جمع شدگی پلیمرها که به آن شرینکیج shrinkage هم گفته می شود در قالب گیری تزریقی امری متداول است. این پدیده می تواند در بسیاری از مواقع مخرب و آسیب رسان باشد و حتی منجر به خسارات مالی شود.. تاثیر منفی شرینکیج shrinkage را زمانی می توان رویت کرد که جمع شدگی بیش از حد استاندارد رخ دهد و منجر به آسیب رسیدن به قطعه اصلی شود تا جایی که نتوان هیچ راهکاری برای اصلاح آن پیدا کرد.. اگر می خواهید بدانید شرینکیج چیست و چه تاثیری در فرآیند تولید پلیمرها دارد در ادامه ما را همراهی کنید.
آشنایی با شرینکیج shrinkage یا جمع شدگی پلیمرها
شرینکیج در لغت به معنای انقباض حجم می باشد. این پدیده در مرحله خنک کاری پلیمرها به هنگام فرآیند شکل دهی رخ می دهد و مقدار آن حدودا ۲۰ درصد حجمی است. رسیدن از دمای فرآیند به دمای محیط منجر به جمع شدن پلیمر می شود. جمع شدن پلیمر در این مرحله ناشی از اختلافی ست که بین چگالی پلیمر در حالت آمورف و حالت کریستالی وجود دارد. در این شرایط مولکول ها آرایش منظم پیدا می کنند و حجم پلیمر کاهش پیدا می کند. این موضوع در مورد پلیمرهای نیمه کریستالی و کریستالی بیش از پلیمرهای آمورف وجود دارد. بدین منظور باید نمودار PVT را بررسی کنید.
پدیده شرینکیج همانطور که گفته شد در قالب گیری تزریقی رخ می دهد. در قالب گیری تزریقی شیوه تولید بدین صورت است که پلیمر در دستگاه ذوب به حالت آمورف تبدیل شده و بعد وارد قالب های از پیش ساخته شده می شود تا شکل آن ها را به خود بگیرد. برای شکل گیری قطعات پلیمری نیاز به خنک کاری وجود دارد. در این بین است که پدیده شرینکیج یا جمع شدگی رخ می دهد.
تاثیر منفی پدیده شرینکیج چیست؟
جمع شدگی پلیمر در طی فرآیند خنکسازی تا زمان تثبیت دمای قطعه و به ثبات رسیدن رطوبت آن ادامه دارد. در برخی پلیمرها اثر شرینکیج بیشتر و در برخی دیگر از پلیمرها این اثر کمتر است. به عنوان مثال در پلیمر POM اثر شرینکیج بیشتر از سایر پلیمرها می باشد. چنانچه این جمع شدگی به صورت ناهمگون رخ دهد، ترک های ریزی روی سطح قطعه پدید خواهد آمد و این موضوع منجر به تخریب قطعه در آینده خواهد شد.
تغییر ابعاد و جمع شدگی پلیمر هم به صورت طولی و هم به صورت عرضی در قطعه رخ می دهد . این پدیده منجر به تنش داخلی درون قطعه پلیمری می شود. این تنش رفتاری مشابه با تنش های بیرونی روی قطعه دارد و اگر قادر به غلبه بر استحکام قطعه شود، بعد از بیرون آمدن قطعه از قالب شاهد شکست آن خواهیم بود. تاب برداشتن قطعه، اعوجاج، ایجاد حفره و ایجاد فرو رفتگی نیز از دیگر ضایعاتی ست که شرینکیج ایجاد می کند. به همین دلیل بسیار مهم است که در زمان طراحی و مهندسی قطعه، مقدار شرینکیج به طور دقیق پیش بینی شود. به ویژه اگر هدف تولید قطعات بسیار حساس و ارزشمند همچون قطعات الکتریکی می باشد.
چگونه می توان به هنگام مهندسی قطعه مقدار شرینکیج را تعیین کرد؟
همانطور که گفته شده قبل از تولید قطعه، در زمان طراحی و مهندسی باید مقدار دقیق شرینکیج پیش بینی شود. این مقدار برای انواع پلیمرها مقادیر مختلف به خود می گیرد. بدین منظور باید از استانداردهای مختلف استفاده کرد. استانداردهای ASTM D955، ISO 294-4 و ISO 2577 از جمله استانداردهای تعیین کننده شرینکیج هستند.
دلیل شرینکیج یا جمع شدگی بیش از حد قطعات پلیمری چیست؟
در برخی مواقع ممکن است قطعات پلیمری دچار شرینکیج بیش از حد شوند. این پدیده همانطور که گفته شد دارای آثار منفی و مخرب زیادی خواهد بود. از جمله دلایلی که می تواند منجر به شرینکیج بیش از حد شود می توان به فشار تزریق کم، استفاده از رنگدانه های معدنی و آلی، مدت زمان کوتاه خنک کاری، نامتقارن بودن شکل هندسی قطعه، قالب گیری پلیمرهای پر نشده، دمای بسیار بالای مذاب پلیمر، سرد شدن غیر یکنواخت قطعه و قالب، افزایش ضخامت قطعه، دمای بالای قالب و کم بودن فشار اشاره کرد.
روش جلوگیری از شرینکیج چیست؟
همانطور که در بالا نیز گفته شد پلیمرهای نیمه کریستالی همچون پلی پروپیلن و پلی اتیلن بیش از پلیمرهای آمورف مانند پلی کربنات و ABS دچار شرینکیج می شوند. دلیل این موضوع آرایش منظم تر مولکول های این پلیمرها به هنگام هم دما شدن با محیط می باشد. با مرتب شدن زنجیره های ماکرومولکولی در این پلیمرها حجم آن ها کاهش بیشتری پیدا می کند. اما چگونه می توان آثار مخرب شرینکیج را کاهش داد؟ حقیقت این است که هر چه سرعت تبلور کمتر باشد احتمال شرینکیج نیز کمتر خواهد شد. از جمله دلایل رخ دادن شرینکیج خنکسازی سریع پلیمر است. بنابراین برای کاهش جمع شدگی در پلیمرها می توان سرعت کریستالیزه شده را کاهش داد.
شرینکیج همانطور که گفته شد به دانسیته و وزن مولکولی پلیمر نیز بستگی دارد. پلیمرهایی که دارای وزن مولکولی زیاد هستند چگالی بیشتری دارند و باید با فشار بیشتری قالب گیری شوند. بنابراین در فرآیند قالب گیری این قطعات پلیمری برای جلوگیری از بروز شرینکیج باید فشار مذاب بیشتری را اعمال کرد. چنانچه ابعاد قالب غیر استاندارد باشد نیز احتمال شرینکیج بیشتر خواهد شد بنابراین در طراحی قالب قطعه های پلیمری باید پارامتر شرینکیج در نظر گرفته شود. بنابراین بعد از خنکسازی ابعاد قطعه و ابعاد قالب با همدیگر جور در خواهند آمد.پ
پیشنهاد شده این مطلبو بخونی>> خشک کردن پلیمرها؛ جنگ با رطوبت‌های مزاحم
اصلاح شرینکیج چگونه ممکن است؟
اگر شرینکیج منجر به فرو رفتگی (Sink Mark) و حفره (Void) در قطعات پلیمری شود می توان آن را به روش Packing اصلاح نمود و یا آثار شرینکیج را تا حد امکان کاهش داد.
نتیجه گیری در مورد شرینکیج shrinkage
شرینکیج یکی از پدیده هایی ست که در طی فرآیند خنکسازی قطعه های پلیمری رخ می دهد. این پدیده اگر کنترل نشود می تواند آثار مخرب زیادی را به بار آورد. به همین دلیل به هنگام طراحی و مهندسی قطعه باید این فاکتور در نظر گرفته شود. به عنوان مثال شرینکیج غیر یکنواخت می تواند قطعه را دچار اعوجاج و تاب برداشتگی کند. بنابراین بسیار مهم است که اقدامات لازم برای جلوگیری از شرینکیج قطعه انجام شود.
مطالب پیشنهادی:
