طراحی زیست پلاستیک های تولید شده با فرآیند قالبگیری تزريقي
۱۳۸۸/۱۰/۱۸
چکیده
کاستن از به¬کارگیری روش آزمون و خطا در طراحی محصولات، به¬ویژه محصولات پلاستیکی و حتی شاید بیشتر در طراحی پلاستیک¬هاي زيستي، نیازی رو به رشد است. بهینه¬سازی نقاط ضعف اجتناب‌پذیر در محصولات قالبگیری تزریقی شده، مانند خط جوش نیز امری ضروری است. براي مقايسه¬ي خواص پلاستيك‌هاي مصنوعي با ¬پلاستيك‌هاي زيستي، خواص كليدي پلي‌هيدروكسي‌بوتيرات (يك نمونه¬ي آزمايشي پلي¬هيدروكسي¬بوتيرات پر شده با الياف چوب) و پلي‌استايرن مورد سنجش قرار گرفتند. آزمون مقاومت ضربه نشان داد كه نمونه‌هاي بريده شده از محصولات قالب‌گيري شده‌ي پلي‌هيدروكسي‌بوتيرات، مقاومت ضربه¬ي كاملا خوبي در نواحي خط جوش دارا هستند. برخي تنظيمات غيرمعمول دستگاه تزريق كه به هنگام توليد قطعات خالص منجر به كاهش استحكام ضربه‌اي مي‌شود منجر به بهبود خواص در خط جوش مي‌شود.
مقدمه
استفاده از پلاستیک¬هاي زيستي (هرچند به میزان محدود) به¬سرعت در حال افزایش است. در سال¬های اخیر عمده¬ی زیست¬پلاستیک¬ها به مصرف بسته¬بندی و تولید محصولاتی با عمر کوتاه برای استفاده¬ی سریع رسیده¬اند. تاکنون استفاده از زیست¬پلاستیک¬های قالبگیری تزریقی شده، کمتر متداول بوده است، چه فرآیند قالبگیری تزریقی برای حجم بالای تولیدی استفاده می¬شود در حالی¬که حجم تولید زیست‌پلاستیک¬ها زياد نبوده است.
یکی از برنامه¬های تحقیقاتی دانشگاه دلف در طراحی صنعتی، توسعه¬ی راهبردها و روش¬های طراحی مهندسی محصولاتی دارای خواص مطلوب و ماندگار می¬باشد. در این برنامه بر معرفی و استفاده از مواد و نیز فناوری¬های نوین تکیه می¬شود. یکی از فعالیت¬های تحقیقی که در این برنامه صورت پذیرفته و هم‌چنان در حال پیش¬برد است، بررسی امکان استفاده از زیست-پلاستیک¬ها و دیگر مواد نوین در فرآیند قالبگیری تزریقی می¬باشد. تعداد قالب¬های موجود برای انجام کار عملی اندک است. یکی از این قالب‌های موجود به تولید قطعه¬ای دارای خط جوش منتهی می¬گردد.
مزاياي استفاده از زیست¬پلاستیک¬ها تنها در صورتی روشن می¬شود که نقاط ضعف آنها نيز (مانند خطوط جوش آن¬ها) به دقت بررسي و مشخص شوند. خطوط جوش ممکن است کیفیت قطعات تولیدی از برخی گرمانرم¬ها را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین برای توسعه¬ی راهبردهای طراحی محصولات تزریقی با قالبگیری از زیست¬پلاستیک¬ها، تحقیق بر اثرهای تغییرات فرآیندی قالبگیری به همراه انجام آزمون¬های مکانیکی، مفید خواهد بود.
این مقاله، نتایج به¬دست آمده از فرآیند کردن زیست¬پلاستیک پلی¬هیدروکسی¬بوتیرات (PHB) خالص و نیز پلي¬هيدروكسي¬بوتيرات پر شده با الياف چوب را گزارش می¬نماید.
پیش¬زمینه
زیست¬پلاستیک¬ها
پلاستیک¬های پایه¬نفتی همان¬طور که از نامشان پیداست دارای منبعی آلی (نفت) می¬باشند. میزان تولید و مصرف این پلاستیک¬ها عموما در توازن با یکدیگر قرار ندارد. البته این بي‌توازني بر تولید و مصرف بیشتر مواد آلی طبیعی حاکم است. حجم زیاد مواد دورریختنی در جوامع مختلف گویای این مطلب است که بیشتر جوامع تلاش خود را در بهبود دادن این بي‌توازني به¬کار نبسته¬اند. یکی از راه¬حل¬های ممکن در این راستا، استفاده از مواد زیست¬تخریب¬پذیر می¬باشد، بیشتر زیست¬پلاستیک¬ها زیست‌تخریب‌پذیر هستند. یک دلیل دیگر برای لزوم توسعه¬ی استفاده از زیست¬پلاستیک¬ها، عدم كفايت منابع نفتي و نیز ابهام در قیمت آينده‌ي نفت برای کشورهای وارد کننده¬ی نفت است.
عامل¬های لازم برای دستیابی به تولید موفقیت¬آمیز زیست¬پلاستیک¬ها عبارتند از: فرآیندپذیری، امکان دستیابی به محصولی با خواص دلخواه بر اساس خواص ماده¬ی اولیه و شرایط فرآیندی، پایداری محصولات حاصل از اين مواد حین استفاده و ¬تخریب زيستي سریع و به¬هنگام محصول (یعنی پس از پایان عمر قطعه).
بایستی توجه داشت که مواد زیست¬پایه از منابعی تجدیدشدنی به¬دست می¬آیند، اما عموما این منابع بایستی به موادی تبدیل شوند که مناسب استفاده و تهیه¬ی محصول گردند. مواد زیست¬تخریب¬پذیر و مواد به¬دست آمده از منابع تجدیدشدنی، دو دسته¬ی متفاوت هستند.
میزان تخریب محصول فقط به قابلیت تخریب¬پذیری ماده مربوط نمی¬باشد بلکه به هندسه¬ی آن محصول نیز بستگی دارد، چه تخریب از سطح قطعه آغاز می¬شود.
قالبگیری تزریقی PHB
PHB، ماده¬ای کاملا زیست¬تخریب¬پذیر بوده و منبع آن نیز کاملا تجدیدشدنی می¬باشد. این ماده که دارای جرم مولکولی بالایی است، در بدن باکتری¬ها و نیز قارچ¬ها برای ذخیره¬ی انرژی تولید می¬شود. شکل مصنوعي این ماده بر خلاف نوع طبیعی آن، بلورینگی بالایی دارد.
شرایط فرآیند قالبگیری تزریقی نسبتا محدود بوده و نوع مذاب و عامل¬های فرآیندی ویژه¬ای را خواهان است تا به تولید محصولی با خواص مقبول منتهی گردد. کمینه کردن اثرهای مدت¬زمان اقامت مذاب در تجهیزات فرآیندی و نیز اعمال دماهای زياد، امری لازم است.
خطوط جوش
خطوط جوش جریان هنگام به¬هم رسیدن دو جریان مذاب تشکیل می¬شوند. ناحیه¬ی خط جوش یک قطعه ممکن است محل ضعف مکانیکی آن واقع شود. دلایل این ضعف مکانیکی عبارتند از: توزیع محدود زنجیرهای مولکولی در فصل مشترک دو صفحه¬ی واقع در خط جوش، تمرکز تنش در انتهای Vشکل شکاف¬های سطح قطعه و جهت¬گیری¬های متفاوت زنجیره¬های بزرگ¬مولکول در ناحیه¬ی خط جوش.
استحکام خط جوش در قطعات تولیدی از مواد بی¬ریخت یا موادی که دارای درصدی جالب توجه اجزای بی¬ریخت هستند، با بالا بردن دمای قالب و در نتیجه کاهش گرانروی مذاب نزدیک دیواره در ناحیه¬ی خط جوش افزایش می¬یابد.
میزان بلورینگی گرمانرم¬های نیمه¬بلورین اثر مهمی بر خواص خط جوش آن¬ها می¬گذارد چه رشد بلور با ایجاد خط جوش در قطعه¬ی گرمانرم متوقف نشده بلکه ممکن است در جهت عمود بر جهت جریان ورودی به قالب رشدی پیش¬رونده داشته باشد. با افزایش میزان بلورینگی، استحکام ناحیه¬ی خط‌جوش قطعه بالا می¬رود.
خط جوش در مورد موادی که رفتار شکننده از خود نشان می¬دهند و نیز موادی که با تقویت-کننده¬هایی در اندازه¬ی میکرو تقویت شده¬اند هم موضوعی بااهمیت می¬باشد.
با اتصال چهار یا پنج تا از این قطعه به¬هم می¬توان قطعه¬ای را ساخت، یک نگاه‌دارنده¬ی چندتایی فنجان¬های قهوه. موادی که برای قالبگیری این قطعه استفاده شده-اند عبارتند از: پلی¬استایرن كاربرد عمومي گونه¬ی 638 (تهیه شده از شرکت Dow)، پلی-هیدروکسی¬بوتیرات گونه¬ی P226 (تهیه شده از شرکت Biomer) و یک گونه¬ی آزمایشی P226 پرشده با 25 درصد الیاف چوب. الیاف چوب براي هسته¬زائي براي شكل‌گيري بلورها در آميزه به¬كار رفته‌اند.
قالبگیری پلی¬هیدروکسی¬بوتیرات پرشده با این چالش روبه¬رو بوده است که دمای فرآیند نمی-توانست زیاد بالا باشد چه سبب بیش از اندازه گرما دیدن الیاف چوب می¬شد و از سوی دیگر پایین بودن دمای فرآیندی پر شدن مناسب قالب دارای چنین گلویی باریکی را ممکن نمی-ساخت. میزان مواد موجود برای انجام آزمون¬های اضافی کافی نبوده است، بنابراین ممکن است خواص قطعه¬ی قالبگیری شده بهینه نشده باشد.
قالبگیری پلی¬هیدروکسی¬بوتیرات خالص آسان¬تر است، گرچه قطعا بیش از حد گرما دیدن مذاب به خصوص در ابتدای فرآیند صورت می¬پذیرد.
مقاومت ضربه¬ی نمونه¬هایی از قطعات قالبگیری شده، در یک آزمون ضربه¬ی آونگی بررسي شده است، بیشینه انرژی شکست آزمون 4 ژول بوده است. 10 نمونه با ترکیب¬های مختلف از مواد و با شرایط فرآیندی مختلف چه با خط جوش و چه فاقد آن، قالبگیری و آزمون شده¬اند.
نتایج
برای نمونه¬های پلی¬استایرن، تنها تفاوت جالب¬توجه فرآیندی که با بازه‌ي اطمینان 95 درصدی مشخص شد، دمای فرآیند است. همان¬طور که انتظار می¬رود، دماهای بالا برای نمونه¬های دارای خط‌جوش، مزیت و برای نمونه¬های فاقد خط جوش نامطلوب است، چه سبب جهت¬گیری مولکولی کمتر در جهت کشش است.
در مورد نمونه¬های PHB، اعمال كم¬ترین سرعت تزریق منجر به تولید نمونه¬هایی با مستحکم¬ترین خط جوش شده است. هیچ تنظیمات فرآیندی دیگری در قالب¬گیری که سبب ایجاد تغییری جالب¬توجه در خواص قطعه¬های تولیدی شده و نتایج حاصل از آن در بازه¬ی اطمینان 95 درصدی قرار گیرند، وجود ندارد. کمینه مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های PHB که فاقد خط جوش هستند و آن-هایی که با اعمال فشار تزریق بالاتری قالب¬گیری شده¬اند و نیز قطعه¬هایی که دمای سرمایش قالب آن¬ها بالاتر بوده است، با کمینه نمودن سرعت تزریق حاصل می¬شود. میزان اثر این سه عامل بر کمینه نمودن استحکام ضربه¬ی قطعه¬ی نهایی تقریبا یکسان است.
به¬روشنی مشاهده شد که پرکردن بسپار با الیاف چوب، سبب افت مقاومت ضربه می¬گردد، گرچه میزان این افت چندان زیاد نیست چه الیاف چوب با هسته¬زائی سبب افزایش بلورینگی در ناحیه¬ی خط جوش هستند. به طوری¬که بازه¬ی اطمینان 68 درصدی، برای نمونه¬های پرشده با الیاف چوب نسبتا پهن¬ بوده و از عوامل فرآیندی تاثیر چشم¬گیری نمی¬پذیرد.
مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های پرنشده¬ی PHB (چه دارای خط جوش و چه فاقد آن) بالاتر از نمونه-های معادل پلی¬استایرنی است، این میزان بالا بودن مقاومت ضربه برای نمونه¬های PHB دارای خط جوش، قدری کمتر می¬باشد. تقریبا تمامی نمونه¬های PHB پرشده با چوب دارای مقاومت ضربه¬ای مشابه مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های پلی¬استایرنی هستند.
نتايج پایانی
برجسته¬ترین نتیجه¬های حاصل از آزمایش¬ها عبارتند از:
- مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های PHB خالص حتی در ناحیه¬ی خط جوش بهتر از مقاومت ضربه¬ی نمونه.های پلی¬استایرنی است.
- تنظیمات فرآیند قالب¬گیری که برای بهتر نمودن مقاومت ضربه در ناحیه¬ی خط جوش نمونه.های PHB خالص و نیز نمونه¬های پلی¬استایرنی انجام شد، سبب افت مقاومت ضربه در دیگر ناحیه¬های قطعه (جز ناحیه¬ی خط جوش) گشت.
- عامل نسبی خط جوش (برای هندسه¬ی خاص قطعه¬های تولیدی و نوع آزمون اجرایی) نمونه.های PHB از نمونه¬های پلی¬استایرنی پایین¬تر است. عامل نسبی خط جوش نمونه¬های PHB بین 0.2 تا 0.3 می¬باشد در حالی¬که مقدار این عامل برای نمونه¬های پلی¬استایرنی بین 0.2 تا 0.55 است.
- برخی از نتایج به¬دست آمده از نمونه¬های PHB ممکن است کمتر از مقادیر واقعی باشد که دلیل آن بیش از اندازه حرارت دیدن مذاب حین فرآیند قالب¬گیری تزریقی است.
- احتمال دارد نتایج به¬دست آمده از نمونه¬های PHB پرشده با الیاف چوب کمتر از مقادیر واقعی باشد که دلیل آن بیش از اندازه حرارت دیدن الیاف چوب حین فرآیند قالب¬گیری تزریقی است.
- الیاف چوب پرکننده¬یPHB، سبب افت مقاومت ضربه هستند.
- نمونه¬های PHB پرشده با الیاف چوب از تنظیمات قالب¬گیری هیچ اثر چشم¬گیری نمی-پذیرند. البته ممکن است این اثرناپذیری به دلیل بهینه نساختن فرآیند باشد
- الیاف چوب پرکننده¬ی PHB سبب افزایش بلورینگی هستند و این سبب افت کمتر مقاومت ضربه در ناحیه¬ی خط جوش خواهد شد.
واژه¬نامه
Crystallinity بلورینگی
Amorphous بی¬ریخت
Polystyrene پلي¬استايرن
Poly-hydroxybutyrate پلي¬هيدروكسي¬بوتيرات
Weld line خط جوش
Bioplastic زیست¬پلاستیک
Biodegradable زیست¬تخریب¬پذیر
Brittle شکننده
General purpose كاربرد عمومي
Thermoplastic گرمانرم
Gate گلویی
Impact strength مقاومت ضربه
Semicrystalline نیمه¬بلورین
کاستن از به¬کارگیری روش آزمون و خطا در طراحی محصولات، به¬ویژه محصولات پلاستیکی و حتی شاید بیشتر در طراحی پلاستیک¬هاي زيستي، نیازی رو به رشد است. بهینه¬سازی نقاط ضعف اجتناب‌پذیر در محصولات قالبگیری تزریقی شده، مانند خط جوش نیز امری ضروری است. براي مقايسه¬ي خواص پلاستيك‌هاي مصنوعي با ¬پلاستيك‌هاي زيستي، خواص كليدي پلي‌هيدروكسي‌بوتيرات (يك نمونه¬ي آزمايشي پلي¬هيدروكسي¬بوتيرات پر شده با الياف چوب) و پلي‌استايرن مورد سنجش قرار گرفتند. آزمون مقاومت ضربه نشان داد كه نمونه‌هاي بريده شده از محصولات قالب‌گيري شده‌ي پلي‌هيدروكسي‌بوتيرات، مقاومت ضربه¬ي كاملا خوبي در نواحي خط جوش دارا هستند. برخي تنظيمات غيرمعمول دستگاه تزريق كه به هنگام توليد قطعات خالص منجر به كاهش استحكام ضربه‌اي مي‌شود منجر به بهبود خواص در خط جوش مي‌شود.
مقدمه
استفاده از پلاستیک¬هاي زيستي (هرچند به میزان محدود) به¬سرعت در حال افزایش است. در سال¬های اخیر عمده¬ی زیست¬پلاستیک¬ها به مصرف بسته¬بندی و تولید محصولاتی با عمر کوتاه برای استفاده¬ی سریع رسیده¬اند. تاکنون استفاده از زیست¬پلاستیک¬های قالبگیری تزریقی شده، کمتر متداول بوده است، چه فرآیند قالبگیری تزریقی برای حجم بالای تولیدی استفاده می¬شود در حالی¬که حجم تولید زیست‌پلاستیک¬ها زياد نبوده است.
یکی از برنامه¬های تحقیقاتی دانشگاه دلف در طراحی صنعتی، توسعه¬ی راهبردها و روش¬های طراحی مهندسی محصولاتی دارای خواص مطلوب و ماندگار می¬باشد. در این برنامه بر معرفی و استفاده از مواد و نیز فناوری¬های نوین تکیه می¬شود. یکی از فعالیت¬های تحقیقی که در این برنامه صورت پذیرفته و هم‌چنان در حال پیش¬برد است، بررسی امکان استفاده از زیست-پلاستیک¬ها و دیگر مواد نوین در فرآیند قالبگیری تزریقی می¬باشد. تعداد قالب¬های موجود برای انجام کار عملی اندک است. یکی از این قالب‌های موجود به تولید قطعه¬ای دارای خط جوش منتهی می¬گردد.
مزاياي استفاده از زیست¬پلاستیک¬ها تنها در صورتی روشن می¬شود که نقاط ضعف آنها نيز (مانند خطوط جوش آن¬ها) به دقت بررسي و مشخص شوند. خطوط جوش ممکن است کیفیت قطعات تولیدی از برخی گرمانرم¬ها را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین برای توسعه¬ی راهبردهای طراحی محصولات تزریقی با قالبگیری از زیست¬پلاستیک¬ها، تحقیق بر اثرهای تغییرات فرآیندی قالبگیری به همراه انجام آزمون¬های مکانیکی، مفید خواهد بود.
این مقاله، نتایج به¬دست آمده از فرآیند کردن زیست¬پلاستیک پلی¬هیدروکسی¬بوتیرات (PHB) خالص و نیز پلي¬هيدروكسي¬بوتيرات پر شده با الياف چوب را گزارش می¬نماید.
پیش¬زمینه
زیست¬پلاستیک¬ها
پلاستیک¬های پایه¬نفتی همان¬طور که از نامشان پیداست دارای منبعی آلی (نفت) می¬باشند. میزان تولید و مصرف این پلاستیک¬ها عموما در توازن با یکدیگر قرار ندارد. البته این بي‌توازني بر تولید و مصرف بیشتر مواد آلی طبیعی حاکم است. حجم زیاد مواد دورریختنی در جوامع مختلف گویای این مطلب است که بیشتر جوامع تلاش خود را در بهبود دادن این بي‌توازني به¬کار نبسته¬اند. یکی از راه¬حل¬های ممکن در این راستا، استفاده از مواد زیست¬تخریب¬پذیر می¬باشد، بیشتر زیست¬پلاستیک¬ها زیست‌تخریب‌پذیر هستند. یک دلیل دیگر برای لزوم توسعه¬ی استفاده از زیست¬پلاستیک¬ها، عدم كفايت منابع نفتي و نیز ابهام در قیمت آينده‌ي نفت برای کشورهای وارد کننده¬ی نفت است.
عامل¬های لازم برای دستیابی به تولید موفقیت¬آمیز زیست¬پلاستیک¬ها عبارتند از: فرآیندپذیری، امکان دستیابی به محصولی با خواص دلخواه بر اساس خواص ماده¬ی اولیه و شرایط فرآیندی، پایداری محصولات حاصل از اين مواد حین استفاده و ¬تخریب زيستي سریع و به¬هنگام محصول (یعنی پس از پایان عمر قطعه).
بایستی توجه داشت که مواد زیست¬پایه از منابعی تجدیدشدنی به¬دست می¬آیند، اما عموما این منابع بایستی به موادی تبدیل شوند که مناسب استفاده و تهیه¬ی محصول گردند. مواد زیست¬تخریب¬پذیر و مواد به¬دست آمده از منابع تجدیدشدنی، دو دسته¬ی متفاوت هستند.
میزان تخریب محصول فقط به قابلیت تخریب¬پذیری ماده مربوط نمی¬باشد بلکه به هندسه¬ی آن محصول نیز بستگی دارد، چه تخریب از سطح قطعه آغاز می¬شود.
قالبگیری تزریقی PHB
PHB، ماده¬ای کاملا زیست¬تخریب¬پذیر بوده و منبع آن نیز کاملا تجدیدشدنی می¬باشد. این ماده که دارای جرم مولکولی بالایی است، در بدن باکتری¬ها و نیز قارچ¬ها برای ذخیره¬ی انرژی تولید می¬شود. شکل مصنوعي این ماده بر خلاف نوع طبیعی آن، بلورینگی بالایی دارد.
شرایط فرآیند قالبگیری تزریقی نسبتا محدود بوده و نوع مذاب و عامل¬های فرآیندی ویژه¬ای را خواهان است تا به تولید محصولی با خواص مقبول منتهی گردد. کمینه کردن اثرهای مدت¬زمان اقامت مذاب در تجهیزات فرآیندی و نیز اعمال دماهای زياد، امری لازم است.
خطوط جوش
خطوط جوش جریان هنگام به¬هم رسیدن دو جریان مذاب تشکیل می¬شوند. ناحیه¬ی خط جوش یک قطعه ممکن است محل ضعف مکانیکی آن واقع شود. دلایل این ضعف مکانیکی عبارتند از: توزیع محدود زنجیرهای مولکولی در فصل مشترک دو صفحه¬ی واقع در خط جوش، تمرکز تنش در انتهای Vشکل شکاف¬های سطح قطعه و جهت¬گیری¬های متفاوت زنجیره¬های بزرگ¬مولکول در ناحیه¬ی خط جوش.
استحکام خط جوش در قطعات تولیدی از مواد بی¬ریخت یا موادی که دارای درصدی جالب توجه اجزای بی¬ریخت هستند، با بالا بردن دمای قالب و در نتیجه کاهش گرانروی مذاب نزدیک دیواره در ناحیه¬ی خط جوش افزایش می¬یابد.
میزان بلورینگی گرمانرم¬های نیمه¬بلورین اثر مهمی بر خواص خط جوش آن¬ها می¬گذارد چه رشد بلور با ایجاد خط جوش در قطعه¬ی گرمانرم متوقف نشده بلکه ممکن است در جهت عمود بر جهت جریان ورودی به قالب رشدی پیش¬رونده داشته باشد. با افزایش میزان بلورینگی، استحکام ناحیه¬ی خط‌جوش قطعه بالا می¬رود.
خط جوش در مورد موادی که رفتار شکننده از خود نشان می¬دهند و نیز موادی که با تقویت-کننده¬هایی در اندازه¬ی میکرو تقویت شده¬اند هم موضوعی بااهمیت می¬باشد.
با اتصال چهار یا پنج تا از این قطعه به¬هم می¬توان قطعه¬ای را ساخت، یک نگاه‌دارنده¬ی چندتایی فنجان¬های قهوه. موادی که برای قالبگیری این قطعه استفاده شده-اند عبارتند از: پلی¬استایرن كاربرد عمومي گونه¬ی 638 (تهیه شده از شرکت Dow)، پلی-هیدروکسی¬بوتیرات گونه¬ی P226 (تهیه شده از شرکت Biomer) و یک گونه¬ی آزمایشی P226 پرشده با 25 درصد الیاف چوب. الیاف چوب براي هسته¬زائي براي شكل‌گيري بلورها در آميزه به¬كار رفته‌اند.
قالبگیری پلی¬هیدروکسی¬بوتیرات پرشده با این چالش روبه¬رو بوده است که دمای فرآیند نمی-توانست زیاد بالا باشد چه سبب بیش از اندازه گرما دیدن الیاف چوب می¬شد و از سوی دیگر پایین بودن دمای فرآیندی پر شدن مناسب قالب دارای چنین گلویی باریکی را ممکن نمی-ساخت. میزان مواد موجود برای انجام آزمون¬های اضافی کافی نبوده است، بنابراین ممکن است خواص قطعه¬ی قالبگیری شده بهینه نشده باشد.
قالبگیری پلی¬هیدروکسی¬بوتیرات خالص آسان¬تر است، گرچه قطعا بیش از حد گرما دیدن مذاب به خصوص در ابتدای فرآیند صورت می¬پذیرد.
مقاومت ضربه¬ی نمونه¬هایی از قطعات قالبگیری شده، در یک آزمون ضربه¬ی آونگی بررسي شده است، بیشینه انرژی شکست آزمون 4 ژول بوده است. 10 نمونه با ترکیب¬های مختلف از مواد و با شرایط فرآیندی مختلف چه با خط جوش و چه فاقد آن، قالبگیری و آزمون شده¬اند.
نتایج
برای نمونه¬های پلی¬استایرن، تنها تفاوت جالب¬توجه فرآیندی که با بازه‌ي اطمینان 95 درصدی مشخص شد، دمای فرآیند است. همان¬طور که انتظار می¬رود، دماهای بالا برای نمونه¬های دارای خط‌جوش، مزیت و برای نمونه¬های فاقد خط جوش نامطلوب است، چه سبب جهت¬گیری مولکولی کمتر در جهت کشش است.
در مورد نمونه¬های PHB، اعمال كم¬ترین سرعت تزریق منجر به تولید نمونه¬هایی با مستحکم¬ترین خط جوش شده است. هیچ تنظیمات فرآیندی دیگری در قالب¬گیری که سبب ایجاد تغییری جالب¬توجه در خواص قطعه¬های تولیدی شده و نتایج حاصل از آن در بازه¬ی اطمینان 95 درصدی قرار گیرند، وجود ندارد. کمینه مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های PHB که فاقد خط جوش هستند و آن-هایی که با اعمال فشار تزریق بالاتری قالب¬گیری شده¬اند و نیز قطعه¬هایی که دمای سرمایش قالب آن¬ها بالاتر بوده است، با کمینه نمودن سرعت تزریق حاصل می¬شود. میزان اثر این سه عامل بر کمینه نمودن استحکام ضربه¬ی قطعه¬ی نهایی تقریبا یکسان است.
به¬روشنی مشاهده شد که پرکردن بسپار با الیاف چوب، سبب افت مقاومت ضربه می¬گردد، گرچه میزان این افت چندان زیاد نیست چه الیاف چوب با هسته¬زائی سبب افزایش بلورینگی در ناحیه¬ی خط جوش هستند. به طوری¬که بازه¬ی اطمینان 68 درصدی، برای نمونه¬های پرشده با الیاف چوب نسبتا پهن¬ بوده و از عوامل فرآیندی تاثیر چشم¬گیری نمی¬پذیرد.
مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های پرنشده¬ی PHB (چه دارای خط جوش و چه فاقد آن) بالاتر از نمونه-های معادل پلی¬استایرنی است، این میزان بالا بودن مقاومت ضربه برای نمونه¬های PHB دارای خط جوش، قدری کمتر می¬باشد. تقریبا تمامی نمونه¬های PHB پرشده با چوب دارای مقاومت ضربه¬ای مشابه مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های پلی¬استایرنی هستند.
نتايج پایانی
برجسته¬ترین نتیجه¬های حاصل از آزمایش¬ها عبارتند از:
- مقاومت ضربه¬ی نمونه¬های PHB خالص حتی در ناحیه¬ی خط جوش بهتر از مقاومت ضربه¬ی نمونه.های پلی¬استایرنی است.
- تنظیمات فرآیند قالب¬گیری که برای بهتر نمودن مقاومت ضربه در ناحیه¬ی خط جوش نمونه.های PHB خالص و نیز نمونه¬های پلی¬استایرنی انجام شد، سبب افت مقاومت ضربه در دیگر ناحیه¬های قطعه (جز ناحیه¬ی خط جوش) گشت.
- عامل نسبی خط جوش (برای هندسه¬ی خاص قطعه¬های تولیدی و نوع آزمون اجرایی) نمونه.های PHB از نمونه¬های پلی¬استایرنی پایین¬تر است. عامل نسبی خط جوش نمونه¬های PHB بین 0.2 تا 0.3 می¬باشد در حالی¬که مقدار این عامل برای نمونه¬های پلی¬استایرنی بین 0.2 تا 0.55 است.
- برخی از نتایج به¬دست آمده از نمونه¬های PHB ممکن است کمتر از مقادیر واقعی باشد که دلیل آن بیش از اندازه حرارت دیدن مذاب حین فرآیند قالب¬گیری تزریقی است.
- احتمال دارد نتایج به¬دست آمده از نمونه¬های PHB پرشده با الیاف چوب کمتر از مقادیر واقعی باشد که دلیل آن بیش از اندازه حرارت دیدن الیاف چوب حین فرآیند قالب¬گیری تزریقی است.
- الیاف چوب پرکننده¬یPHB، سبب افت مقاومت ضربه هستند.
- نمونه¬های PHB پرشده با الیاف چوب از تنظیمات قالب¬گیری هیچ اثر چشم¬گیری نمی-پذیرند. البته ممکن است این اثرناپذیری به دلیل بهینه نساختن فرآیند باشد
- الیاف چوب پرکننده¬ی PHB سبب افزایش بلورینگی هستند و این سبب افت کمتر مقاومت ضربه در ناحیه¬ی خط جوش خواهد شد.
واژه¬نامه
Crystallinity بلورینگی
Amorphous بی¬ریخت
Polystyrene پلي¬استايرن
Poly-hydroxybutyrate پلي¬هيدروكسي¬بوتيرات
Weld line خط جوش
Bioplastic زیست¬پلاستیک
Biodegradable زیست¬تخریب¬پذیر
Brittle شکننده
General purpose كاربرد عمومي
Thermoplastic گرمانرم
Gate گلویی
Impact strength مقاومت ضربه
Semicrystalline نیمه¬بلورین
ترجمه: طيبه مولوي
0 ارسال نظرات:
ارسال یک نظر
با نظرات خود ما را در هر چه بهتر کردن وبلاگ یاری کنید