مروری بر کامپوزیتهای پلیمری تقویت شده با الیاف در ساختمان

مروری بر کامپوزیتهای پلیمری تقویت شده با الیاف در ساختمان

مقدمه

به سبب اهمیت کنترل مخاطره به لحاظ ایمنی همگانی، استانداردها و آیین‌نامه‌های مربوط به مواد FRP مورد استفاده در سازه‌های عمرانی از دهه 1980 عرضه شده‌اند. مواد FRP نیاز به پرداختن جداگانه در استانداردها و آیین‌نامه‌ها هستند که این به خاطر مدول و چكش‌خواري کمتر آنها در مقایسه با مصالح مرسوم مانند فلزات است. بدون استانداردها و آیین‌نامه‌ها بقای مواد FRP فراتر از حوزه پژوهش و پروژه‌های نمایشی نمي‌تواند باشد. طرح‌های شناسایی مواد و روش‌های آزمون استانداردشده عدم قطعیت در کارایی و شناسایی مواد FRP را به کمترین میزان رسانده است. آیین‌نامه‌ها امکان طراحی، ساخت و کار با ایمنی و اطمینان مواد دارای FRP را فراهم آورده است. این بخش گسترش استاندارد و آیین‌نامه را در ژاپن، کانادا، ایالات متحده و اروپا توضیح می‌دهد. دستاورد اصلی این فعالیت‌ها تاکنون مربوط به استفاده از مواد FRP برای تقویت سازه‌های جدید و تعمیر و به‌سازی سازه‌های موجود است. ژاپن تلاش‌ها برای تجویز ویژگی‌های فنی جهت طراحی و ساخت سازه‌های بتنی با تقویت‌کننده‌های FRP در ژاپن در دهه 1980 آغاز شد. مثال‌هایی از تعیین مشخصات تقویت‌کننده‌های داخلی در اواسط دهه 1990 به شرح زیر تکمیل شد: 1. توصیه‌ها برای طراحی و ساخت سازه‌های بتنی با استفاده از مواد تقویت‌کننده لیفی پیوسته 2. راهنمایی‌ها برای طراحی ساختاری ساختمان‌های بتنی تقویت‌شده با FRP در ژاپن 3. روش‌های طراحی برای ساختمان‌های بتنی تقویت‌شده با FRP پیش‌تنیده مورد 1 که در اینجا با عنوان توصیه از آن یاد می‌شود توسط موسسه مهندسین عمران ژاپن (JSCE) در 1997 منتشر گشت و برای سازه های بتنی غیر از ساختمان‌ها در نظر گرفته شده بود. این توصیه شامل مشخصات فنی کیفی و روش‌های آزمون برای مواد FRP و نیز توصیه‌هایی برای طراحی و ساخت با مواد FRP است. مشخصات فنی کیفی تقویت‌کننده‌های FRP ویژگی‌های لازم و خواص تقویت‌کننده‌ها را مشخص می‌کنند و راهنمای گسترش تقویت‌کننده‌های جدید برای کاربردهای عملی است. ویژگی‌های تقویت‌کننده شامل نوع لیف و چیدمان تقویت‌کننده است. ویژگی‌های مشخص‌شده شامل نسبت حجمی الیاف محوری، سطح مقطع تقویت‌کننده، استحکام کششی تضمین شده، مدول کششی، کشش، استحکام پارگی خزشی، سرعت آسودگی و دوام از بین بقیه است. بیشتر خواص مشخص شده برپایه آزمون‌های توصیف شده در توصیه‌نامه تعیین می‌گردد. جزییات بیشتر نیز توسط Uomoto و همکاران داده شده است. توصیه‌های طراحی و ساخت در مورد 1 در بالا برپایه تعیین مشخصات استاندارد برای طراحی و ساخت سازه‌های بتنی JSCE می‌باشد که برای سازه‌های بتنی در کل است. این توصیه‌ها برای ساخت در مورد 1 با مسایلی همچون مواد سازنده FRP، ذخیره و کار با FRP، سرهمبندی و قرار دادن تقویت‌کننده‌های FRP، ملاحظات در قراردادن بتن و زره‌دار کردن تاندون و کنترل کیفیت است. برخی جزییات که در این توصیه‌نامه پوشش داده شده در جای دیگر در مراجع آمده است. موارد 2 و 3 که در بالا فهرست شده است برای سازه‌های ساختمانی در نظر گرفته شده است. این مشخصات فنی در 1993 عرضه شد به صورت حاصل نهایی پروژه تحقیق و توسعه "بهره‌گیری موثر از چندسازه‌هاي پیشرفته در ساختمان‌سازی" که توسط وزارت مسکن دولت ژاپن حمایت مالی شد. مورد 2 از روش طراحی برپایه حالت حدی با مقرراتی تا اندازه‌ای متفاوت از مورد 1 بهره می‌گیرد. جرئیات در مراجع انگلیسی یافت می‌شوند. پس از زلزله Hyogoken-Nanbu در 1995 استفاده از ورق‌‌های الیاف کربنی پیوند خورده خارجی برای بهسازی لرزه‌ای ستون‌ها و پایه‌های RC به شدت در ژاپن افزایش یافت. پیش از این زمان استفاده بیشتر جهت تعمیر بود. ورق‌های الیاف آرامید برای بهسازی و تعمیر هم در این زمان عرضه شدند. رهنمودهای طراحی برای بکارگیری ورقه‌های FRP در پایه‌های پل بزرگراهی یا ستون‌هاي راه‌آهني به صورت زیر است: 1. رهنمودهای طراحی و ساخت پیشنهادی برای بهسازی پایه‌های بتنی تقویت‌شده با بهره‌گیری از ورق‌های الیاف کربنی (آرامیدی) توسط اتحادیه جاده ژاپن 2. رهنمودهای طراحی و ساخت بهسازی لرزه‌ای ستون‌های راه‌آهني با استفاده از ورق‌های الیاف کربنی (آرامیدی) توسط موسسه تحقیقات فنی راه‌آهن این رهنمودها معادلاتی برای ارزیابی اثرات ورقه‌های FRP بر ظرفیت برشی و چكش‌خواري است. رهنمودهایی مشابه برای ستون‌های ساختمانی و مرکزی تونل‌های زیرزمینی و عرشه پل‌ها نیز تجویز شده است. روش‌های استاندارد برای ورقه‌های FRP توسط موسسه بتن ژاپن عرضه شده است. این روش‌ها شامل آزمونی برای خواص کششی ورق‌های FRP و آزمونی مخصوص استحکام پیوند است. کانادا استفاده از FRP در کاربردهای مهندسی عمران در کانادا در اواخر دهه 1980 هنگامی که انجمن مهندسین عمران کانادا یک کمیته فنی در زمینه استفاده از مواد چندسازه‌ی پیشرفته در پل‌ها و سازه‌ها براه انداخت آغاز گشت. کارهای این کمیته توسط دولت فدرال کانادا تایید گشت و منجر به پایه‌گذاری شبکه مواد چندسازه‌ي پیشرفته در پل‌ها و سازه‌ها در 1992 گشت. این شبکه چندین ماموریت در ژاپن، اروپا و ایالات متحده را حمایت مالی کرده و یافته‌هایش را در گزارش‌های خود در این زمینه مستند ساخته است. در 1995 دولت فدرال کانادا شبکه مراکز برتر در حسگری هوشمند برای ساختارهای نوآورانه را بنا نهاد. یک زمینه مورد تمرکز ISIS استفاده از مواد FRP در سازه‌های جدید و بازسازی سازه‌های موجود است. ISIS چند رهنمود طراحی در زمینه تقویت‌کننده‌های FRP پیوند خورده خارجی و داخلی منتشر ساخته، در چند کمیته آیین‌نامه و استاندارد شرکت کرده، و چند گردهمائي ملی و بین‌المللی برگزار کرده است. در سال 2000 بخش 16آیین‌نامه طراحی پل بزرگراهی کانادا، "بتن تقویت‌شده با الیاف"، تکمیل شد. اتحادیه استانداردهای کانادا هم‌چنین آیین‌نامه "طراحی و ساخت اجزای ساختمان با FRP را در 2002" به تایید رسانده است. ایالات متحده ایالات متحده علاقه‌اي قديمي و پيوسته به تقویت‌کننده‌های پایه لیفی در سازه‌های بتنی داشته است. شتاب در توسعه و فعالیت‌های تحقیقاتی در دهه 1980 با برنامه‌ها و چشم‌انداز بنیاد ملی علم و اداره فدرال بزرگراه که از تحقیقات در دانشگاه‌ها و موسسات تحقیقاتی مختلف حمایت می‌کرد آغاز گردید. در 1991، ACI کمیته 440، "تقویت‌کننده FRP"، را تاسیس کرد. این کمیته یک گزارش در زمینه تقویت‌کننده FRP برای سازه‌های بتنی در 1996 منتشر کرد.کمیته 440 به تازگی دو سند که به تایید کمیته فعالیت‌های فنی برای انتشار در سال 2001 رسیده ارائه کرده است. این اسناد عبارتند از

(1) "راهنمای طراحی و ساخت تقویت‌کننده بتنی بتن با میلگردهای FRP" (کمیته 440 ACI 2001) و (2) "راهنمای طراحی و ساخت سامانه‌های FRP پیوند خورده خارجی برای استکام‌بخشی سازه‌های بتنی". این کمیته در حال حاضر در زمینه اسناد زیر کار می‌کند: (1) "قطعات ساختاری FRP ثابت در محل" (2) "دوام FRP برای سازه‌های بتنی" و (3) "راهنمای طراحی و ساخت اجزای بتنی پیش‌تنیده با FRP" که انتظار می‌رود در 2002 و 2003 کامل شود. اروپا تحقیق در زمینه استفاده از FRP در اروپا از دهه 1960 آغاز گشت. برنامه تقیقی مشترک پن-اروپایی (EUROCRETE) در 1993 پایه‌گذاری شد و در 1997 به پایان رسید. این برنامه گسترش تقویت‌کننده FRP برای بتن را هدف قرار داده بود و شرکایی از انگلستان، سوییس، فرانسه، نروژ و هلند داشت. گروه کاری 9.3 فدراسیون بین‌المللی بتن سازه‌ای [Fédération Internationale du Béton (FIB)]، "تقویت‌کننده FRP برای سازه‌های بتنی"، در 1993 با هدف بنانهادن رهنمودهای طراحی به تقلید از ساختار Béton-Fédération International de Ia Précontrainte Model Code and Eurocode 2 تشکیل گشت. گروه کار 9.3 به زیرگروه‌هایی در زمینه آزمایش و شناسایی مواد، RC، بتن پیش تنیده، تقویت‌کننده پیوند خورده خارجی و بازاریابی و کاربردها تقسیم می‌شود. این گروه کاری از اعضایی به نمایندگی از بیشتر دانشگاه‌های اروپا، موسسات تحقیقاتی و شرکتهای درگیر در تقویت‌کننده‌های FRP برای بتن تشکیل گشته است و شامل نمایندگانی از کانادا، ژاپن و ایالات متحده است. این گروه کاری ارائه یک بولتن FIB در زمینه رهنمودهای طراحی مربوط به تقویت‌کننده‌های پیوند خورده خارجی برای سازه‌های بتنی تقویت‌شده (FIB 2001) را به پایان رسانده است. پشتیبان فالیت گروه کاری 9.3 یک شبکه پرورش و پویایی پژوهشگران (TMR) از اتحادیه اروپاست. در انگلستان موسسه مهندسین سازه یک راهنمای موقت در زمینه طراحی سازه‌های RC با تقویت‌کننده FRP (Institution 1999) را منتشر ساخته است. پیش‌تنیدن و تقویت‌کننده‌های پیوند خورده خارجی در این راهنما نیامده‌اند. این راهنما بسیار برپایه آیین‌نامه‌های طراحی انگلستان است و به آن اشاره دارد. راهبردهای پذیرفته شده شبیه آنهایی که در ژاپن، کانادا و ایالات متحده در دست توسعه است. کارهای پیشرو در زمینه استانداردها و آیین‌نامه‌ها از دیدگاه فنی، نیاز به استانداردها و آیین‌نامه‌های تخصصی مواد FRPاز خواص مکانیکی و فیزیکی اساسا متفاوت در مقایسه با مصالح ساختمانی مرسوم ریشه می‌گیرد. چنان‌چه در بخش پیش گفته شد گسترش استانداردها و آیین‌نامه‌ها مربوط به استفاده از تقویت‌کننده FRP با سازه‌های بتنی تداوم دارد و انتظار می‌رود در چند سال آینده ادامه پیدا کند. انگیزه بیشتر این فعالیت با نیازهای سریع و واضح به مواد بهبودیافته اقتصادی برای تعمیر و بهسازی سازه‌های متروک، تخریب شده یا آنها که در مناطق لرزه‌خیز واقع شده‌اند بوجود آمده است. در موارد دیگر همچون ساختمان‌سازی جدید که در آن نیاز به مصالح جدید همواره از نگاه اقتصادی کوتاه مدت مشخص نیست استانداردها و آیین‌نامه‌ها استفاده از مواد FRP را تا زمانی که تجربه بلند مدت بیشتر بدست آید تسهیل خواهد کرد. این تجربه به تدریج می‌تواند به شناخت منافع اقتصادی چرخه زندگی نوید بخش مواد FRP توسط طراحان و مالکان سازه‌ها منجر گردد. از میان کاربردهایی که در این مقاله پوشش داده شده قطعات و عرشه‌های پل FRP دچار کمترین پیشرفت در آیین‌نامه‌ها و استانداردها هستند. بنابراین کارهای تحقیقاتی آینده در زمینه استانداردها و آیین‌نامه‌ها می‌بایست بیش از پیش در این حوزه‌ها متمرکز باشد. جمعبندی این مقاله ظرفیت‌های کاربردی بسیار مواد چندسازه‌ي FRP در ساختمان‌سازی را نشان داد هرچند نیاز به گزیده‌گویی از شرح کامل تمام عناوین جلوگیری می‌کند. می‌توان گفت مقدار تجربه درباره شکل‌های گوناگون مواد ساختمانی FRP مطابق منافع اقتصادی و ایمنی مواد فرق می‌کند. برای در مورد تقویت‌کننده‌های پیوند خورده خارجی منافع اقتصادی و ایمنی آنی مشخص است و این مواد در صنعت به طور گسترده‌ای پذیرفته شده‌اند. در موارد دیگری که در آنها مواد FRP جز اصلی باربر سازه در نظر گرفته شده‌اند، کاربردهای عملی نیاز به ادامه تحقیق را در حالی که اطلاعات بلند مدت در حال بیشتر شدن هستند می‌رساند. تعدادی برنامه پایش دقیق در مورد تقویت‌کننده‌های اصلی FRP در گوشه و کنار دنیا در دست اجراست و باید این پایه تجربی را در سال‌های آتی فراهم کند. استانداردها و آیین‌نامه‌ها در مورد مواد FRP و استفاده‌شان در ساختمانسازی یا منتشر شده‌اند و یا در حال حاضر در ژاپن، کانادا، ایالات متحده و اروپا در دست نگارشند. این اسناد رسمی به لحاظ ساختار به استانداردها و آیین‌نامه‌های مرسوم می‌مانند تا پذیرفتن آنها توسط سازمان‌ها و کارگزاران دولتی آسان کند. بارزترین اختلاف‌های مکانیکی بین مواد FRP و مواد فلزی مرسوم استحکام بالاتر، سختی پایینتر، رفتار کشسان خطی تا گسست آنهاست. دیگر اختلاف‌ها همچون ضریب انبساط حرارتی، جذب رطوبت، مقاومت حرارتی و در برابر آتش نیز باید در نظر گرفته شود. آموزش و پرورش مهندسین، کارگران ساختمانی، بازرسان، مالکان سازه‌ها در جنبه‌های مرتبط گوناگون فناوری و کار با FRP در بکارگیری موفق مواد FRP در ساختمان حیاتی است. به هرحال باید تاکید کرد که حتی با کاهش معتدل پیش‌بینی شده در قیمت مواد FRP استفاده آنها بیشتر محدود به کاربردهایی است که خواص منحصر به فرد آنها بسیار مورد نیاز است.

منبع: مجله بسپار

» ادامه مطلب

TPO & TPV

TPO و TPV ها

گرمانرم‌هاي لاستيكي الفینی از دو گروه پلی‌پروپیلن تقویت شده توسط كائوچو تشکیل شده‌اند و تحت عنوان TPO و TPV شناخته می شوند. اخیرا این مواد توسط گروه جدیدی از لاستيك‌هاي الفینی که می‌توانند در ساختمان آنها یا به عنوان جزء كائوچوئي در آمیزه‌های TPO/TPV استفاده شوند، بهبود یافته‌اند. بعلاوه تعداد کمی از TPE های ویژه مورد استفاده در مواد اولفینی کاربردهای خاصی را به خود اختصاص داده‌اند. داستان اولفین ها با حضور TPO و TPV ها در اجزاء داخلی و بیرونی خودرو آغاز شده است که حدود نیمی از TPO/TPV و بیشتر TPO به تنهایی را در بر می گیرد. در خودرو، TPE اولفینی جایگزین TPU گران و سنگین، TPE های دیگر و PVC شده‌اند. رشد رنگدانه، تولید TPO های رنگی- فلزی مصرفی در اجزاء بیرونی و کوچک خودرو را به دنبال داشته است. تلاش برای استفاده از TPO ها در قطعات بزرگ و عمودی که به صورت " رنگ محبوس در قطعه (MIC)" است، ادامه دارد. در اجزاء داخلی خودرو از TPO غیر رنگی برای قطعات لمسی و با براقیت پایین برای کنسول‌ها، پایه‌ها، تودوزی در، شستی تعویض و دستگیره‌های ترمز استفاده می‌شود. TPO های مقاوم در برابر ضربه در دمای پایین در تولید پوشش‌های کیسه هوا گسترش یافته‌اند و TPV های نوین در سیستم‌های درزگیری به جای EPDM گرماسخت به کار می‌روند. از طرفی قالب‌گیری تزریقی برای تولید قطعات بزرگتر مانند بخش مسطح درب TPV/TPO و قاب فرمان استفاده می‌گردد. مدیر فروش شرکت ExxonMobil Specialty Elastomers می‌گوید: IP جزء بعدی است که توسط مواد پایه PP جایگزین می شود. TPO و TPV ها در زمینه غیر خودرویی مانند الکترونیک، وسایل پزشکی، درزگیرهای بسته بندی، سیم و کابل و وسایل آشپزخانه گسترش یافته‌اند. این موارد شامل محصولات خاص مانند TPO های شفاف، اولفین‌های کلرینه و TPV های PIB می باشند. این کاربردها تغییراتی را در ترکیب اصلی TPE اولفینی سبب می‌شوند. رییس شرکت Robert Eller جایگرینی ظرفیت بالای متالوسن بر پایه اتیلن- اکتان و كائوچوهای اتیلن-بوتن در TPO به جای EPDM مانند Engage شرکت Dow و Exact شرکت ExxonMObil را یک مثال مهم می‌داند. ا کنون تولید كائوچوهای اولفینی جدید –مانند Infuse OBC شرکت Dow و Vistamaxx شرکت ExxonMobil- جهت گسترش بیشتر TPO و TPV ها در بازار خودرو و TPE های دیگر هستند. در کاربردهای صنعتی و مصرفی، كائوچوهای اولفینی جدید انتظار یکسانی را برآورده می کنند و با TPV، TPO و TPE استایرنی مانند SEBS معمولی رقابت می کنند. پیش‌تاز این مواد گیره‌های قالبگیری شده به منظور ابزار آلات و وسایل شخصی، درزگیرها، تیوپ، سیم و کابل می باشند.Eller می گوید، رقابت TPV ها در برابر SEBS از جهت مقاومت حرارتی بالاتر و خواص فشار بهتر است. موادی مانند Infuse OBC امکان تولید TPO با سیالیت، مقاومت ضربه و خواص فشاری که با TPV و SEBS معمولی رقابت می کند، را فراهم می کند. مدیر توسعه شرکت Dow، Louis Cirihal ،نیز مسیر رو به رشد ترکیبات هیبریدی TPE ها را به جای سیستم‌های لاستيكي در TPO ها پیش بینی می‌کند. TPO های جدید فرصت‌هایی را برای گرماشکل‌دهی ورق در صندلی های کامیون، ضربه گیرها، قطعات داخلی کامیون و کاربردهای دریایی و غیره فراهم نموده‌اند. Eller می‌گوید گسترش مواد به همراه بهبود فرایند صورت می گیرد. به این ترتیب فرایند شکل دهی حرارتی اقتصادی را برای تولید بیشتر از 80000 تا 100000 وسیله نقلیه ممکن می سازد. عرضه محصولات ویژه در چند سال اخیر آمیزه کارهای جدید فرمول‌بندي TPOها و TPVها را با كائوچوهای خاص و جدید اولفینی تنظیم می کنند. از جمله اینها كائوچوهای اتیلن- پروپیلن ExxonMobil و Versify شرکت Dow و همبسپارهای دسته ای اولفینی Infuse (OBC) با ساختمان دسته ای منحصر بفرد متشکل از دسته های سخت و بلوری MDPE خطی، و نرم و بی‌ریخت اتیلن- اکتان شاخه ای می باشند. برای کاربردهای وسیع از محصولات قالبگیری شده و انعطاف پذیر تا اکسترود شده مانند شیلنگ‌ها، لوله‌ها، فیلم‌ها و الیاف از آمیزه‌های جدید TPO یا TPV استفاده می شود. اولین هدف Dow از Infuse OBC تولید TPO هایی با سختی بالای A 90 است. مشکلات TPO های معمولی و نرمتر مقاومت حرارتی پایین، قدرت ذوب کم و فرانید پذیری آهسته می باشند. Infuse OBC با دمای بلورینگی بالاتر امکان تولید TPO نرم اما با دمای کاربرد بالاتر، قابلیت اکسترود شدن بهتر و فرانید پذیری سریع را فراهم می سازد. اولین TPO و TPV های نرم در محصولاتی از جمله وسایل خانه، دستگیره های لمسی، چوب پنبه و استری های سر بطری ظاهر شدند. در کاربردهای خودرویی نیز شامل کف پوش ها و قطعات لمسی جایگزین TPU ها یا TPV های نرم هستند. Cirihal بیان می کند : " ما قابلیت گسترش خواص و کاربرد Infuse OBC را در آینده می‌بینیم. آمیزه‌کارها می‌توانند آلیاژهای Infuse OBC/TPV را تولید کنند اما تولید Infuse OBC بر پایه TPV بسیار قابل توجه خواهد بود.". به طور کلی او احتمال شانس بیشتری برای استفاده از TPO های نرم در مقایسه با TPV ها پیش بینی می کند. هم چنین شرکت Dow فوم هایی برای محصولات ورزشی، سرگرمی و مصرفی توسعه داده است تا جایی که Infuse OBC می تواند پایین ترین حد جمع شدگی و خواص فشاری را داشته باشد. توسط جایگزینی جزء EPDM، آمیزه هایی با قابلیت رنگ پذیری، پرداخت سطح و زیبایی بهتر تولید می گردد. آمیزه کارهایی که مجوز استفاده از Infuse در TPE ها را دارند شامل GLS، Teknor Apex و CTS در فرانسه می باشند. Joe Kutka مدیر اجرایی توسعه شرکت GLS می گوید قالبگیری تزریقی Dynalloy OBC و قالبگیری دمشی TPO ها در وسایل شخصی، ابزار آلات و دسته های صندلی به کار می روند. این آمیزه ها به دلیل خواص سیالیت بهترشان زیبایی بصری خاصی را به محصول می دهند. آنها هم چنین با PP پیوند داده و در کاربردهای دیواره نازک و غیر چسبناک به کار می روند. بعلاوه آنها نیمه شفاف بوده و انواع رنگ های مختلف را می پذیرند در حالی که در مورد TPV های معمولی محدودیت وجود دارد. Teknor Apex تنها از TPO برای کاربردهای مصرفی و قالبگیری تزریقی صنعتی، قالبگیری دمشی و اکستروژن استفاده می کنند. آمیزه‌های نیمه شفاف و مات در بسته بندی غذا و آشامیدنی‌ها، وسایل اداری، وسایل پزشکی، محصولات آرایشی و شخصی، شیلنگ‌ها، لوله‌ها، درزگیرها، لایی‌ها و کابل/ سیم استفاده می‌شوند. Sanjin Sakhalkar مدیر توسعه بازرگانی این شرکت می‌گوید: "فناوری OBC كائوچوهایی را عرضه نمود که هزینه تولید را کاهش می‌دهد و گزینه‌هایی برای جایگزینی TPE های استایرنی معرفی می‌کند." آمیزه‌های OBC شامل خواصی مانند خواص فشاری، پیری حرارتی، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و فرایندپذیری عالی بعلاوه مقاومت پارگی و استحکام بالاتر و زیبایی بصری بهبود یافته می باشند. او می‌گوید که آنها به صورت ورقه‌های نازک و لوله اکسترود می شوند و بسیار محکم و كشسان می‌باشند به طوری که بدون پاره شدن به صورت یک فیلم نازک کشیده می شوند. در آغاز با سختی Shore A 30 تا 75 در دسترس بودند اما اکنون در محدوده وسیعی از سختی از یک رقم تا 90 و بالاتر عرضه می شوند. Levine از شرکت ExxonMobil می گوید Exact و Vistamaxx هر دو برای تولید TPO های نرم به منظور کاربردهای خودرویی و غیرخودرویی بهبود یافته‌اند. Vistamaxx با شفافیت و رنگ پذیری عالی در مقایسه با TPO های شفاف و MIC بیشتر جلب توجه می کند. آنها برای تولید TPV های مختلف نیز به کار می روند. بدون شناخت TPO ها، Elastocon TPE Technologies می‌گوید که بسپار كائوچوی جدید در فرمول‌بندي سری‌هایElastocon SMR جدید در 6 گونه با سختی D 40 تا 65 استفاده می‌شوند. Dave Barkus رییس شرکت می‌افزاید ما فرمول‌بندي را برای به دست آوردن 3 ویژگی شامل براقیت بالا، مقاومت در برابر خراش و مقاومت ضربه دمایی تا زیر -30 F تنظیم کردیم." TPO های مهندسی جایگزین مواد گران مانند آمیزه‌های بر پایه یون‌پار در صفحات بدنه، سپرها و پوشش ضربه گیر برای خودروها، RVها و وسایل نقلیه صنعتی و عمومی می‌شوند. آنها هم چنین برای کنسول‌های مرکزی و قطعات لولایی که به مواد سخت همراه با سیالیت بالا و براق نیاز دارد، استفاده می شوند. قطعات داخلی خودرو روند گسترش در زمیته قطعات داخلی خودرو شامل تودوزی داخلی MIC TPO، قطعات بزرگ قالبگیری TPO یا TPV، پوشش‌های کیسه هوا TPO و درزگیرها و بدنه TPV است. مدیر بازرگانی NAFTA در LyondellBasell فرصت‌های زیادی را برای TPO به جای پلاستیک‌های دیگر پیش‌بینی می‌کند. یکی از این موارد، قطعات لمسی نرم داخل خودرو از جنس Softell از خانواده TPO می باشند. فرایند Catalloy امکان ساخت محصول تکمیلی بدون نیاز به سطح ثانویه یا پوسته با 40 درصد صرفه‌جویی هزینه به جای SEBS، TPU، PVC و PP رنگی را فراهم ساخته است. کاربردهایی مانند صفحات مسطح درب، کنسول‌های مرکزی، قطعات دستگاه‌ها، روکش‌های صندوق، تودوزی صندوق عقب، جعبه داشبورد و تزیینات نرم که می‌توانند جای‌گزین TPV، پوسته‌های PUR و PVC یا TPU را در برمی‌گیرند. "Softell امکان تولید صفحه تمام TPO را می‌دهد. قطعات قالب‌گیری شده Softell به شما فرصت ساخت محصولات لمسی نرم و با براقیت پایین که قبل از این به رنگ نیاز داشت را فراهم می‌سازد. هرچند TPO های دیگری با براقیت کم و مقاوم در برابر خراش وجود دارند، اما مردم هنوز به دنبال سطح نرم و رنگی هستند." Eller به مثالی از صفحات مسطح / قاب مدور درب Dodge Caliber شامل TPV اسفنجي روی یک جزء سخت PP است اشاره می کند. او صرفه‌جویی هزینه را در ساخت I.P. دارای پوست نازک در یک مرحله و یک دستگاه می‌بیند. پوسته‌های شکل‌دهی حرارتی در زیبایی بصری و زیر سازی دارای مزایایی هستند اما آنها به دلیل فرایندهای متفاوت برای تواید قطعات I.P. گران قیمت هستند." A. Schulman این روش را با سری های TPV های قابل فرایند بهبود یافته (ٍEP) Invision به منظور تودوزی داخلی حساس به تماس دنبال می کند. این آمیزه های TPV دارای مقاومت خوب در برابر روغن و تیرگی کمتر مطابق با McCoy هستند. اولین گونه،Invision VX 50 85 Ui EP، با سیالیت بالا است. 85 A TPV برای صفحات مسطح درب 2008 Dodge، Chrysler و Jeep به کار می رود. این صفحات توسط قالبگیری دو مرحله ای یک پوست با ضخامت 2 میلیمتر TPV روی جزء TPO ساخته می‌شوند. McCoy می‌گوید Schulman روی تولید انواع گونه‌ها با سیالیت بالا کار می‌کند و به لایه سومی از اسفنج اولفینی برای بهبود نرمی می‌اندیشد. Dave Mitchell مدیر بازاریابی Dow Elastomers می گوید شرکت، قالبگیری تزریقی دو و سه مرحله ای ساختارهای پوسته-اسفنج با TPOها را ارزیابی می‌کند. او می‌گوید I.P. ها برای این فرایند روی رادار صنعت هستند اما سوددهی اقتصادی تبدیل به هزینه تولید می‌شود. در عمل حفظ دانه‌بندی در پوسته قالبگیری شده و یکنواختی قطعه باید رعایت شود. "امروزه، انتقال از یک سیستم چند جزیی به یک جزء نیاز به طراحی هایی در جهت به دست دادن زیبایی های بصری و لامسه‌ای دارد. بنابراین توسعه پیوسته بسپارها و فرایندها امری ضروری است." در ضمن TPO ها فاصله بزرگی را در PVC و TPE های گران در روکش کیسه های هوا و تودوزی قطعات ایجاد نموده اند. یک دلیل گسترده شدن بهتر کیسه هوا توسط TPO ها در دمای زیر 40 درجه است. وقتی کیسه‌های هوا در فضای داخلی افزایش یابند، قسمت های بیشتری نیاز به مواد نرم و مقاوم در برابر ضربه مانند Mosier شرکت LyondellBasell خواهند داشت. او می گوبد انواع جدید در گروه Sequel 2200 و Hifax شرکت استفاده از TPO ها را در روکش که در مسیر گستردن کیسه هوا است و باید مقاوم در برابر ضربه در دمای پایین باشد. یک مثال Sequel 2326 BDX آمیزه TPO در کف خودروی 2008 Jeep Grand Cherokee می باشد. سطح رگه رگه و منسوج MIC یک روند به سمت شکل ظاهری منسوج مانند در چنین قطعاتی است. نوارهای خوردو در کمتر از پنچ سال، طبق گفته Jonas Angus بنیانگذار و ریس شرکت TPE Solutions، TPV ها به جای EPDM گرماسخت که حدود 80 درصد از نوارها را به خود اختصاص داده است، توسعه یافته اند. او می گوید DaimlerChrysler پیش قدم اصلی در نوارهای TPV است و GM و Ford نیز آنرا دنبال نموده‌اند. علاوه بر هزینه از جمله مزایای TPV می توان به مصرف 10 تا 30 درصد کمتر از EPDM و با وزن کمتر، انعطاف پذیری بهبود یافته و قابلیت بازیافت اشاره نمود. Lynell Maenza مدیر بخش صنایع در شرکت ExxonMobil Specialty Elastomers می گوید که شرکت ما محصولات TPV مانند Santaprene B200 را به منظور قالبگیری‌های لچكي‌ها توسعه داده‌اند. این محصول بدون چسبیدن به پروفایل های EPDM یا TPV های دیگر به خوبی پیوند می‌دهد. گزارش شده است که اتصال EPDM-TPV در نوارهای قبلی از بین رفته‌اند. دو جایزه نوآوری SPE در سال 2007 به محصولات نواری TPV داده شدند. یکی اکستروژن روباتیک و اتصالSantoprene TPV E500 اطراف نوار روی درب در 2007 Dodge Nitro و 2008 Jeep Liberty SUV بود. دیگری به TPV نوار دور شیشه در 2008 Chrysler minivan داده شد. دو پروفایل هم اکسترود شده TPV درون یک وسیله قالبگیری شده قرار می گیرند. لایه سوم شامل TPV سخت و نرم شرکت DSM Thermoplasic Elastomers می باشد. لایه بالایی و قالبگیری شده لچكي از TPV تولید شده توسط فناوري Jyco شرکت Dextor تشکیل شده اند. A.Schulman روی نوارهای بیرونی با اکستروژن همزمان Invision TX، TPV های بهبود یافته و TPE های استایرنی فعالیت می‌کند. اولین کاربرد آن در 2010 GM خواهد بود. واحد محصولات بسپاری مهندسی شرکت Ferro Corp. محصول خود با نام Alcryn MPR را در کاربردهای دور شیشه و درزگیری عرضه نموده است. Alcryn بسپاری بر پایه اتیلن، شبکه ای شده و پلی اولفین کلرینه شده است. قطعات بیرونی خودرو کاربرد TPO ها در قطعات بیرونی دارای سه چالش است: کاهش پیچیدگی ساخت، نیاز به صفحات عمودی و محدودیت رنگ. TPO های جدید در سال‌های اخیر تعادل بهتری را بین مقاومت ضربه و نرمی بالا همراه با CLTE پایین که امکان استفاده از پایه‌های اندک برای قطعات بزرگ‌تر مانند سپرها را فراهم می کند، ایجاد می کنند. در حالی که سپرهای TPO معمولی دارای مدول خمشی MPa 900-700 می باشند، مدول خمشی OEM همان TPO جدیدتر MPa 2000-1500 است. این عامل سبب کاهش زمان بازیافت، طراحی بیشتر و وزن سبکتر می گردد. بخش‌های از TPO توسط پرکننده های ذره ای تالک قالبگیری شده‌اند. به عنوان مثال، BMW X5 اولین سپر تولیدی از TPO پر شده توسط (Daplen EF341AE) 30% talc شرکت Borealis را استفاده می کند. مثال دیگر Smart fortwo اولین وسیله نقلیه با بدنه تمام TPO است. Daplen ED230HP، TPO پرشده توسط 20 درصد تالک با چگالي پایین جایگزین PC/PBT در کاپوت قالبگیری تزریقی، قسمت های جلو، عقب و پهلو می شود. در نتیجه کاهش 15 درصدی وزن خودرو را سبب می گردد. تولیدکننده‌های رتبه‌ي نخست در امریکای شمالی از TPO های از پیش‌رنگ شده استفاده می‌کنند. زیبایی سطح آمیزه‌های از پیش‌رنگ شده مستلزم کنترل کیفیت بهتر می باشند. Teknor Apex می‌گوید بسیاری از موفقیت‌ها در قطعات خارجی کوچکتر به دلیل مقاومت در برابر شرایط جوی و براقیت بالا صورت می‌گیرد. مطابق با نظریه شرکت Dow، توسط MIC عمق رنگ کاهش می‌یابد. در TPO رنگی به آستري، پوشرنگ و روپوشه‌ي شفاف نیاز است. بنابراین روش تولید TPO بدون نیاز به مواد ذکر شده توسط شرکت Dow طراحی گرديده است. TPO رنگی- فلزی MIC مقاوم در برابر خراش (Indure) ساخت شرکت LyondellBasell در تولید قطعات بیرونی استفاده می شود. بخش Class A از Indure X-76، 35-MFR TPO جایگزین TPO رنگی می شود. کاربردهای جدیدتر برای Indure MIC شامل شبکه بلندگو خودروی 2008 Pontiac Torrent و پوشش سپر جلو و عقب Suzuki XL7 به جای آلومیینم پوشش داده شده می باشند. Dow می گوید "ما OEM های گروه Indure TPO را به منظور طراحی براقیت بالا و پایین، دانه دار یا سطح صاف، قطعات داخلی و بیرونی استفاده می کنیم. ما می توانیم 75 درصد رنگهای موجود را به دست آوریم." کاربردهای غیر خودرویی کاربردهای صنعتی و حساس به تماس استفاده پیوسته TPO و TPV ها در وسایل، محصولات شخصی و درزگیرهای ساختمان را سبب می شوند. Robert Eller از توسعه TPO انعطاف پذیر در کاربرد بام مسطح می‌گوید. TPO های نرم بر پایه Vistamaxx اتصال عالی به PP برای محصولاتی مانند ریش تراش، وسایل ورزشی و گیره های خودکار نشان می دهند. آنها سعی در جایگزینی SEBS دارند. بسیاری از TPO های غیر خودرویی در کاربردهای پزشکی و وسایل شخصی استفاده می شوند. این مواد جایگزین TPU یا SEBS در دستگیره های لمسی می شوند. ExxonMobile استفاده از Santoprene TPV به عنوان مواد پیوندی در 12 ماه گذشته را توسعه داده اند. یکی از جدیدترین این مواد Santoprene B500 است که اولین TPV پیوندی به نایلون می باشد. اتصال بین TPV و تایلون نیازمند به حرارت و فرایند دو ضربه ای در دستگاه ویژه ای و تجهیزات گران قیمت است. انواع B500 برای انجام اتصال توسط لایه های نازک (0.5 میلیمتر) بکار می رود. کاربردهایی مانند کلیدهای حساس به تماس در آشپزخانه و وسایل برقی، درزگیرها و لایی ها تلفن های همراه و ماشین ظرفشویی را شامل می شوند. این شرکت TPV های بازیافتی را به منظور جایگزینی رابر و TPE های دیگر در کاربردهای دیواره ضخیم عرضه نموده است. Santoprene TPV M500 زمان فرایند را تا 20 تا 30 درصد در اجزاءیی مانند دو شاخه، ضربه گیر، جداکننده ها و پایه موتور کاهش می دهد. DSM استفاده از TPV های نرمتر را در کاربردهایی که می توانند جایگزین آمیزه های رابر و TPE های گران شوند، پیش بینی می کند. در حالی‌که بسیاری از TPV ها سختی A 55 تا D 50 دارند اما Sarlink دارای سختی A 20 می باشد. گروه جدیدی از TPV های اولفینی شرکت Kaneka Texas در دسترس است. مدیر بازاریابی David Marshal می‌گوید Sibstar TPV پلی‌ایزوبوتیلن شبکه‌ای شده سیلان (PIB) در ماتریس PP یا HDPE می‌باشد. مستربچ‌هایی با كائوچوي PIB مانعی در برابر نفوذ گاز و رطوبت بوده و خواص فشاری پایینی در دماهای بالاتر دارند. آنها در درزگیری محصولات غذایی و شیلنگ‌های مهندسی به منظور فرایند مواد غذایی و يخچال ها استفاده می‌شوند. TPO های شفاف توسعه یافته توسط Mitsui Chemicals در لوله های انعطاف پذیر، لنزها و فیلم ها به کار می رود. هم چنین PP برای افزودن چقرمگی و محدود نمودن تنش سفید شدگی با حفظ شفافیت به آن اضافه می شود. Nitro TPO دارای ساختمانی نانوبلوری است. در حالی که TPO نواحی بلوری در ماتریس ریخت دارد، اما Nitro در زیر میکروسکوپ الکترونی این نواحی را نشان نمی دهد. در عوض Nitro شبکه سه بعدی مارپیچ از بخش های بلوری در ماتریس بی ریخت دارد. Mitsui به ترکیبی از خواص شفافیت، الاستیسیته و مقاومت در برابر حرارت، نرمی و دانسیته پایین اشاره می کند. ExxonMobil و Ferro بسپارهای Santoprene و Alcryn MPR را جایگزین PVC یا PE شبکه ای شده در کابل و سیم معرفی می کنند. گروه جدیدی از TPV شامل PP به عنوان ماتریس می باشند اما از كائوچو استایرنی به عنوان رابر تشکیل شده است. Teknor Apex، SBC دسته ای استایرنی یکنواخت را در Uniprene XL با بازگشت کشسان طولانی مدت، مقاومت بهبود یافته در برابر روغن های داغ و حلالها و استحکام کششی بالاتر در مقایسه با TPV های معمولی جایگزین EPDM معرفی می کند. Teknor Apex مقاومت در برابر حرارت را تا 150 درجه توسعه داده اند. ورق گرماشکل دهی TPO TPO های با مقاومت ذوب بالای Dow برای گرماشکل‌دهی قطعات بزرگتر مانند RV عرضه می‌شوند. این مواد شامل كائوچوهای 7387 و Engage 7487 هستند که نسبت کشش 1:3 را تا بالای 1:9 با حفظ ضخامت دیواره افزایش می دهند. ورق‌های TPO شامل ورق‌های چند لایه Exultra از Premier Material Concepts (PMC) که به عنوان ماده ای ارزان و قابل بازیافت به جای ABS در کاربردهایی مانند کنسول ها، مبلمان اداری و تجهیزات نظامی استفاده می شوند. هم چنین به جای PVC و FRP گرماسخت در وسایل نقلیه ریلی، RV و تراکتور ها به کار روند. PMC لایه سومی TPO مقاوم در برابر شرایط جوی، لایه میانی اسفنج كائوچو اولفینی و لایه مرکزی TPO مقاوم در برابر ضربه را پیشنهاد می کند. نوع دو لایه ای از TPO مقاوم در برابر شرایط جوی بر روی TPO مقاوم در برابر ضربه تشکیل شده است. در هر دو مورد چقرمگی بهتری نسبت به ABS، مقاومتر در برابر رطوبت و خراش نشان می دهد. هم چنین ورق‌ TPO شرکت Spartech با قابلیت فرایند پذیری بهبود یافته به منظور RV، اتوبوس، تراکتور و کاربردهای دریایی معرفی می شود. محصولات ورقه ای Extreme از سه نوع تشکیل شده اند که فرایند پذیری وسیع‌تر، کنترل خمش بهتر و زیبایی را فراهم می‌کنند. یک نوع جایگزین FRP دارای براقیت پایین، متوسط و بالا هستند و نوع دیگر که به فیلم اکریلیک Korad محدود می شود، براقیت و مقاومت در برابر سایش و مواد شیمیایی را داراست. اولین کاربردها قطعات بیرونی RV (8×10 فوت) می‌باشد. از موارد دیگر می توان به جایگزینی ABC در سپر تراکتور، قسمت‌های عمودی و پوشش‌ها و قایق پارویی اشاره نمود.

منبع: مجله بسپار

» ادامه مطلب

نانوچندسازه‌هاي مقاوم در برابر شعله

نانوچندسازه‌هاي مقاوم در برابر شعله

مقدمه

نانوچندسازه‌ها در عرصه تأخيراندازهاي شعله پيشرفت‌هاي جديدي را باعث شده‌اند، به‌خصوص زماني‌که بخواهيم مقدار زيادي از اين مواد را در يک بسپار استفاده کنيم. نانوچندسازه‌ها نسبت به فرمول‌بندي‌هاي سابق نتايج بهتري در زمينه تأخيراندازهاي شعله از خود نشان داده‌اند. به طور کلي يك چندسازه از دو فاز مجزا به نام ماتريس که اغلب بسپار است و فاز تقويت کننده تشکيل شده که اين دو فاز در اتصال با‌ هم بوده و خواص چندسازه حاصل از هريک از اجزاي آن بالاتر است. ساختار و خواص چندسازه‌ها به مقدار زيادي به ريخت‌شناسي فازهاي تشکيل دهنده و خواص فصل‌مشترک آنها بستگي دارد. نانوچندسازه‌ها نيز مشابه همين خواص را دارا هستند ولي با اين تفاوت که اجزاي آن به صورت نانومتري درهم آميخته شده‌اند، در حالي که در چندسازه‌هاي معمولي اختلاط در حد ميکرومتر تا ميليمتر است. برهمين اساس نانوچندسازه‌ها نسبت به چندسازه‌هاي معمولي خواص فوق‌العاده‌اي را دارا هستند.

خواص نانوچندسازه‌ها

از جمله رايجترين نانوچندسازه‌ها، ساختارهاي بسپار- لايه هاي سيليکاتي است. برتري اين نوع چندسازه نسبت به بسپار معمولي يا پرشده در موارد زير است:

• وزن کم

• مدول و استحکام زياد

• کاهش نفوذپذيري در مقابل گازها

• افزايش مقاومت به حلال

• افزايش مقاومت حرارتي

اين چندسازه‌ها نسبت به چندسازه‌هاي حاوي الياف بلند تک جهته خواص مکانيکي بالاتري دارند، زيرا پركننده سيليکاتي عمل تقويت را در بيش از يک جهت انجام مي‌دهد. هم‌چنين اين مواد به خاطر مقياس طولي کوچکشان نسبت به طول موج نور مرئي، معمولا به صورت شفاف هستند. اين مواد پايداري حرارتي خوبي داشته و پارامتر خودخاموش‌شوندگي آنها نيز بسيار خوب است. در نانوچندسازه‌هاي سيليکاتي که به صورت لايه لايه در بسپار توزيع شده‌اند، با حجم کمتري از تقويت‌کننده مي‌توان به خواصي معادل بسپارهاي پرشده با پركننده يا الياف دست يافت. اين مواد را مي‌توان مانند بسپارهاي پرشده معمولي يا چندسازه‌ها فرايند کرد. هم‌چنین از اين مواد مي‌توان در توليد فيلم و الياف به استفاده کرد[1]. در زمينه نانوچندسازه‌هاي داراي خاصيت ضد شعله موسسه‌ي ملي استاندارد و فناوري آمريکا تحقيقاتي را انجام داده است. اين تحقيقات در مورد نانوچندسازه‌هاي سيليکاتي بسپارهاي زير صورت گرفته است:

• پلي پروپيلن پيوندخورده با انيدريک مالئيک

• پلي استايرين

• نايلون 6

• نايلون 12

• وينيل استر

• اپوکسي

روش مطالعه خاصيت آتش‌گيري نانوچندسازه‌هاي حاصل استفاده از دستگاه Cone Calorimetry مي‌باشد. تحقيقات نشان دادند که سازوكار کاهش آتش‌گيري در اين مواد همان سازوكار معمولي بوده و پارامترهاي زير بر اين خاصيت اثر مي‌گذارند:

• نوع لايه‌هاي سيليکات

• ميزان پراکنش

• فرايند تخريب

آزمون گرماسنجي مخروطي (Cone Calorimetry) نشان مي دهد که ميزان اوج و سرعت گرماي متوسط آزاد شده (HRR) در نانوچندسازه‌ها به ميزان قابل ملاحظه‌اي کاهش مي‌يابد. در حالي‌که مقدار خاکستر باقي‌مانده با کسر سيليکاي باقي مانده، خيلي افزايش نمي‌يابد، پارامترهاي زير بدون تغيير باقي مي‌مانند:

• گرماي ويژه احتراق (Hc)

• مساحت ناحيه سوخته (SEA)

• ميزان CO توليد شده

برهمين اساس محققان معتقدند که بهبود خاصيت ضد احتراق نانوچندسازه‌ها در اختلاف ناشي از فرايند تجزيه فاز متراکم است نه در اثر فاز گازي. به منظور مقايسه محققان خاصيت ضد احتراق پلي‌استايرن حاوي دکابرمودي فنيل اکسيد (DBDPO) و Sb2O3 که در فاز گازي عمل مي‌کند را بررسي کرده‌اند. اين مواد گرماي احتراق پايين‌تري داشته و ميزان CO بيشتري توليد مي‌کنند. آناليزهايXRD و TEM روي خاکستر اين مواد نيز همان سازوكار مواد معمولي را در مورد ضد شعله شدن نشان مي‌دهند. سازوكار تأخير در شعله ور شدن نانوچندسازه‌ها بر اساس نظريه Gilman سازوكار تأخير در شعله ورشدن اين مواد به اين صورت است که خاکستر حاصل از کربني شدن لايه سيليکاتي روي سطح را پوشانده و از تجزيه بيشتر نانوچندسازه جلوگيري مي کند. Gilman و همکارانش تأثير ساختار نانوچندسازه روي آتش‌گيري را نيز مورد بررسي قرار دادند[2]. نتايج اين تحقيقات روي نانوچندسازه پلي استايرين- سيليکا نشان داد که تنها ساختار لايه‌باز‌شده‌ي اين نوع چندسازه خاصيت ضد شعله از خود نشان مي‌دهد در حالي‌که در مورد نانوچندسازه‌هاي اپوکسي و وينيل‌استر ساختار ميان‌افزوده (Intercalated) داراي خاصيت ضدشعله است. هم‌چنين نتايج نشان مي‌دهند که شرايط فرايند روي خاصيت ضدشعله بودن نانوچندسازه‌هاي پلي‌استايرين تأثير مي‌گذارد. وقتي که اين نانوچندسازه از طريق اختلاط مذاب (در اکستروژن و دماي °C170 و تحت جو نيتروژن يا خلأ) و يا به روش حلالي (تولوئن) تهيه مي‌شود، خاصيت ضد شعله دارد. اما اگر دماي اکستروژن حين فرايند بالا باشد يا تحت جو هوا باشد، بهبودي در خاصيت ضدشعله بودن مشاهده نمي‌شود. Zu و Wilkie نانوچندسازه‌هاي متعددي از پلي استايرن با كاني‌رسي آلي‌دوست و با ترکيب درصدهاي مختلف تهيه نمودند [3]. روش تهيه اين نانوچندسازه‌ها بسپارش توده‌اي بود. نانوچندسازه‌هاي تهيه شده به ميزان زيادي از نظر پايداري حرارتي افزايش نشان دادند، به طوري‌که حتي در ترکيب درصد 0.1 براي كاني‌رسي، ميزان حداكثر حرارت آزاد شده در آزمون‌هاي TGA و گرماسنجي مخروطي حدود %40 کاهش نشان مي‌دهد. اما ميزان خاکستر توليد شده در آزمون‌هاي ذکر شده بهبودي پيدا نکرد. Lomakin و Ruban رفتار سوختن نانوچندسازه‌هاي با ساختار ميان‌افزوده تعدادي از بسپارها را مورد بررسي قرار دادند[4] که عبارتند از:

• پلی وینیل الکل

• پلي استايرن

• نايلون6

آنها مشاهده کردند که تري فنيل فسفين (TPP) که خود يک ماده ضد شعله قوي است، در حضور مواد کائولني ميان‌افزوده به صورت فعال‌تري عمل مي‌کند. TPP در فاز گازي با آزاد کردن راديکال P° عمل مي کند. اما وقتي که در نانوچندسازه، زنجيرهاي بسپار بين لابه‌هاي آن قرار مي‌گيرد، سازوكار تأخير در آتش‌گيري به فاز متراکم منتقل مي‌شود. تشکيل خاکستر حين احتراق بسپار خود دليلي است بر واکنش‌هاي شبکه‌اي شدن و آروماتيك‌شوي که به طور طبيعي در نانوچندسازه‌هاي پلي استايرن و TPP با ساختار ميان‌افزوده رخ مي‌دهند. خواص احتراقي چند نانوچندسازه حاوي بسپارهاي مختلف و کائولن در جدول 2 نشان داده شده است. Okada از خاکستر حاصل از سوختن نانوچندسازه نايلون6 به عنوان يک عامل کربني شدن در فرمول‌بندي يک ترکيب پف‌دهنده استفاده کرد (اين ترکيبات داراي سه جزء اسيد، کربن و عامل پف‌دهنده است)[5]. اين فرمول‌بندي علاوه بر افزايش خواص مکانيکي تركيباتEVA، خاصيت ضد‌شعله آن را نيز افزايش مي‌دهد. طبق نظريه وي، كاني‌رسي موجب افزايش پايداري حرارتي ساختار فسفوکربن در خاکستر و بنابراين افزايش خاصيت ضدشعله آن مي‌شود. لايه‌هاي سيليکاتي نيز به صورت يک سد در مقابل حرارت عمل مي‌کنند. بعضي اوقات نيز نانوچندسازه‌هاي سيليکاتي با ساير مواد تأخير‌انداز شعله به منظور بهبود خواص مکانيکي بسپار آميخته مي‌شوند. يک نمونه از اين نوع نانوچندسازه‌ها را شرکت جنرال الکتريک در مورد پلي‌بوتيلن‌ترفتالات استفاده کرده است. Okada تأثير سيليکات‌هاي اصلاح شده با مواد آلي را در ترکيب با تعدادي از مواد تأخيرانداز شعله و اکسيدهاي فلزي روي پلي‌اتيلن را بررسي کرده است. همانطور که در جدول 3 مشاهده مي‌شود بيشينه‌ي مشاهده شده در ميزان حرارت آزاد شده در آزمون گرماسنجي مخروطي در پلي اتيلن حاوي phr10 خاک رس حدود %50 پايين تر از پلي‌اتيلن پرنشده است. در صورتي که مقدار مشابه از ترکيب DBDPO، Sb2O3 و پلي‌فسفات‌آمونيم تأثير زيادي روي بيشينه‌ي حرارت آزاد شده نمي‌گذارد. اما اگر %5 پلي فسفات يا فنيل فسفات آمونيم به پلي‌اتيلن حاوي %10 كاني‌رسي اضافه شود، ميزان بيشينه‌ي حرارت آزاد شده حين سوختن به مقدار 30 و 20 درصد کاهش خواهد يافت. علاوه بر اين خواص مکانيکي اين آميزه در مقايسه با پلي اتيلن حاوي phr15 مواد تأخيرانداز شعله از نظر کرنش در نقطه شکست تغييري نمي‌کند. نتيجه‌گيري نتايج حاصل از تحقيقات صورت گرفته روي خواص ضدشعله چند نوع نانوچندسازه نشان مي‌دهند كه تأثير مواد ضدشعله در نانوچندسازه‌ها بر خواص آتش‌گيري بسپار بيشتر از حالت معمولي بوده و در تركيب درصد پايين‌تري از مواد مي‌توان به خواص ضدشعله بالاتري نسبت به چندسازه‌هاي معمولي دست يافت، بدون اينكه كاهشي در خواص بسپار حاصل شود. استفاده از نانوچندسازه‌هاي سيليكاتي نه تنها خواص ضد شعله بسپار را به ميزان بيشتري نسبت به مواد تأخيرانداز تجارتي افزايش مي‌دهد بلكه خواص مكانيكي آن را نيز افزايش مي‌دهد. همچنين لايه‌هاي سيليكاتي حتي در دماهاي بالا نيز به صورت غيرفعال باقي مانده و مانند يك عايق حرارتي در مقابل شعله عمل مي‌كند. منابع

1- A R Horrocks and D Price; Fire retardant materials, 2001

2- Gilman J W, Jackson C L, Morgan A B, Harris R, Manias E, Giannelis E P,Wuthenow M, Hilton D and Phillips S, ‘Flammability properties of polymerlayered-silicate (clay) nanocomposites’ Flame Retardants 2000, London, Interscience,2000.

3- Zhu J and Wilkie C, ‘Thermal and fire studies on polystyrene–clay nanocomposites’, Polymer International, 2000, Vol 10

4- Lomakin S M, Usachev S V, Koverzanova E V, Ruban L V, Kalinina I G and Zaikov G E, ‘An investigation of thermal degradation of polymer flame retardant additives: triphenylphosphine and modified/intercalated trimethylphosphine’, 10th annual conf. Recent Advances in the Fire Retardancy of Polymeric Materials, Business Communication Co, Norwalk, USA, 1999.

5- Kojima Y, Usuki A, Kawasumi M, Okada A, Kurauchi T and Kamigaito O,‘Synthesis of nylon 6–clay hybrid by montmorillonite intercalated with ecaprolactam’,J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem., 1993, Vol 31

مهندس سید محمدرضا پرن

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

منبع: مجله بسپار

» ادامه مطلب

روشهاي کاهش هزينه عامل گسترش استفاده از عوامل شيميايي اسفنج ساز

روشهاي کاهش هزينه عامل گسترش استفاده از عوامل شيميايي اسفنج ساز

افزايش قيمت بسپار ها و بهبود در فراورش در پس استفاده روزافزون و گسترده از عوامل شيميايي اسفنج ساز در کاربردهاي پلاستيکي قرار گرفته است. جنيفر مارکاريان در مورد چگونگي کاهش قيمت تمام شده و منافع چشمگير استفاده از عوامل اسفنجساز گزارش مي دهد. عوامل اسفنجساز که به نام عوامل«پف دهنده» نيز شناخته مي¬شوند در توليد پلاستيکهاي اسفنجي به شکل ورق، پروفيل اکسترود شده، تزريقي و يا قالبگيري چرخشي کاربرد گستردهاي دارند. عمده بازار اينگونه عوامل شيميايي اسفنج ساز در آسيا و به خصوص چين ميباشد که مقادير زيادي از آن در کالاهاي مصرفي بکار ميروند. براساس تخمين هاي ارائه شده توسط «فرد گاستوک» تحليلگر Townsend ، 159 ميليون کيلوگرم(359 ميليون پوند) عوامل اسفنجساز براي محصولات گرمانرم در سال 2005 به کار رفته است که از اين ميزان 46% در چين 23% در ديگر کشورهاي آسيايي، 17% در اروپا ، 6% در آمريکاي شمالي، 8% در ديگر نقاط دنيا مصرف شدهاند. عرضه جهاني اين محصولات در تسلط کشورهاي آسيايي است.Dongin Semichem Co.,ltd در کره، Otsuka chemical co.,ltd و Eiwa chemical در ژاپن برترينهاي توليد جهاني اين محصولات اند و پس از آنها Lanxess از آلمان قرار دارد و Chemtura بزرگترين توليد کننده آمريکاي شمالي است. بطور کلي پيش بيني ميشود که مصرف عوامل اسفن جساز تا سال 2009 با سرعت 5.5% AAGR رشد خواهد داشت. براساس تخمين آقاي Gastrok که چين رشد 8% و ديگر مناطق 2 تا 4% رشد خواهند داشت. عوامل متعددي در جهت کاهش هزينه ها استفاده از اين عوامل را گسترش ميدهد. توليدکنندگان قطعات با کاربرد اين مواد، ميزان مواد خام مصرفي را کاهش ميدهند که با توجه به بالا رفتن قيمت بسپارها از اهميت ويژه اي برخوردار است. Manfred Dicks رئيس شرکت Additives master batches – توليدکنندهي جهاني رنگ و مستربچ هاي افزودني از جمله عوامل اسفنج ساز- اشاره دارد که «کاهش 5% وزن قطعه هزينه استفاده از عوامل اسفنجساز را جبران ميکند در حاليکه اگر 20 تا 40% کاهش وزن داشته باشيم صرفهجويي درهزينه بسيار بيشتر خواهد بود.» عوامل اسفنجساز همچون شرکت هايي که بر بهبود فراورش متمرکزند شانس پيشرفت دارند CFA ها- عوامل شيميايي اسفنج ساز- نه تنها وزن را کاهش ميدهند بلکه زمان چرخه توليد را به عنوان روان کننده کاهش و ميزان محصول را افزايش ميدهد. به گفته ي آقاي Dicks «کاهش زمان چرخه توليد براي توليدکنندگان بسيار مورد توجه است.» در کاربرد به عنوان روان کننده عوامل اسفنج ساز گرانروي مذاب را کاهش داده و جريان مذاب را تسهيل ميکند. Michael Reedy رئيس شرکت Reedy International توليدکننده ي آمريکايي عوامل اسفنجساز SAFOAM و SAFTEC در توضيح اضافه ميکند که «بهبود جريان سيال به معني کاهش دروازه ها، ديواره هاي نازکتر، کاهش شکلگيري تحت فشار و کاهش سوختگي به خاطر گرما برشي ميباشد». توليدکنندگان قطعات از مواد CFA براي بهبود پرکردن قالب، کاهش فرورفتگي در قالبگيري تزريقي و براي کمک به کنترل ابعادي و کنترل جمعشدگي سطح قطعه استفاده ميکند. به گفته¬ي آقاي Dicks کاربرد CFA نزد توليدکنندگاني که قبلا از آنها به عنوان عامل اسفنج کردن استفاده ميکردند در حال افزايش است، اگر چه براي توليدکنندگاني که شروع به فرايند اسفنجها ميکنند نيز چنين است. براي شرکتهايي که به تازگي شروع به فرايند اسفنج ها ميکنند بسيار مهم است که تجهيزاتشان را پيش از اينکه از CFAها استفاده کنند براي اين کاربرد ارزيابي کنند. طراحي مناسب بدنه اکسترودر، ماردون و كلگي داي براي جلوگيري از افت فشار اهميت دارد زيرا افت فشار باعث اسفنج شدن پيش از زمان ميگردد که نامطلوب است. آقاي Masterson به اين نکته اهميت مي دهد که «براي درک مزيتهاي عوامل اسفنجساز به صورت بازده فرايند در هر فرايند ممکن است نياز به تنظيماتي داشته باشيم.» عوامل اسفنج ساز چگونه کار ميکنند؟ عوامل شيميايي اسفنج ساز (CFAها) به صورت پودر يا مستربچ با بسپار به فرايند وارد ميشوند. در ديواره اکسترودر تحت گرما تجزيه ميگردند و موادي همچون دي اکسيد کربن يا نيتروژن را بوجود ميآورند، اين مواد حاصل که تحت فشار فرايند مايع هستند با بسپار مذاب مخلوط ميگردند. هنگاميکه که در داي و يا قالب افت فشار رخ مي دهد دي اکسيد کربن و نيتروژن تحت فشار موجب انبساط شده و حبابهاي گازي را در ماتريس بسپاري ايجاد ميکنند، بسپار سرد ميشود و حبابها در مکان خود ثابت ميشوند و به اين شکل يک پلاستيک اسفنجي تشکيل ميگردد. CFAها نياز دارند که در دماي تجزيه مناسب خودشان بطور يکنواخت پراکنده شده باشند، لذا اسفنج شدن مناسب زماني رخ مي دهد که بسپار از داي خارج شده است. در حالت مايع محصولات تجزيه CFAها بهعنوان روانکننده عمل ميکنند و انجام فرايند در دماي کمتر را ممکن مي سازند. کاهش دماي فرايند، زمان سرد شدن را کاهش ميدهد لذا براي فرايندهايي که زمان سرد شدن محدوديت زماني فرايند محسوب ميگردد کاهش زمان سرد شدن به کاهش چرخه فرايند ميانجامد. سازوكار مهم ديگر CFAها اثر هسته زايي آنهاست که وقتي با ديگر عوامل فيزيکي پفدهنده همچون هيدروکربنها بکار ميروند باعث کاهش اندازه سلولها ميشود. ريختشناسي بسپار عامل مهمي در اسفنجسازي است. بسپارهاي بيريخت (حالت قرار گيري بدون نظم زنجيرها) با زنجيرهاي شاخهاي و مقاومت مذاب بالا بسيار آسانتر نسبت به بسپارهاي بلوري، خطي و با مقاومت بسپار کم، اسفنج ميشوند. صنعت بسپار در اين زمينه نيز فعال است بعنوان مثال اخيرا پليپروپيلن با مقاومت بالا تهيه شده که قابليت اسفنج شدن بالايي دارد. Reedy International به گفته خود شركت در حال توليد نوعي عامل اسفنجساز است که مقاومت بسپار را بالا ميبرد. با توجه به احتمال تشکيل سطح مشترک بين ديگر افزودنيها با عوامل اسفنجساز توجه به کل فرمولبندي از اهميت بسزايي برخوردار است. انواع عوامل شيميايي اسفنجساز : پرکاربردترين عوامل شيميايي اسفنجساز آزودي¬کربن¬آميد(ADCA) يک عامل گرمازاست که نيتروژن توليد ميکند. CFAهاي گرمازا ،توليد گاز بسيار بالايي دارند و موجب بالاترين کاهش در وزن مخصوص مي-گردند. به گفته آقاي Reedy ، CFAهاي گرماگير واکنش با کنترل بالاتري دارند و ساختار با سلولهاي کوچکتر توليد ميکنند، سلولهاي کوچکتر مقاومت کششي را بالا ميبرند در حاليکه حفرههاي بزرگتر مقاومت فشاري را بالا ميبرند . حفرههاي ريزتر ظاهر سطحي صافتري را موجب ميگردند. عوامل گرمازا ترکيباتي پيچيده هستند که بر پايه مواد شيميايي همچون بي¬کربنات¬سديم/مشتقات اسيدسيتريک تهيه مي¬گردند. آقاي Reedy در مورد عوامل گرمازا که دي¬اکسيدکربن توليد مي¬کنند ميگويد «بهدليل اينکه دي¬اکسيد¬کربن در فشار کم در پلاستيکها بخوبي حل مي گردد دماي ذوب را کاهش ميدهد، جريان مذاب را بهبود ميبخشد و به پرشدن راحتتر قالب کمک ميکند.» 88% از کل محصولات CFAرا ADCAها تشکيل ميدهند، 5% عوامل گرماگير و 7% باقيمانده انواع مختلف شامل 4 و4 اکسي¬بيس¬بنزن¬سولفونيل¬هيدرازيد(OBSH) به دليل مشکلات تکنيکي و تنظيمي CFAهاي گرماگير سريعتر رشد کردهاند همچنين هدف رسيدن به سلولهاي ريزتر نيروي محرک عمده¬ي استفاده از CFAهاي گرماگير در بسياري کاربردها ميباشد. به گفته¬ي آقاي Dicks توليدکنندگان به دنبال جانشيني براي ADCA هستند که بهدليل رنگ زرد آن و بوي شديد آمونياک آن در طي فرايند است. توليدکنندگان اروپايي بهدليل دستور EC/1/2004 اتحاديه اروپايي که استفاده از ADCA در محصولاتي که با مواد غذايي تماس دارند را ممنوع کرده بهدنبال جايگزين کردن عوامل گرماگير به جاي ADCA هستند. اين ممانعت بدليل يافتههاي مرجع سلامت غذايي اروپا(EFSA) است که بهدليل تجزيه¬ي آزودي¬کربن-آميد موجود در درزگيرهاي ظروف مواد غذايي به مواد سمي و مضر است. اگرچه بسياري از صنعت¬گران به نداشتن وقت کافي تحقيق براي پيدا کردن جايگزين ADCA اعتراض کرده¬اند. در آمريکا محدوديتي براي استفاده از ADCA بعنوان عامل پفدهنده وجود ندارد اما در مورد محصولات صادراتي کنارگذاشتن ADCA از محصولات در تماس با مواد غذايي الزامي است. مخلوط عوامل گرمازا و گرماگير نيز بطور وسيعي براي دستيابي به مزاياي هر دو گروه مواد شامل توليد گاز زياد و حفرات ريز مورد استفاده قرار گرفته اند. شرکتهاي متعددي مخلوطهايي را ارائه ميدهند که بهطور مخصوصي طراحي شده و دماي تجزيه شدن، ساختار اسفنج و کاهش چگالي مشخصي براي بسپار و شرايط فرايند خاص را موجب مي شوند. شرکت Reedy اخيرا ترکيبي را از عوامل گرماگير و گرمازا معرفي کرده که براي کاربردهاي لاستيكي و PVC همچون قطعات خودرو، پزشکي، ساختماني و مصارف الکترونيک کاربرد دارد. طبق توضيح آقاي Reedy عوامل گرماگير زمان چرخه توليد را کاهش ميدهند و درمقابل عوامل گرمازا ميزان زيادي گاز توليد ميکنند و براي بسپارهاي کشسان مثل لاستيکها ضروري هستند. پودر اقتصاديترين شکل عوامل اسفنجسازاست اما مستربچ ها فوايدي از قبيل عدم آلوده شدن به گردوغبار، راحتي خوراک دهي و اندازهگيري و در بعضي موارد راحتي پخش در زمينه بسپار را دارند. در حاليکه هنوز شکل پودري غالبترين شکل است، بعضي توليدکنندگان تغييراتي را درجهت توليد CFAها در شکل قرصي انجام داده اند. Dennis Meade رئيس بخش سرويس هاي فني در شرکت Accel color اشاره دارد که اين شرکت نوعي CFA بهصورت مايعي غليظ را بهتازگي ارائه داده که در سيستمهاي توليد رنگ بهکار ميرود. شرکت Reedy نيز به تازگي يک سري از SAFCAM(UBA) (عوامل پفدهندهي جهاني) را معرفي کرده که با گستره ي وسيعي از بسپار ها سازگاري دارد. UBAها دو سر الفيني و استايرني دارند که باعث سازگاري آنها با مواد ديگر ميشود. اين گونه مواد با هدف کاربرد در اجناس بسپاري با شکلهاي دقيق توليد مي گردند. کاربردهاي عوامل شيميايي اسفنجساز: «در هر کاربردي ميتوان عوامل اسفنجساز را به کار برد.» آقاي Reedy توليد کنندگان، ظروف، بسته بندي ها، اسباب بازي ها، کفش ها، سيم و روکش کابل ها و ... را اسفنجي مي کنند. بالاترين زمينه کاربرد CFAها در کالاهاي مصرفي است اما اين مواد همچنان کاربردهاي جديدي پيدا مي کند و مصرف آن گسترش مي يابد. وسايل نقليه: در کاربردهاي خودرويي بهبود در مقاومت پلي پروپيلن مذاب يک پيشرفت مهم به حساب مي آيد. اسفنج پلي پروپيلن با چگالي کم بهعنوان مثال براي پوشش يک پلاستيک مهندسي و محکم در داشبوردها و قالب درها بکار ميرود. عوامل اسفنجساز در بسپارهاي مختلفي براي حذف فرورفتگي سطح و بهبود ظاهري قطعات خودرو نيز کاربرد دارند. الکترونيک: به گفته¬ي آقاي Reedy در کاربردهاي مصرفي الکترونيکي مثل کاربردهاي خانگي براي تلويزيون، رايانه و چاپگر، فنآوريهاي جديد و بهبود يافتهاي CFAها را بکار گرفتهاند. فنآوريهاي فرايندي که از CFAها بهره مي برند شامل قالبگيري تزريقي 2 جهته، قالبگيري ساختار اسفنجي، تزريق هماهنگ و قالبگيري ساختار اسفنجي با فشار مقابل گاز هستند. کاربرد اينگونه فن¬آوريهاي پيشرفته براي کاهش هزينه فرايند يکي از راههاي باقي ماندن شرکتهاي آمريکاي شمالي در رقابت با شرکتهاي آسيايي است. بستهبندي: در اين زمينه توليدکنندگان علاقه شديدي به بکار بردن عوامل اسفنج ساز همراه پلي لاکتيک اسيد براي توليد ظروف زيست تخريب پذير هستند، فوايد بسته بندي اسفنجي عبارتند از کاهش مواد اوليه مصرفي و بالارفتن سختي محصولات. سازه و ساختمان: کاربردهاي اين زمينه شامل حصارکشي، پوشش سطوح¬وکف و پروفيل در و پنجره است که بازار آن در 5 سال اخير شديدا رشد کرده است، و در آينده نيز با همراهي و موافقت متخصصان صنعتي اين رشد ادامه خواهد يافت. دکتر Elie soad رئيس بخش افزودني¬هاي بسپار در شرکت Functional Chemical Business در Lanxess اشاره دارد که کاربرد صفحات اسفنجي براي ساختن تابلوهاي تزئيني، زمينه بسيار قوي براي رشد اين محصولات است. اگرچه CFA بکار رفته در چندسازههاي چوب پلاستيک بهعنوان بخشي از بدنه ساختمان سهم کمي را به خود اختصاص دادهاند اما انتظار ميرود که در آينده اين سهم افزايش يابد. به گفتهي دکتر Dicks پروفيلهاي اسفنجي کاربردهايي به ويژه درمورد پروفيل هاي PVC پيدا کرده اند زيرا چگالي بالاي PVC خود بعنوان عامل محرک براي سبک سازي از راه اسفنجي کردن بحساب مي آيد. مزاياي اسفنجي کردن PVC عبارتند از: سبک سازي، فراوري راحت تر، سختي بيشتر و همچنين ساختار سلولي شبيه چوب که براي کاربرد ابزارهاي چوبي و چفت¬وبست مناسب است. البته کاهش وزن چندسازههاي چوب پلاستيک محدود است زيرا تنها بخش بسپاري آنها قابليت اسفنجشدن دارند. Dennis Keane توليدکننده انواع CFA اشاره دارد که تا 30-40% محتواي چوب قابل اسفنج شدن دارند. WPCها معمولا براي جلوگيري از سوختن در دماي کم فرايند مي شوند لذا نياز به CFAهايي دارند که محدوده¬ي دمايي کم تجزيه گردند، توليدکنندگان CFA نيز به اين نياز توجه دارند و اخيرا شرکت Bergen مخلوط هاي متنوعي از CFAهاي گرماگير و گرماده را براي کاربرد با WPC به بازار ارائه کرده است. طبق توضيح آقاي Keane مخلوط CFAهاي گرماگير و گرماده براي WPC بسيار مناسب است زيرا فرايند چندسازهها نيازمند فشار گاز بالا از عامل گرماده است اما جزء گرماگير نيز اکستروژن راحت تر و سريعتر را به سبب آزاد کردن دي¬اکسيدکربن موجب مي¬گردد. عوامل گرماگير بيشتر براي کاربردهاي همراني (co-extruded) پيشنهاد مي گردند زيرا فشار گاز کمتر چسبندگي بهتري بين لايه ها ايجاد ميکند. عوامل گرماگير علاوه بر هدف سردسازي حفرات ريزي توليد مي کنند که براي ظاهر محصول ضروري مي باشد. آقاي Masterson اضافه مي کند که در wpc اسفنج شده ثبات و پايداري محصول براي داشتن ظاهري مناسب پس از بريدن ضروري مي باشد. هستهسازي براي سيستمهاي گاز مستقيم: به گفتهي آقاي Keane بزرگترين بازار مصرف CFAهاي گرماگير کاربرد آنها بعنوان هستهزا در سيستم هاي گازمستقيم است جايي که بطور مثال گازهايي همچون نيتروژن و ايزوپنتان براي ساخت پلياستايرن و پلياتيلن اسفنجي بکار مي رود. عامل اسفنجساز شيميايي رشد چشمگيري در بکارگيري به جاي هسته¬زاي خارجي همچون تالک ها داشتهاند زيرا اين عوامل نسبت به هستهزاهاي خارجي بازده بالاتري دارند و ساختار حفرهاي ريزتر و يکسان مي دهند و محصولاتي با سطوح نرم تر را موجب مي شوند. محصولات جديد براي بسپارهاي دما بالا: در سال 2005 ، Bergen International يک عامل اسفنجساز گرمازا بصورت مستربچ را معرفي کرد Foamazd xo-230 که براي کاربرد با پليکربنات فرموله شده بود کاربردهاي اسفنج سازي ساختاري، تزريقي و اکستروژن را پوشش مي داد. اين محصول هيچ گونه رطوبتي در طي تجزيه ايجاد نمي کند و لذا مشکلات تخريب بسپار بدليل رطوبت را از بين مي برد. در سال هاي اخير Clariant Masterbatches خانواده هاي متعددي از CFA را براي کاربرد در بسپارها و فرايندهاي ويژه تهيه کرده است. براي مثال CFAهاي Hydrocerol Hx براي بسپارهايي همچون پلي کربنات و نايلون طراحي شده اند که نياز به دماهاي بسيار بالا و حدود 260C دارند. قالبگيري چرخشي: از اينرو که در قالبگيري چرخشي بطور سنتي از پودر آزودي¬کربن¬آميد استفاده ميشده گرايش اين صنعت به سمت محصولات قرصي امکان رشد قرصهاي CFA را فراهم کرده است طبق اظهارات آقاي Keane ميکروقرصهاي CFA در مقايسه با حالت پودري حساسيت کمتري به نحوه و کيفيت پخش در بستر بسپاري دارد، لذا پيگيري اين نياز به محصولات اسفنجي بهتري از قالبگيري چرخشي منتهي مي گردد.

منبع: مجله بسپار

» ادامه مطلب

شبیه سازی قالب گیری، مرزهای جدید در پیش بینی فرآیند

شبیه سازی قالب گیری، مرزهای جدید در پیش بینی فرآیند

تهیه کنندگان نرم افزار بر این عقیده اند که شبیه سازی سه بعدی (3D) پرشدن قالب، تراکم، سرمایش، جمع شدگی و انحناء در قالب گیری تزریقی تقریبا به بلوغ رسیده است. آخرین نمونه های منتشر شده از سوی آنها روی قابلیت های جدید و بهبود یافته در مدلسازي رايانه اي فرایندهای بسیار پیچیده از جمله قالبگیری چند ماده ای، قالبگیری میکرو یا چرخه سریع گرمایش/ سرمایش قالب ها متمرکز بوده است. همچنین توسعه دهندگان نرم افزار به دنبال مدل کردن محدوده وسیعتری از پدیده ها مانند ضریب شکست مضاعف در قطعات نوری، انحناء در قالبگیری به کمک گاز یا قالبگیری گرماسخت ها، آرایش یافتگی الیاف بلند شیشه یا تنشها و تغیر شکل ایجاد شده روی قطعه توسط پین پران میباشند. نسخه های جدیدی از نرم افزار شبیه سازی نیز راههای جدیدی در بهینه سازی نوع و محل گلوئي، مدل کردن سامانه های راهگاه داغ و سرد و غیره به کاربران ارائه می کنند. آخرین برنامه های نرم افزار 3D با محدوده وسیع تری از موضوعات قالب گیری دست و پنجه نرم می کنند. Moldex3D R9.0 دارای بخش Optics جدیدی (چپ) است که ضریب شکست مضاعف ناشی از جریان در مراحل پر کردن، تراکم و سرمایش را پیش بینی می نماید. MPI 6.2 جدید از Moldflow (راست) دارای یک برنامه واسط با نرم افزار طراحی نوری Code V است تا چگونگی اثر کیفیت عدسی بر فرایند قالب گیری را تعیین کند. سایر موضوعات شامل یکپارچه سازی توابع شبیه سازی 3D با بسته های قويتری از CAD، طراحی قالب و یا ماشین کاری می باشد. برنامه های واسط بهبود یافته میان نرم افزار و بسته تحلیل ساختاری پایین دستی نیز در چندین بخش جدید برجسته هستند. پیشرفت های اخیر در الگوریتم های ریاضی منجر به قابلیت های جدیدی در مدل کردن هر دو خواص غيركشسان و کشسان مذاب های بسپاری و در نتیجه حذف برخی از فرضیات پیشین در نرم افزار گردیده است. گفته می شود یک نوع جدید از عضو شبکه جامد، مدلسازي قطعات در ناحیه گلوئي را بهبود می بخشد. همچنین یک مدل میکرومکانیک جدید خواص مواد پر شده با الیاف را محاسبه می کند. حل کننده های جدید سریعتر پاسخ میدهند و امکانات نرم افزاری جدید امر شبیه سازی، از مدیریت پروژه ها با فضای کاری مجازی جدید تا شبکه بندی خودکار و ابزار ترمیم STL، را سهلتر مینمایند و "برنامه های خودکار" انتخاب پایه ای قالب یا طراحی سیستم سرمایش را تسهیل مینمایند. همچنین پیشرفت هایی در بسته های شبیه سازی ساده سازی شده برای بررسی سریع قابلیت تولید به وجود آمده است. هر چهار تامین کننده اصلی نرم افزار شبیه سازی تزریق، چیزهایی برای ارائه دارند. این چهار شرکت مشتمل بر Moldflow، Coretech تایوان (که در حال حاضر بیشتر تمایل دارد تا با نام نرمافزار خود یعنی Moldex3D شناخته شود)، Vero Software و Sigma Engineering می باشند. اگرچه بخشهای معمول و مشترکی وجود دارد، اخبار آنها در اینجا برای هر شرکت به طور جداگانه گزارش شده است زیرا معمولا کاربران تمایل به استفاده از محصولات تنها یکی از این شرکتها دارند. تازه های مربوط به گلوئي Moldflow به عنوان تامین کننده پیشرو در فناوری شبیه سازی 3D چندین دستاورد جدید در نسخه 6.2 نرم افزار شبیه ساز flagship خود به نام Moldflow Plastics Insight (MPI) معرفی کرده است. جهت شروع، این نسخه قدرت بیشتری دارد. تحلیلهای 3D پرشدن و تراکم با حل کننده ماتریسی AMG، به خصوص در مدلهای بزرگتر، تقریبا به نصف زمان قبلی خود نیاز دارد و آخرین حل کننده Dual Domain شبکه را به قدری سریع ایجاد می کند که در حدود 5 تا 10 درصد کل زمان پروژه کاهش پیدا می کند. گفته می شود الگوریتم های جدید، تصمیم گیری در مورد گلوئي را با تشخیص محل آن در جایی که کمترین فشار تزریق ایجاد می شود، آسان تر می کنند. Advanced Gate Locator جدید قابلیتهای بیشتری را نسبت به نسخه قدیمیتر ارائه می کنند. Advanced Gate Locator علاوه بر مدلسازي صفحه میانی و Dual Domain برای تحلیل 3D نیز، بر خلاف نسخه قدیمی، در دسترس است. این تعیین کننده جدید گلوئي می تواند به طور همزمان تا 10 مکان را برای گلوئي پیشنهاد دهد و مناطق خاصی را که توسط کاربر منع گردیده است از رده خارج گرداند. در این حالت میتوان مناطقی را که به علت زیبایی، نوع ابزار یا سایر دلایل نبایستی جهت محل گلوئي انتخاب شوند پیش از شروع تحلیل و با انتخاب گرههای خاصی بر روی مدل با عنوان گره های ممنوع از صورت مساله خارج نمود. Advanced Gate Locator این امکان را به کاربر می دهد تا یک نسبت کمینه ضخامت مشخص کرده و بدین ترتیب محل گلوئي را از نواحی بسیار نازک خارج گرداند. کاربران در حال حاضر میتوانند اندازه گلوئي را نیز تعیین کنند. پیش از این طراحان قالب، اندازه گلوئي را برای قالبگیری قطعات استاندارد 2 میلی متر و برای گرماسختها 1 میلی متر فرض میکردند. مدلسازي فرایند پیچیده در قالبگیری تزریقی مرسوم، قالب در چرخه قالب گیری در دمای تقریبا ثابتی نگه داشته می شد. اخیرا تمایل به تکنیکهایی که از دمای متغیر قالب بهره می گیرند بیشتر گردیده است. قالب ابتدا گرمتر است تا پرشدن قطعات با دیواره نازک یا بافت ریز را تسهیل نماید و یا سطح یکنواختتری را حاصل کند. سپس دمای قالب برای تراکم و سرمایش به سرعت پایین آورده می شود. Moldflow در نسخه جدید MPI 6.2 به این تمایل توجه کرده است و امکان تنظیم روند دمائي متغیر سطح قالب را در تحلیلهای Fill و Pack فراهم نموده است. Moldflow همچنین به رشد شگرف در فرایندهای قالب گیری چندضرب توجه داشته است. قطعات پیچیده قالبگیری شده میتوانند چیدمان های بیشماری را به اجزای مختلف ماده دهند. پیش از این تنها یک زیرمجموعه محدود از این چیدمان ها قابل شبیه سازی بود. در حال حاضر یک الگوریتم توسعه یافته در MPI 3D Warp تماس بین تمام اجزاء در کاربردهای دو و سه مادهای را پایهریزی کرده است. این الگوریتم بهتر می تواند فواصل کوچک میان شبکه ها در اجزای مختلف را حفظ کند. این امر به خصوص هنگام کار با اجزائی که سطوح تماس منحنی دارند، مهم است. زمینه مورد توجه دیگر توسعه شبیه سازی چرخه سریع گرمایش/ سرمایش قالب ها برای قطعات دیواره نازک و یا تزئینی است. بخش جدید Transient Cool شرکت Moldex3D برای شبیه سازی این فرایند "دما متغیر" به تولید قطعات بزرگ مانند قاب تلویزیون LCD بدون خطوط جوش قابل مشاهده کمک نموده است. مدلسازي بهتر بسپار Moldflow همچنین یک مدل میکرومکانیکی جدید ارائه کرد که پیش بینی صحیح تری از جمع شدگی و انحناء را در مواد بسپاری بلورمایع (LCP) و تقویت شده با الیاف به دست می دهد. Moldflow می گوید که این مدل جدید قادر است ماهیت ناهمگون LCP را بهتر درک نموده و در نتیجه محاسبه خواص مکانیکی این کلاس ویژه از مواد را که اغلب در اتصالات الکترونیکی استفاده می شوند، بهبود می بخشد. این مدل جدید قابلیت استفاده با هر سه فناوری تحلیل Moldflow (صفحه میانی، Dual Domain و 3D) را دارا است. MPI 6.2 دارای یک حل کننده 3D Warp برای مواد پرنشده با خواص مکانیکی ناهمگون است. در نسخه های پیشین ماده به صورت همگون در نظر گرفته میشد و در نتیجه اثرات آرایش یافتگی به درستی پیشبینی نمی شد. تاکنون نرم افزار نمیتوانست ناهمگونی مواد پرنشده را تعیین کند و تنها متوسطی از خواص را اندازه میگرفت. حل کننده Warp دیگر چنین فرضی ندارد. Moldflow تحلیل Pack و Warp را در محصول MPI خود برای مواد گرماسخت توسعه داده است. اکنون Moldflow میتواند تراکم، جمع شدگی و مشخصات انحناء را برای قالب گیری واکنشی گرماسختها، نه تنها در تحلیل 3D، بلکه برای صفحه میانی و Dual Domain نیز شبیهسازی کند. همچنین Moldflow آنالیز منفذ را برای قالبگیری واکنشی 3D و فرایندهای پوشينهدار كردن ریزتراشهها اضافه کرده است. اکنون کاربران میتوانند مکان منفذ، اندازه آن و فشارهای خروجی را تعیین نمایند. قبلا فرض می شد که قالب سیستم منفذ کاملی دارد. این فرض می توانست باعث خطای 20 درصدی در افت فشار گردد زیرا نواحی با برش بالا و جریان مرده درنظر گرفته نمی شد. اکنون کاربران میتوانند خواص منفذ را ویرایش کنند و فشار نواحی منفذدار و ایجاد فشار در نواحی بدون منفذ را مشاهده نموده و صحت وجود و یا لزوم استفاده از منفذ را بررسی نمایند. تحلیل منفذ، فشار هوای ایجاد شده در محفظه پرنشده را بر اساس مکان و اندازه منافذ محاسبه می کند و تاثیر فشار هوا بر الگوی پرشدن را در نظر می گیرد. نسخه جدید MPI 6.2 شرکت Moldflow دارای یک Advanced Gate Locator است که به طور همزمان می تواند تا 10 مکان بالقوه برای گلوئي را شناسایی کند در حالی که برخی نواحی را به دلایل ساختاری، زیبایی و یا غیره ممنوع نماید. در سایر پیشرفتهای مربوط به انحناء، طراح قطعه که با قالبگیری به کمک گاز کار میکند اکنون میتواند اثر کانال توخالی را روی انحناء کلی قطعه ارزیابی کند. تحلیل Moldflow 3D Wrap در مورد قالب گیری به کمک گاز میتواند از قابلیتهای فرایند موازی رايانههای چندپردازشگر جدیدتر بهره گیرد. همچنین Moldflow گزینه "Isolate Cause of Warpage" را اضافه نموده است. MPI 6.2 قابلیت جدید تعیین خاصیت المان راهگاه سرد به المانهای شبکه چهارگوش را ارائه میکند. این قابلیت به حلکننده Warp امکان میدهد تا تشخیص دهد که کدام المانها به قطعه و کدام به سیستم راهگاه سرد تعلق دارند و در نتیجه راهگاه سرد را از تحلیل انحناء خارج نمایند. این امر صحت پیشبینی های انحناء را بهبود بخشیده و زمان تحلیل را کاهش می دهد. انطباق خوب با دیگران Moldflow یکپارچه سازی بالادست نرم افزار شبیه سازی با برنامه های CAD و پایین دستی با تحلیل المان محدود (FEA) کارایی قطعه قالبگیری شده را بهبود بخشیده است. نرم افزار بروز شده Moldflow Design Link (MDL) ورود مستقیم هندسه جامد از CAD به MPI یا MPA را میسر میسازد. نسخه جدید MDL 6.0 میتواند به طور یکپارچه دادههای اصلی CAD را از محدوده وسیعتر برنامه های CAD وارد نموده و یک تولیدکننده شبکه جدید دارد که مستقیما شبکه های Dual Domain یا 3D را تولید می کند که برای تحلیل آماده می باشند. MDL همچنین با کاربردهای چند مادهای سر و کار دارد و به طور همزمان تمام اجزاء ماده را شبکه بندی میکند و اطمینان می دهد که سطوح تماس مواد کنار هم، بر هم منطبق هستند. گفته می شود که این جنبه از نرم افزار باعث ذخیره در زمان می شود. اکنون نرم افزار MDL شبکه های سه بعدی را به طور مستقیم از پوشه CAD می سازد. در گذشته یک شبکه واسط Dual Domain ایجاد میشد و سپس به 3D تبدیل می گشت. با حذف این مرحله، قابلیت بازدهی کاربر افزایش می یابد. انواع جدیدی از اطلاعات از طریق یکپارچه سازی پایین دست با برنامه های FEA در دسترس کاربران Moldflow قرار گرفته است. یک گزینه جدید انتقال داده، امکان استفاده اطلاعات شبیه سازی MPI 6.2 را در برنامه HyperStudy از Altair Engineering به دست می دهد. با اتصال MPI و HyperStudy مهندسین طراح، ابزار بسیار قدرتمندی جهت حصول درک صحیح از قدرت طراحی یک قطعه پلاستیکی دارند و می توانند مطالعات ارزیابی و بهینهسازی را جهت موازنه کارایی و تولیدپذیری انجام دهند. برخی مثالها از چگونگی بهره گیری از این فناوری شامل تغییر اندازه راهگاه و بهینه سازی هندسه است تا پیشانی جریانی حاصل گردد که پرشدن قالب و کمینه نیروی گیره و یا تاب برداشتن قطعه را موازنه نماید. یک واسط جدید بین MPI و نرم افزار طراح نوری Code V از Optical Research Associates این امکان را می دهد تا نتایج MPI جهت بررسی چگونگی اثرگذاری فرایند قالب گیری بر روی خواص نوری عدسی ها استفاده گردد. پیشرفتهای تحلیل ساده Moldflow Plastics Advisers که برای تحلیل سریع و ساده تولیدپذیری طراحی شده است در نسخه MPA 8.1 با گزینه های جدید تجسم بیرونی داده شده است که امکان مقایسه نتایج تلاشهای تحلیل متعدد را فراهم میسازد. کاربران میتوانند نتایج تحلیل دو یا چند مدل را با همزمان سازی انتخاب نتیجه و جهت مشاهده، مقایسه نمایند. یک تابع راهنمای هزینه در MPA که تحلیل هزینه قطعه را تسهیل می کند، در نسخه جدید، دوباره طراحی شده است. همخوانی با مدل، امکان ارزیابی چگونگی اثرگذاری تغییرات در طراحی قطعه، طراحی قالب، انتخاب ماده و شرایط فرایندی روی هزینه تولید قطعه را فراهم می آورد. تابع، این تغییرات را دنبال کرده و هزینه جاری را بر پایه ماده مورد استفاده، زمانهای چرخه، هزینه های عملیاتی، هزینههای پس از قالبگیری و بالاسری نشان میدهد. یک بخش 3D جدید و پیشرفته اضافه شده به MPA 8.1 تحلیل هندسه های قطعه با مناطق دیواره ضخیم یا با تغییرات شدید در ضخامت را میسر میسازد. این تحلیل پیشرفته 3D اگر همراه با Performance Adviser یا Cooling Circuit Adviser استفاده شود میتواند انحناء و سرمایش مدلهای جامد و ضخیم را ارزیابی نماید. همچنین پیشرفتهایی در ابزار مدلسازي سرمایش و راهگاه وجود دارد. یک برنامه خودکار جدید سیستم راهگاه، یک سیستم خوراک دهی کامل را به طور خودکار بر اساس خواص تعریف شده از سوی کاربر تهیه میکند. کاربران امکان ایجاد دستی گلوئي هایی با انواع و مقاطع مختلف را دارند. MPA 8.1 همچنین ابزارهای جدیدی دارد که به چیدمان سریع راهگاهها و کانال های سرمایش کمک می کند. اکنون چیدمان راهگاه و کانال سرمایش برای استفاده مجدد، قابل انتقال به سیستم CAD می باشد. توابع جدید در VISI Flow 16 که از سوی Vero Software و به تازگی ارائه شده است، زمان را با تحلیل خودکار طراحی قالب سه بعدی و تولید شبکه بر روی راهگاه ها و کانال های سرمایش ذخیره می کنند. مدلهای کاربری جدید Moldex3D پیشرفتها و توسعههای جدیدی در مورد ویسکوالاستیسیته، سرمایش و قالب گیری چند ماده ای و نوری دارد. شرکت می گوید این اولین بار است که یک مدل سه بعدی ارائه میشود که تنش های باقيمانده القایی توسط جریان را با شبیه سازی رفتار کشسان مذاب، علاوه بر رفتار گرانرو، آن در حین فرایند پیش بینی میکند. این نرم افزار تنش القایی توسط جریان را در نزدیکی سطح قالب، که ناشی از سرمایش سریع زنجیرهای بسپاری کشیده شده در حین پرشدن است، پیش بینی می کند. این نوع تنش همچنین ممکن است در مرکز کانال جریان، به واسطه جریان برشی اضافی در حین تراکم، به وجود آید. در گذشته این فرض انجام میگرفت که بیشینه تنش برشی از محاسبه جریان به دست میآید و به عنوان ضریبی از تنش باقيمانده از آن استفاده میشد. این روش غیر مستقیم نشان نمیداد که چه مقدار تنش ممکن است در حین مرحله تراکم و سرمایش آسوده گردد یا اینکه در کدام نواحی، تنش بیشتر یا کمتر آسوده خواهد شد. اضافه کردن یک متغیر ویسکوالاستیک در محاسبات، زمان محاسبه را طولانی خواهد کرد و به طور قابل توجهی حافظه بیشتری میطلبد. البته این زمان محاسبات بیشتر، هنوز هم برای آنهایی که تنشهای باقيمانده ناشی از جریان برایشان مهم است، قابل قبول می باشد. این پیشرفت امکان ایجاد یک بخش نوری به Moldex3D را داده است و بنابراین اکنون می تواند خواص نوری را بر اساس تنش باقيمانده محاسبه کند. بخش Solid-Warp این شرکت میتواند نتایج را به صورت شرایط تنش اولیه در محاسبه اثر تنش باقيمانده ناشی از جریان روی انحناء منتقل نماید. محاسبه تنش باقيمانده همچنین میتواند جهت پیش بینی پتانسیل شکست قطعه یا مشکلات ظاهری در رنگ آمیزی به کار رود. چرخه گرمایی قالب همانند Moldflow، Moldex3D یک فناوری شبیه سازی برای به اصطلاح فرایندهای "دمامتغیر" ارائه کرده است که در آن دمای قالب سریعا از گرم به سرد به گرم برای قطعات تزئینی دیواره نازک تغییر میکند. بخش جدید Transient Cool تاریخچه دمایی وابسته به زمان بهتری را برای قالب، در مقایسه با تابع قبلی SolidCool، به دست میدهد. نسخه قبلی تنها محدوده های بالایی/ پایینی دما را پیش بینی می کرد و نمیتوانست تغییر دمایی صحیح درون قالب را ببیند. در حال حاضر دادههای دمای قالب با شبیه سازی پرشدن/ تراکم ترکیب شده است، به گونه ای که تاثیر دمای قالب روی جریان مذاب در نظر گرفته شود. بخش جدید محدوده وسیعتری از گزینههای قالب- دما- کنترل را پشتیبانی میکند. یکپارچه سازی نزدیک تر CAD و شبیه سازی از طریق محیط نرم افزار مشابه در VISI 16 CAD/CAM/CAE راه سریع تری را برای اعمال تغییرات در طراحی قطعه و قالب، بدون بازگرداندن پوشه اصلی CAD فراهم می سازد و تعداد مراحل بین طراحی، تحلیل و ماشین کاری قالب را کاهش می دهد. پیش بینی ضریب شکست مضاعف یکی از پیشرفتهای روی داده در آخرین نسخه (R9.0) از Moldex3D بخش جدید Optics است که ضریب شکست مضاعف ناشی از جریان را در مراحل پرشدن، تراکم و سرمایش پیش بینی می کند. این بخش، جریان سیال بسپار، انتقال حرارت، گرانكشساني (ویسکوالاستیسیته)، نوركشساني و یک قانون تنش- نوری را برای بررسی ضریب شکست مضاعف در قطعات نوری قالبگیری شده از موادی مانند اکریلیک، PC و COC (همبسپار حلقوی الفینی) در نظر می گیرد. بخش نوری می تواند قطعاتی تا ضخامت 8 میلی متر در مرکز و 2/0 تا 5/0 میلی متر در لبه ها را مدلسازي کند. در گرماسختها بخش Solid-RIM یک مدل پخت جدید برای پلی یورتان دارد و میتواند با شبیه سازی قالب گیری چندماده ای، که در نسخه پیشین Moldex3D R8.1 جدید بود، مورد استفاده واقع شود. Moldex3D Project برای کمک به کاربران جهت مدیریت بهتر کارهایشان بهبود یافته است. بخش Moldex3D-Mesh شامل یک تابع ریز کردن خودکار شبکه است که مشخصات هندسی بسیار بیشتری را مشخص می کند و کنترل اندازه شبکه ریزتری را فراهم می آورد که در موازنه کیفیت و کمیت شبکه کمک کننده است. بخشهای جامد Moldex3D در حال حاضر میتوانند تمام داده های شبیه سازی را به برنامههای تحلیل ساختاری Ansys یا Abaqus FEA منتقل کنند تا تغییر شکل قالب، انتقال هسته، اطمینان از قطعه و خستگی قطعه تعیین شود. پیش از این Moldex3D تنها خواص ناهمگون را منتقل میکرد اما اکنون همه چیز قابل جابجایی است. اگر شما یک قالب در Abaqus داشته باشید و بخواهید چگونگی تاثیر فشار محفظه در قالب را پیشبینی کنید در حال حاضر می توانید تاریخچه فشاری را به برنامه تحلیل ساختاری انتقال دهید و از تاریخچه فشاری برای تخمین تاثیرات استفاده نمایید. Moldex3D در بخش eDesign خود، که یک برنامه مدلسازي جامد ساده برای تایید قالب پذیری سریع قطعات ضخیم یا نازک است، چندین پیشرفت دارد. این نرم افزار بخشی از Moldex3D R9.0 است و برای عملیات ساده تر طراحی شده است. این نرم افزار، هندسه سه بعدی CAD را میگیرد تا نتایج را در چند مرحله آسان تحلیل کند و می تواند جهت بهینه سازی محل قرارگیری گلوئيها، جلوگیری از ضرب ناقص و خطوط جوش، برآورد مدارهای سرمایش و کمینه کردن زمان چرخه تزریق استفاده شود. در حال حاضر شبکه eDesign قالب گیری چندمادهای و شیر گلوئي را برای اولین بار پشتیبانی می کند. یکپارچه سازی با CAD یکی از بزرگترین پیشرفت های Vero، نسخه برنامهریزی شده از نرمافزار شبیه سازی جریان سه بعدی، VISI Flow 16، است. Vero به عنوان یکی از ارائهکنندگان نرمافزار CAD/CAM برای سازندگان قالب و دای، فناوری شبیه سازی 2.5D و 3D شرکت ایتالیایی Plastics & Computer را دریافت کرد. با یکپارچه سازی نرم افزار شبیه سازی با نام جدید VISI Flow مشکلات ترجمه بین CAD، شبیه سازی و نرمافزار ماشینکاری از بین می رود. کاربران محصولات VISI Flow میتوانند از مترجم های مستقیم استفاده کنند تا پوشههای با فرمت متداول CAD یا پوشه های STL را جابجا نمایند. یکی از چندین پیشرفت اخیر VISI Flow 16 تولید بهبود یافته شبکه می باشد که به کاربر امکان تغییرات، بدون نیاز به برگشت به مدل CAD را میدهد. این نرم افزار یکپارچه، محیط های CAD و شبیه سازی جریان را به هم نزدیکتر میکند. کاربران میتوانند تمام تغییرات را دنبال کنند زیرا آنها در محیط یکسانی باقی میمانند. توابع جدید Runner-To-Flow و Cooling-To-Flow به طور خودکار یک طراحی قالب سه بعدی را تحلیل میکنند و شبکهای روی اقطار راهگاه یا کانال های سرمایش تولید میکنند و بدین ترتیب زمان تنظیمات را پایین می آورند. طراحی قالب می تواند در VISI Mold ساخته شود و یا از یک سیستم بیرونی CAD انتقال یافته شود. جنبهای از تولید شبکه VISI Flow با یک الگوریتم جدید توسعه یافته است که یکنواختی المانهای مثلثی را بیشتر کرده و تعداد المانهای مورد نیاز را کاهش می دهد. توانایی جدید در نواحی محلی شبکه مدل، امکان توصیف بهتر جنبه های کوچک را میسر میگرداند. سایر پیشرفتها شامل محاسبه خودکار ضخامت قطعه، یک واسط جدید که مدیریت هر قطعه از سیستم راهگاه را تسهیل می کند و چیدمان سریع تر راهگاه و سیستم سرمایش، به واسطه یکپارچگی کامل با VISI، می باشند. راهگاه داغ و پران پیشرفتهای جدید در زمینه مدلسازي راهگاه داغ و شبیه سازی پران، آخرین توسعه ها در نرم افزار Sigmasoft از Sigma Engineering است. این شرکت بر توسعه نرم افزار در زمینه شبیهسازی حرارتی 3D، به جای پرشدن 3D، متمرکز است و نسخه Sigma 4.6 در پاییز گذشته به بازار آورده است. این نرم افزار نشان میدهد که در پشت جبهه مذاب در حین پرشدن چه رخ می دهد، برای مثال چه توزیع گرمای برشی در سیستم راهگاه از نقطه به نقطه توسعه مییابد و چگونه این امر منجر به ایجاد مسیر جریانی میشود که منجر به پرشدن غیر موازنه ای قالب چند محفظه ای میگردد. جدیدترین نرم افزار شبیه سازی Sigmasoft 4.6 شامل شبیه سازی پران است که بهینه مکان پران و مدلهای تغییر شکل قطعه را در حین پریدن تعیین میکند. شبیه سازی پران، همچنین یک زمینه مورد تمرکز در جدیدترین نسخه Sigmasoft است. این برنامه تعیین می کند که در چه مکان هایی فشار تماسی بین دیوار محفظه و قطعه در حال انجماد توسعه مییابد. همچنین این برنامه، آسودگی تنش را در حالی که قطعه هنوز در قالب است، شبیهسازی میکند. کاربران می توانند تعیین کنند که قطعه کجا و چگونه به قالب خواهد چسبید و با یک توزیع دقیق تنش آسوده شده، ما اکنون میتوانیم یک شبیه سازی قابل اعتماد پران را انجام دهیم. این شبیه سازی جدید همچنین نشان میدهد که آیا سطح قطعه در جایی که مورد اصابت پران قرار می گیرد به اندازه کافی سفت است یا نه. این امر، به جای استفاده از تنها معیار دمایی، این درک را به کاربر میدهد که چه زمانی قطعه به سفتی مورد نیاز دست یافته است. این یک شبیه سازی تماس کامل است که توزیع دمایی و تنشهای داخلی را نشان میدهد. این نرم افزار میتواند چگونگی فشار پران روی قطعه و دلیل تغییر شکل را نشان دهد. Sigma همچنین یک بخش جدید Second Heat Cycle را طراحی کرده است تا محصولاتی مانند لوازم خانگی را مدلسازي کند که مستعد تغییر شکل در حین اعمال حرارت پس از قالبگیری هستند. سازندگان، قطعه را قالبگیری می کنند و سپس آن را در گیرهای قرار میدهند که درون کورهای با چرخه گرمایی سبک تحت آسودگی تنش قرار گیرد. بدین ترتیب از عدم پیچش در قطعه در هنگام استفاده نهایی اطمینان حاصل میشود. نرمافزار الزامات گیره را تعیین میکند، نشان میدهد که تنش در حین چرخه گرمایش چقدر افت می کند و اینکه آیا چرخه طولانیتر یا داغ تری نیاز است. Sigma همچنین بر بهبود اطلاعات مواد برای شبیه سازی صحیح تر جمع شدگی یا تاب برداشتن، با استفاده از نسبت پواسون، تمرکز داشته است. این شرکت دریافته است که می تواند از اطلاعات مدول یانگ و PVT جهت تعیین نسبت پواسون به عنوان تابعی از دما بهره گیرد. با این دیدگاه استفاده از منحنی های سه گانه تنش/ کرنش برای سه دما، یک راه برای اندازه گیری صحیح جمع شدگی/ تاب برداشتن است. Sigma به کار روی شبیه سازی آرایش یافتگی الیاف بلند شیشه ادامه میدهد و بخشی را برای قالب گیری تزریقی پودر طی یک سال آینده ارائه خواهد کرد. این شرکت همچنین برای بهبود بخش قالب گیری میکرو جهت کاهش مقیاس مدل و حصول پیش بینی های سریع اما صحیح برنامه ریزی کرده است.

برگردان: مهندس ابوالفضل کیانی

» ادامه مطلب