نکاتی درباره پلاستیک و مواد تشکیل دهنده آن – بخش هفتم
۱-۱۰ فیزیک پلاستیک
۱-۱۰-۱ تنش باقیمانده
تمامی مولفه های پلاستیکی دارای پتانسیل تنش باقیمانده ی معینی می باشند که قابل استناد به نیروهای خارجی نمی باشد اما به دلیل شرایط تولید و خنک سازی وجود دارد. در فرایند اکسترود صفحات، لوله ها و پروفیل ها، جرم مذاب از طریق سنبه فشرده شده که موجب کشیده شدن درشت مولکول می شود. در نتیجه، سرد شده و در یک واحد سایز دهی قرار می گیرد. به دلیل اینکه لوله از بیرون به داخل می شود، دیوارهی لوله در نرخ های دمایی بسیار متفاوتی خنک می شود.
این رفتار خنک شدن در نتیجه اثراتی بر روی ساختار و/یا ضخامت پوسته ی لوله دارد.
در دیواره ی لوله منجربه تنش فشاری باقیمانده در طرف سرد شده ی ابتدایی و در طرف بعدی سرد شده منجر به تنش کششی باقیمانده می شود (شکل ۱-۸).میتوان این تنش ها را به شدت توسط بازپخت کاهش داد (یعنی بازپخت لوله تا دمای معین). گرما دهی ثانویه تنش های باقیمانده ی موجود را کاهش می دهد که اثرات قابل توجه ی بر روی پایداری ابعادی، انقباض، کوچک شدگی و طول عمر لوله دارند. پایداری ابعادی برای لوله ها و مولفه ها بسیار مهم است زیرا تغییری در قطر می تواند اثرات منفی بر سفتی درز اتصالات دارد. معمولاً لوله های PE بازپخت می شوند .
شکل ۱-۸ تنش در دیواره ی لوله.
تنشها معمولاً به طور یکسان همدیگر را خنثی می کنند. اگر اثرات خارجی و داخلی موجب برهم خوردن تعادل تنش ها شوند، مولفه تغییر شکل میدهد.
با این حال، روند خنک کاری تنها عامل تنشهای باقیمانده در مولفهی پلاستیکی نیست. بخش های بعدی انواع دیگر تنش را توصیف می کنند که اثرات باقیمانده بر روی لوله یا اتصالات دارند.
تنش جهت گیری باقیمانده
این تنش به شدت به الگوهای خنک کاری بستگی دارد. سرعتی که در آن جهت گیری در جهت طولی و اریب ثابت می شود (متوقف شدن به صورت عبارت تکنیکی) که برای بیان استحکامی است که با آن اتلاف گرما بر روی هر دو حالت جهت گیری عمل می کند، سطح جهت گیری را بالا یا پایین میبرد که منجربه افزایش یا کاهش تنش ها می شود.
تنش باقیمانده ی پس از فشار
تنش باقیمانده ی پس از فشار عمدتاً در مولفه های قالبگیری تزریقی اتفاق میافتد، اگرچه این کار می تواند توسط فرایندهای اکستروژن نیز اتفاق بیفتد. به عنوان مثال، یک فرایند اکستروژن معمولاً در تولید میله های صلب وارد می شود که باید در معرض پس فشار قرار می گیرد تا از تشکیل حفره ها (سوراخ ها) یا حباب ها (فضاهای خالی) جلوگیری کند. اگر فشار در حین خنک کاری اتصالات بسیار زیاد باشد، فشار باقیمانده در اتصال باقی می ماند که می تواند منجربه تغییر شکل آن شود.
تنش باقیمانده ی کریستالی شدن
این تنش در فاز کریستالی شدن ترموپلاستیک های شبه کریستالی اتفاق میافتد. کریستالیت هایی که در هنگام خنک شدن جرم مذاب شکل میگیرند در معرض انقباض (تغییر حجم) قرار میگیرند. سردسازی که به صورت نامساوی اتفاق می افتد و منجربه فرایند کریستالی شدن لحظه ای بی قاعده می شود که می تواند کرنش های ساختاری را ایجاد کند.
کاهش تنش
یک روش اصلاحی برای کاهش تنش های متوقف (تنش های باقیمانده)، بازپخت لوله است. در کنار کاهش تنش باقیمانده، بازپخت می تواند یک روند کریستالی شدن ثانویه را (در پلاستیک های شبه کریستالی) آغاز کند که می تواند اثر مثبتی بر روی خواص پلاستیک داشته باشد.
بازپخت یک کنترل دمای ویژه یا عملیات حرارتی است که پارامترهای آن به پلاستیک مربوطه بستگی دارد. در حین بازپخت باید توجه شود که حرارت به اندازه ی کافی برای تولید نیروهای ساکن و ایجاد تغییر شکل بزرگ باشد. به عنوان یک قانون، پارامترها به ضخامت اتصالات بازپخت شده و سطح پروفیل تنش بستگی دارند. بسیار مهم است که محصولات پس از ذخیره به آرامی خنک شوند تا از ایجاد تنشها در نتیجه ی تفاوت های دمای موضعی جلوگیری شود.
۱-۱۰-۲ تنشهای خمشی، حرارتی، کششی و فشاری
این نوع از تنش ها با جزئیات در فصل ۶ بررسی میشوند زیرا معیارهای مهمی را در برنام هریزی و ایجاد سیستم های لوله ارائه می دهند. این تنش ها المان های اصلی ساختن و تولید منابع ساختمانی پلاستیکی می باشند.
۱-۱۰-۳ جهت گیری
جهت گیری، آرایش درشت مولکول ها را در مولفه ی پلاستیکی نشان می دهد.
ابتدا درشت مولکول های پلاستیکی در حالت نامرتب می باشند (توپ گره خورده). فرایندهای فرآوری (مانند اکستروژن یا قالب گیری تزریقی) درشت مولکول ها را از سنبه ها، قالب ها، واحدهای خارج ساز، فرایندهای خنک کاری و … فشار می دهند و آن ها را در یک جهت معین مرتب می سازند. آنها می توانند هم به صورت طولی (در مورد اکستروژن در جهتی که اتصالات خارج شده اند) و یا اریب نسبت به خط مرکز مرتب شوند. طبیعت و هم ترازی جهت گیری ها اثرات بسیار بزرگی بر روی خواص مکانیکی و ثبات محصول دارند. جهت گیری ها از نیروهای برشی و انبساطی ناشی می شوند.
نیروهای برشی هم در قالب گیری تزریقی و هم در فرایندهای اکستروژن ایجاد می شوند.این نیروها توسط کرنش برشی لایه های مجاور ماده ی مجاور که با سرعت های مختلف جریان دارند ایجاد می شوند به عنوان مثال هنگامی که مادهی مذاب به دیواره ی قالب چسبیده است. نیروهای انبساطی توسط جریان مادهی مذاب از طریق انقباض ها یا کانال های جریان مانند نازل ها ایجاد می شوند. در محصولات نیمه تمام اکسترود شده (مثل صفحات، لوله ها، پروفیل ها)، جهت گیری ترجیحی نسبت به جهت اکستروژن طولی بوده و در جهت اریب کمتر بهینه است. در مقابل محصولات نیمه تمام فشرده که هیچ جهتگیری متمایزی در نتیجه وجود ندارد، خواص محصولات نیمه تمام اکسترود شده ناهمسان گرد می باشند که به معنای وابستگی بسیار زیاد به جهت گیری است. خواص مکانیکی مانند استحکام، مقاومت در برابر ضربه و استحکام ضربه در محصولات نیمه تمام ناهمسان گرد جهت گرفته در جهت اکستروژن بهتر بوده و در مورد جهت اریب مانند محصولات نیمه تمام ایزوتروپیک ضعیف تر می باشند. به دلیل اینکه الاستیسیته ی حرارتی تنها در دماهای بالای یخ زدن (یا دمای ذوب کریستالیت) به کار می روند، اصلاح جهت گیری با استفاده از بازپخت امکان پذیر نمی باشد.
منبع : اینترنت
برگردان : ایران ملد
