دنیای پلیمر

دنیای پلیمر

جمع شدگی (Shrinkage) و تاب برداشتن قطعه (Warpage)

جمع شدگی (Shrinkage) و تاب برداشتن قطعه (Warpage)
چرا این معایب در قطعه اتفاق می افتد؟

جمع شدگی یا shrinkage امری ذاتی در قالبگیری تزریقی است. جمع شدگی رخ میدهد زیرا دانسیته پلیمر از دمای فرایند تا دمای محیط تغییر می کند (نمودار PVT را ببینید.). در طی قالبگیری تزریقی، تغییر ابعاد هم بصورت عمومی در قطعه و هم بصورت عرضی در قطعه باعث ایجاد تنش داخلی در قطعه می شود. این تنش داخلی با نام تنش باقیمانده مانند تنش های بیرونی با قطعه رفتار می کنند. اگر تنش باقیمانده در قطعه در طی قالبگیری بر استحکام قطعه غلبه کند باعث می شود یا قطعه در زمان خروج از قالب تاب بردارد یا اینکه تحت نیروی خارجی شروع به شکست کند.  

therm

جمع شدگی (shrinkage)
جمع شدگی قطعات پلاستیکی قالبگیری شده می تواند به مقدار ۲۰% حجمی باشد، زمانیکه در دمای فرایند و دمای محیط اندازه گیری شود. مواد کریستالین و شبه کریستاین عمدتا در معرض جمع شدگی حرارتی هستند، مواد آمورف تمایل کمتری به جمع شدگی دارند. زمانیکه مواد شبه کریستاین به زیر دمای انتقالشان سرد می شوند، مولکول های آنها بصورت منظم تری آرایش می کنند و تشکیل کریستال می دهند. بعبارت دیگر ساختار میکروسکوپی آمورف ها با تغییر فاز تغییر نمی کند. این تفاوت منجر به این می شود که مواد کریستالین و شبه کریستاین تفاوت بیشتری در حجم ویژه (V) بین فاز مذابشان با فاز جامد (کریستالین) داشته باشند. این حالت در شکل زیر نشان داده شده است. همچنین باید این نکته را نیز یاد آوری کنیم که سرعت سرد شدن نیز در نمودار PVT سرد شدن سریع مواد کریستالین و شبه کریستاین اثر می گذارد.

علل جمع شدگی زیاد قطعه
جمع شدگی قطعه بیشتر از مقدار معمول آن، بعلت عوامل زیر است. ارتباط جمع شدگی با چندین پارامتر فرایندی و ضخامت قطعه در شکل زیر نشان داده شده است.
• فشار تزریق کم
• زمان خنک کاری کم
• دمای بالای مذاب
• دمای بالای قالب
• فشار پشت کم

factor
انقباض حجمی خنثی نشده منجر به حفره (void) یا فرورفتگی (sink mark) در سطح داخلی قطعه می گردد. کنترل جمع شدگی در قطعه، قالب، طراحی های فرایند و در تلرانس های بسته مهم است. جمع شدگی که منجر به حفره (void) یا فرورفتگی (sink mark) می شود می تواند با تراکم (packing) حفره قالب بعد از پر شدن کم یا حذف گردد. همچنین طراحی قالب باید طوری باشد که با احتساب جمع شدگی، با ابعاد قطعه مطابقت داشته باشد.

تاب برداشتن (Warpage)
نوعی اعوجاج یا کج شد قطعه قالبگیری شده است که با شکل قطعه مورد تایید مطابقت ندارد. تاب برداشتن قطعه نتیجه تنش باقیمانده قطعه است که در حقیقت بعلت تفاوت جمع شدگی مواد در قطعه قالبگیری شده است. اگر جمع شدگی در تمام قطعه یکسان باشد، قطعه تغییر شکل یا تابیدگی نخواهد داشت، یعنی به آسانی کوچکتر می شود. اما جمع شدگی کم یا غیر یکنواخت در قطعه، امری پیچیده است که بعلت وجود و برهم کنش عوامل زیادی از قبیل جهت گیری مولکولی و الیافی، سرد شدن قالب، طراحی قطعه و قالب، و شرایط فرایند است.

تاب برداشتن بعلت جمع شدگی مختلف
تاب برداشتن قطعه قالبگیری شده بعلت جمع شدگی غیریکنواخت است. تغییر در جمع شدگی می تواند بعلل جهت گیری مولکولی یا الیافی، تغییرات دمایی در قطعه قالبگیری شده، و تغییر تراکم (packing)، بعلت تراکم بالا در گلویی ها و تراکم کم در نقاط دورتر، یا مقدار فشار مختلف در حین جامد شدن قطعه باشد.

تفاوت ها در مواد پرشده و پر نشده
مقدار جمع شدگی مختلف برای مواد پر شده و پر نشده در شکل زیر نشان داده شده است. زمانیکه جمع شدگی مختلف است و در قطعه و ضخامت آن ناهمگون است، تنش داخلی ایجاد شده می تواند باعث تاب برداشتن قطعه گردد.

مواد پر شده:
در ترموپلاستیک های پر شده با الیاف، الیاف تقویت کننده بعلت انقباض گرمایی کمتر و مدول بیشتر، باعث جلوگیری از جمع شدگی می شوند. لذا، مواد پرشده با الیاف، در طول که الیاف (عموما در مسیر جریان) آرایش می یابند، جمع شدگی کمتری در مقایسه با جهت عرضی دارند. بطور مشابه ترموپلاستیک های پر شده با ذرات، جمع شدگی کمتری در مقایسه با انواع پر نشده دارند.

مواد پرنشده:
بعبارت دیگر اگر قطعه قالبگیری شده که بصورت پرنشده است حاوی جهت گیری مولکولی بالایی باشد، جمع شدگی غیر یکنواخت و ناهمسان است زیرا زنجیرهای جهت یافته به مقدار بیشتری در مسیر جهت گیری جمع می شوند.

diff

سرد شدن غیریکنواخت قالب در سراسر ضخامت قطعه
سرد شدن غیریکنواخت قطعه و سرد شدن نامتقارن سراسر یکنواخت قطعه از حفره و هسته قالب، نیز باعث جمع شدگی غیر یکنواخت قطعه می گردد. ماده سرد می شود و بصورت ناهماهنگ از دیواره قالب تا مرکز آن جمع می شود، باعث تابیدگی بعد از خروج قطعه از قالب می شود.

cool

تغییر ضخامت قطعه
یا افزایش ضخامت قطعه، مقدار جمع شدگی آن افزایش می یابد. جمع شدگی مختلف در ضخامت دیواره غیر یکنواخت باعث تابیدگی در قطعات فاقد پر کننده می گردد. بطور ویژه، سرعت های سرد شدن متفاوت و سطح کریستالیزاسیون مختلف عموما در قطعات با ضخامت دیواره متفاوت ایجاد می گردد. این باعث جمع شدگی متفاوت، درنتیجه تابیدگی قطعه شبیه به شکل زیر می گردد.

shwarp
انحنا یا نامتقارن بودن شکل هندسی قطعه
نامتقارن بودن شکل هندسی قطعه باعث سرد شدن غیریکنواخت و جمع شدگی نامتقارن قطعه و در نتیجه تابیدگی قطعه همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، می گردد.

b35000a5

نظرات (0)
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
نام :
پست الکترونیک : عدم نمایش ایمیل بعد از درج
وب/وبلاگ :