده ای از دما صورت می گیرد.

نواحی بی ریخت و بلورینه گرمانرم رفتارهای متفاوتی در مقابل گرما دارند.

اگر یک ر بی ریخت را گرم کنیم به محدوده ای از دما می رسیم که در آن تحرک بخشهایی از زنجیر ممکن شده و بسپار نرم می شود.

به این دما دمای انتقال شیشه ای (Tg) گفته می شود که از ویژگیهای مهم یک بسپار گرمانرم است.

اگر به گرما دادن ادامه دهیم به جایی می رسیم که کل زنجیر امکان حرکت پیدا می کند.

به این محدوده از دما که در آن زنجیرهای بسپار می توانند روی هم بلغزند دمای ذوب (Tm) گفته می شود.
نواحی بلورین از مقاومت گرمایی بیشتری نسبت به نواحی بی ریخت برخوردار هستند به عبارتی دمای ذوب بیشتر و مشخص تری دارند.

دمایی که برای ذوب بلورها تعریف می شود (Tc) دمایی است که در آن نواحی بلورین نظم خود را از دست می دهند.

برای داشتن جریان در یک بسپار بلورین لازم است که آن را تا بالاتر از دمای ذوب بلورها گرم کنیم.

در حالت عمومی برای اغلب بسپارها بین سه دمای مذکور رابطه زیر برقرار است:
Tg < tc=""><>
وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی
وزن مولکولی یک بسپار نقش مهمی در کاربرد آن ایفا می کند.

جالب و مفید بودن ویژگیهای مکانیکی بسپارها نتیجه وزن مولکولی بسیار زیاد آنها است.

وزن مولکولی ر تعیین کننده ویژگی های مکانیکی و نیز فرایند پذیری آن است.

هر چه وزن مولکولی زیادتر شود مقاومت شیمیایی و خواص مکانیکی ماده (از قبیل استحکام چقرمگی خزش مقاومت در مقابل ترک) نیز بهبود می یابد.

اما در عین حال موجب زیاد شده کرانروی مذاب بسپار شده و فراورش آن را مشکلتر می کند.

در صنعت برای تخمین وزن مولکولی از اندازه گیری شاخص جریان مذاب بسپار استفاده می شود که عبارت است از وزنی از بسپار که در حالت مذاب و تحت فشاری مشخص از میان روزنی استاندارد طی 10 دقیقه رانده می شود.

این شاخص با گرانروی بسپار و در نتیجه وزن مولکولی آن نسبت معکوس دارد.

زوشهای دقیق تر تخمین وزن مولکولی کروماتوگرافی ژل تراوایی (GPC) و اندازه گیری گرانروی محلول بسپار است که روشهایی آزمایشگاهی هستند.
وزن مولکولی یک بسپار در طول فرایند بسپارش کنترل می شود.

شرایط واکنش نوع فرایند و نوع یازیگرها (کاتالیزورها) از عوامل موثر بر وزن مولکولی هستند.

البته در یک بسپار تجاری همه مولکولها هم اندازه نیستند.

به عبارتی در طول فرایند بسپارش همه مولکولها به یک اندازه رشد نمی کنند و یک بسپار شامل مخلوطی از مولکولهایی با وزنهای مولکولی مختلف است.

هنگامی که از وزن مولکولی یک بسپار صحبت می شود درواقع میانگین وزن مولکولی درنظر گرفته می شود.

در کنار وزن مولکولی توزیع وزنهای مولکولی مختلف در بسپار نیز از عوامل تعیین کننده ویژگی ها است و باید مورد بررسی قرار گیرد.
وزن مولکولی بسپارها معمولا با دو روش تعیین و گزارش می شود که عبارتند از:
وزن مولکولی میانگین عددی Mn و وزن میانگین وزنی Mw که اینگونه تعریف می شوند:
وزن مولکولی میانگین عددی Mn و وزن میانگین وزنی Mw که اینگونه تعریف می شوند: تعداد کل زنجیرها / وزن کل زنجیرهای بسپار = Mv کل وزن زنجیرها / مجموع (تعداد زنجیرهای هم وزن x وزن هر زنجیر با تعداد واحدهای تکراری مشخص) = Mw اگر زنجیرهای یک بسپار دارای اندازه های تقریبا یکسانی باشند توزیع وزن مولکولی باریک خواهد بود و به آن به اصطلاح تک پراکند می گویند و هر چه اندازه زنجیرها متنوع تر باشد توزیع مذکور پهن تر خواهد بود و به آن بس پراکند می گویند.

در یک بسپار تک ژراکند مقادیر Mn و Mw یکسان خواهد بود اما در بسپار بس پراکند رابطه زیر برقرار است: Mn هرچه توزیع وزن مولکولی پهن تر باشد اختلاف بین مقادیر انواع وزن مولکولی ها افزایش می یابد.

برای بیان چگونگی توزیع وزن مولکولی از نمایه پراکندگی (PDI) استفاده می شود که عبارت است از حاصل تقسیم وزن مولکولی میانگین وزنی بر وزن مولکولی میانگین عددی: Mn در PDI = Mwهای تک پراکند نمایه فوق برابر یک است و هرچه توزیع وزن مولکولی پهن تر باشد مقدار آن از یک بیشتر خواهد بود.

چگونگی توزیع وزن مولکولی یک بسپار روی ویژگی های آن تاثیر زیادی دارد و در نتیجه توزیع های متفاوت وزن مولکولی یک بسپار آن را برای کاربردهای متفاوتی مناسب می سازد.

بسپارهایی که توزیع وزن مولکولی باریک دارند نسبت به گونه هایی که توزیع وزن مولکولی آنها پهن است ویژگی های مکانیکی بهتری دارند اما فراورش آنها به مراتب مشکل تر است.

فهرست رفتار پلاستیکها تلرانس ها مقدار انقباض تنش حرارتی طراحی و پارامترهای موثر تلرانس و شرینکیج استرس های حبس شده و باقی مانده تمرکز تنش رفتار پلاستیکها: یکی از عوامل مهم در طراحی آشنائی با پلاستیکها است.

به ضمیمه آشنائی با یک نوع پلیمر آورده شده است.

پارامترهای کلیدی که باید طراحی ساختاری پلاستیک مدنظر باشند: مقدار و طول مدت اعمال تنش – کرنش و درجه حرارت magnitufe and duration of در دمای خاص مقدار و زمان استرس یا کرنش در عکس المعمل ساختاری و رفتار استحکام پلاستیک تاثیر می گذارد.

و در یک مقدار از تنش و کرنش با زمان اعمال معلوم تغییر در دما می تواند باعث تغییرات عمده در عکس العمل و رفتار استحکام پلاستیک گردد.

محیط Environment محیط اعمال تنش و کرنش و طول مدت اعمال آنها با هم تاثیر متقابل دارند.

محیط های شیمیایی، نفوذپذیری تابش UV، دمای بالا محیط مرطوب تاثیر مستقیم بر خواص پلاستیک خواهد داشت.

لذا مسئله طراحی محصول را نتاثر می نماید.

افزودنی های و اصلاح کننده ها Additives anf mofifiers تقویت کننده ها Reinforcement الیاف قوی در پلاستیکها باعث بهبود خواص افزایش و استحکام و پایداری ابعادی می شوند.

فرایند process فرایندی که طی آن قطعه تولید می شود می تواند کارایی ساختاری محصول نهایی را دیکته نماید مثل اورینته شدن مولکولها که می تواند باعث افزایش استحکام در جهت جریان مذاب شود.

اکسیداسیون و کریستالیزاسیون که می تواند باعث شکنندگی شود.

تلرانس ها – انقباض Tolerances / shrinkage برای کنترل ابعاد و تلرانس های درنظر گرفته شده ، براساس فرایندی که انتخاب شده است برای ضخامت حد مینیمم و ماکریممی وجود داردو هر پلاستیکی / پلیمری بسته به ساختار مولکولی اش و ویژگی فرایند انتخاب شده دارای محدوده مختص به خود است.

در خارج این محدوده معمولی مذاب قابل کنترل نیست.

یک عامل مهم در تلرانس، انقباض پلاستیک است.

انقباض عبارتست از اختلاف ابعادی قطعه در دمای اتاق 12 تا 24 ساعت پس لز تولید.

مقدار انقباض – در ارتباط با فاکتورهای مختلف عوامل مختلفی بر انقباض موثرند.

از آنجا که آرایش یافتگی یکی از عوامل مهم است مقدار انقباض در جهت عمود بر آن تفاوت دارد.

انقباض کلی حاصل دو انقباض سریع و پس انقباض است.

عوامل موثر بر انثباض منشاء متفاوت دارد.

یکی از آنها عوامل فرایندی است مانند دمای ذوب – دمای قالب (سریع سرد شدن)، فشار تزریق و سیکل تزریق و دیگر ضخامت و ماهیت ماده و افزودنیها، بطور مثال افزودن فیلرها باعث کاهش انقباض به مقدار توجهی گردد که هر چه درصد فیلر بیشتر باشد میزان انقباض کمتر است.

CLTE ضریب انبساط حرارتی خطی: ضریب انبساط حرارتی خطی عبارتست از نسبت تغییرات ابعادی به ابعاد اولیه با افزایش یک درجه از دما که معمولا با cm/cm/c بیان می شود.

که در جدول زیر این ضریب برای تعدادی از پلیمرها ذکر شده است.

این فاکتور نیز در کنترل ابعادی و تلرانس ها عامل موثریست که طراح محصول باید مدنظر داشته باشد.

پلاستیکها دارای محدوده وسیعی از CLTE هستند.

حتی کامپاندهای پلیمری پر شده با گرافیت دارای رفتار معکوس است بدین معنی که با اعمال حرارت به جای انبساط منقبض می گردند و بالعکس.

پلاستیکها همانند فلزات وقتی گرم می شوند منبسط می گردند و در سرما منقبض می شوند.

معمولا در تغییرات دمائی یکسان تغییرات ابعادی پلیمرها بیشتر از فلزات است.

CLTE هنگامی بسیار اهمیت می یابد که بخواهیم در طراحی محصول یک ماده پلاستیکی را در کنار و متصل شده به یک