پلیمر ها و روش های شکل دهی(دنیای پلاستیک ها و پلیمر ها)

دنیای پلاستیک ها و پلیمر ها

دنیای پلاستیک ها و پلیمر ها در اثناي جنگ جهاني دوم موادي مثل نايلون پلي اتیلن، اکريليک موسوم به پرسپکس به دنيا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتي ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه‌هاي پليمر

اولين قدم در زمينه صنعت پلاستيک توسط فردي به نام واسپاهيات انجام گرفت وي در تلاش بود ماده‌اي را به جاي عاج فيل تهيه کند. وي توانست فرآيند توليد نيترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پليمرهاي‌هادي به بازار عرضه شدند که کاربرد بسياري در صنعت رايانه دارند زيرا مدارها و ICهاي رايانه‌ها از اين مواد تهيه مي‌شوند. و در سالهاي اخير مواد هوشمند پليمري جايگاه تازه‌اي براي خود سنسورها پيدا کردند. پليمرها را مي‌توان از 7 ديدگاه مختلف طبقه بندي نمود. صنايع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتي ، واکنش‌هاي پليمريزاسيون ، ساختمان مولکولي و ساختمان کريستالي.

از نظر صنايع مادر پليمرها به چهار گروه صنايع لاستيک ، پلاستيک ، الياف ، پوششي و چسب تقسيم بندي مي‌شوند. اينها صنايع مادر در پليمرها مي‌باشند اما صنايع وابسته به پليمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکي در اعضاي مصنوعي ، دندان مصنوعي ، پرکننده‌ها ، اورتوپدي از پليمرها به وفور استفاده مي‌شود. پليمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلي تقسيم بندي مي‌شوند که عبارتند از پليمرهاي طبيعي ، طبيعي اصلاح شده و مصنوعي.

رزين

منابع طبيعي رزينها ، حيوانات ، گياهان و مواد معدني مي‌باشد. اين پليمرها به سادگي شکل پذير بوده ليکن دوام کمي دارند. رايج عبارتند از روزين ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، ليگنپين ، لاک شيشه‌اي مي‌باشند. رزين‌هاي طبيعي اصلاح شده شامل سلولز و پروتئين مي‌باشد سلولز قسمت اصلي گياهان بوده و به عنوان ماده اوليه قابل دسترسي براي توليد پلاستيکها مي‌باشد کازئين ساخته شده از شير سرشير گرفته ، تنها پلاستيک مشتق شده از پروتئين است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.

پليمر مصنوعي

پليمرهاي مصنوعي را مي‌توان از طريق واکنشهاي پليمريزاسيون بدست آورد. از مواد پليمري مي‌توان در تهيه پلاستيکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عايق ، مواد پزشکي بهره جست. پلاستيکها به توليد طرحهاي جديد در اتومبيلها ، کاميونها ، اتوبوسها ، وسايل نقليه سريع ، هاورکرافت ، قايقها ، ترنها ، آلات موسيقي ، وسايل خانه ، يراق آلات ساختماني و ساير کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسي کاربرد چندين پليمر مي‌پردازيم:

پليمرهاي بلوري مايع (LCP)

اين پليمرها بتازگي در بين مواد پلاستيکي ظهور کرده است. اين مواد از استحکام ابعادي بسيار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شيميايي توام با خاصيت سهولت شکل پذيري برخوردار هستند. از اين پليمرها مي‌توان به پلي اتیلن با چگالي کم قابل مصرف در ساخت عايق الکتريکي ، وسايل خانگي ، لوله و بطريهاي يکبار مصرف ، پلي اتیلنبا چگالي بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطري ، انواع مخازن و لوله براي نگهداري و انتقال سيالات ، پلي اتیلن شبکهاي ، پلي پروپيلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزاي سواري ، اسکلت صندلي ، اتاقک تلويزيون و... اشاره نمود.

پليمرهاي زيست تخريب پذير

اين پليمرها در طي سه دهه اخير در تحقيقات بنيادي و صنايع شيميايي و دارويي بسيار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زيست تخريب پذيري به معناي تجزيه شدن پليمر در دماي بالا طي دوره مشخص مي‌باشد که بيشتر پلي استرهاي آليفاتيک استفاده مي‌شود. از اين پليمرها در سيستم‌هاي آزاد سازي دارويي با رهايش کنترل شده يا در اتصالات ، مانند نخ‌هاي جراحي و ترميم شکستگي استخوانها و کپسولهاي کاشتي استفاده مي‌شود.

پلي استايرن

اين پليمر به صورت گسترده‌اي در ساخت پلاتيکها و رزينهايي مانند عايقها و قايقهاي فايبر گلاس در توليد لاستيک ، مواد حد واسط رزينهاي تعويض يوني و در توليد کوپليمرهايي مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات توليدي از استايرن در بسته بندي ، عايق الکتريکي - حرارتي ، لوله‌ها ، قطعات اتومبيل ، فنجان و ديگر موادي که در ارتباط با مواد غذايي مي‌باشند ، استفاده مي‌شود.
لاستيکهاي سيليکون

مخلوط بسيار کاني- آلي هستند که از پليمريزاسيون انواع سيلابها و سيلوکسانها بدست مي‌آيند. با اينکه گرانند ولي مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از اين لاستيکها در مصارف بالا منجر شده است. اين ترکيبات اشتغال پذيري نسبتا پايين ، گرانروي کم در درصد بالاي رزين ، عدم سميت ، خواص بالاي دي الکتريک ، حل ناپذيري در آب و الکلها و ... دارند به دليل همين خواص ترکيبات سيليکون به عنوان سيال هيدروليک و انتقال گرما ، روان کننده و گريس ، دزدگير براي مصارف برقي ، رزينهاي لايه کاري و پوشش و لعاب مقاوم در دماي بالا و الکلها و مواد صيقل کاري قابل استفاده‌اند. بيشترين مصرف اينها در صنايع هوا فضاست.

لاستيک اورتان

اين پليمرها از واکنش برخي پلي گليکولها با دي ايزوسياناتهاي آلي بدست مي‌آيند. مصرف اصلي اين نوع پليمرها توليد اسفنج انعطاف پذير و الياف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عايق - نوسانگير و ... بکار مي‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلي يوره تان به دليل توان بالاي نگهداري اين نوع نخ زمينه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.

استفاده از فناوري نانو براي ديرسوزكردن پليمرها

يكي از كاربردهاي مهم فناوري نانو بهبود خواص مواد پليمري از نظر آتش‌گيري و بالابردن مقاومت اين مواد در برابر آتش است. اين مواد عموماً در دماهاي بالا ايمن نيستند؛ اما با استفاده از فناوري نانو امكان ديرسوز نمودن آنها وجود دارد. در اين مطلب، نظرات مهندس صحرائيان،‌ عضو هيأت علمي پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران، در زمينة استفاده از فناوري نانو در اين زمينه آورده شده است:

نانوكامپوزيت‌هاي ديرسوز

با توجه به اين كه امروزه حجم وسيعي از كالاهاي مصرفي هر جامعه‌اي را پليمرهايي تشكيل مي‌دهند كه به‌راحتي مي‌سوزند يا گاهي در مقابل شعله فاجعه مي‌آفرينند، لزوم تحقيق در خصوص مواد ديرسوز احساس مي‌شود. بر همين اساس، در كشورهاي صنعتي، تلاش گسترده‌اي براي ساخت موادي با ايمني بيشتر در برابر شعله آغاز شده است و در اين زمينه نتايج مطلوبي هم به دست آمده است.

بر همين اساس و با توجه به تدوين استانداردهاي جديد ايمني، به نظر مي‌رسد استانداردهاي ساخت مربوط به پليمرهاي مورد استفاده در خودروسازي، صنايع الكترونيك،‌ صنايع نظامي و تجهيزات حفاظتي و حتي لوازم خانگي، در حال تغيير به سوي مواد ديرسوز است.

از طرف ديگر مدتي است كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس به عنوان موادي با خواص مناسب مثل تأخير در شعله¬وري، توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده است. بنابراين به¬نظر مي‌رسد كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس مي‌توانند جايگزين مناسبي براي مواد پليمري معمولي باشند؛

براي تهيه پليمرهاي ديرسوز، علاوه بر رفتار آتش‌گيري، عوامل زيادي بايد مورد توجه واقع شوند؛ از جمله اينكه:

از افزودني‌هايي استفاده شود كه قيمت تمام¬شده محصول را خيلي افزايش ندهد. (مواد افزودني بايد ارزان قيمت باشند.)

مواد افزودني به پليمرها بايد به آساني با پليمر فرآيند شود.

مواد افزوده‌شده به پليمر نبايد در خواص كاربردي پليمر تغيير قابل ملاحظه ايجاد كند.

زباله‌هاي اين مواد نبايد مشكلات زيست¬محيطي ايجاد كند.

با توجه به اين موارد، خاك¬رس از جمله بهترين مواد افزودني به پليمرها محسوب مي‌شود كه مي‌تواند آتش‌گيري آنها را به تأخير بيندازد و سبب ايمني بيشتر وسايل و لوازم ‌شود. مزيت ديگر خاك‌ رس فراواني آن است كه استفاده از اين منبع خدادادي را آسان مي‌كند.

ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس

خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر-نايلون6 كه از نظر حجمي فقط حاوي پنج درصد سيليكات است، بهبود فوق‌العاده¬اي را نسبت به نايلون خالص از خود نشان مي‌دهد. مقاومت كششي اين نانوكامپوزيت 40 درصد بيشتر، مدول كششي آن 68 درصد بيشتر، انعطاف‌پذيري آن 60 درصد بيشتر و مدول انعطاف آن 126 درصد بيشتر از پليمر اصلي است. دماي تغيير شكل گرمايي آن نيز از 65 درجه سانتي¬گراد به 152 درجه سانتي¬گراد افزايش يافته است. در حاليكه در برابر همة اين تغييرات مناسب، فقط 10درصد از مقاومت ضربه آن كاسته شده است.

نتايج تحقيقات حاكي از آن است كه ميزان آتشگيري در اين نانو كامپوزيت پليمري حدود 70 درصد نسبت به پليمر خالص كاهش نشان مي¬دهد و اين در حالي است كه اغلب خواص كاربردي پليمر نيز تقويت مي¬شود. البته كاهش در ميزان آتشگيري پليمرها از قديم مورد بررسي بوده است. بشر با تركيب مواد افزودني به پليمر ميزان آتشگيري آنرا كاهش داد ولي متاسفانه خواص كاربردي پليمر هم متناسب با آن كاهش مي¬يافته است. در واقع كاهش در آتشگيري همزمان با بهبود خواص كاربري پليمرها ويژگي منحصر به فرد فناوري نانو است، خصوصاً اينكه تنها با افزودن 6 درصد ماده افزودني به پليمر تا 70 درصد آتشگيري آن كاهش مي¬يابد.

برخي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك¬رس پايداري حرارتي بيشتري از خود نشان مي‌دهند كه اهميت ويژه‌اي براي بهبود مقاومت در برابر آتش¬گيري دارد. اين مواد همچنين نفوذپذيري كمتري در برابر گاز و مقاومت بيشتري در برابر حلال ‌ها از خود نشان مي‌دهند.

استانداردسازي؛ ابزار قدرت در دست كشورهاي پيشروي صنعتي

تطابق با استانداردهاي جديد موضوعي است كه همواره كشورهاي پيشرو بر كشورهاي پيرو ديكته كرده‌اند. در كشورهاي پيشرو صنعتي،‌ استانداردها همواره رو به بهبود است. در اين كشورها براساس جديدترين نتايج تحقيقات و مطالعات متخصصان، هر چند وقت يكبار، استانداردها دستخوش تغيير مي‌شوند و ديگر كشورها ناچار خواهند بود در مراودات تجاري خود با آنها اين استانداردها را رعايت كنند و به اين ترتيب، مجبور مي‌شوند كه نتايج تحقيقات آنها را خريداري كنند. مطلب زير مثالي از اين موارد است:

چندي پيش در جرايد اعلام شد كه بنا بر تصميم جديد اتحاديه اروپا، هواپيماهايي كه مجهز به سيستم جديد ناوبري (مطابق با استاندارد جديد پرواز) نباشند، اجازه پرواز بر فراز آسمان اروپا را ندارند. در آن زمان در كشور ما فقط تعداد معدودي از هواپيماهاي مجهز به اين سيستم وجود داشت. اخيراً هم اتحاديه مزبور اعلام كرده است كه ورود كاميون‌هاي فاقد استاندارد زيست¬محيطي به خاك اروپا ممنوع است. در پي اين اعلام، خودروسازان ايراني به ناچار استانداردهاي خود را با شرايط جديد تطبيق دادند.

نكتة پاياني؛ نتيجه¬گيري

هر چند ممكن است استفاده از برخي فناوري¬ها در كشور ما در حال حاضر موضوعيت نداشته و يا اينكه مقرون به صرفه نباشد. ولي اگر جهت¬گيري تحقيقات و پژوهش¬ها در جهان را مد نظر قرار دهيم متوجه مي¬شويم كه در آينده نزديك ناگزير به استفاده از اين فناوري¬ها خواهيم بود. بنابراين لازم است از فرصت¬هاي موجود براي ايجاد اين توانمندي¬ها بهره بگيريم تا در زمان مناسب از اين پتانسيل¬ها استفاده كنيم.

به¬عبارت ديگر لازم است مراكز پژوهشي و تحقيقاتي همواره لااقل يك نسل از صنعت جلوتر باشند. در اين صورت ضمن امكان هدايت بخش صنعت به سمت و سوي معين، پاسخ به مشكلات صنعت نيز همواره قابل پيش¬بيني بوده و در اين مراكز در دسترس خواهد بود.

بهبود لومينسانس پليمرها با استفاده از نانولوله‌هاي كربني چندديواره:

ابزارهاي قابل فراوري محلول مبتني بر ترکيبات آلي براي متحول کردن صنعت روشنايي و فتوولتائيک بسيار نويدبخش مي‌باشند. نه تنها هزينه، بلکه مسائل مربوط به پايداري و هزينه چرخه عمر باعث مي‌شود تا حرکت از سمت ترکيبات معدنيبه سوي ترکيبات آلي سريع‌تر صورت گيرد. با اين حال، کارايي و طول عمر ابزارهاي آلي موجود براي بسياري از کاربردها کافي نمي‌باشند.

يکي از روش‌هاي بررسي شده براي افزايش طول عمر اين ابزارها استفاده از نانولوله‌هاي کربني در پليمرها جهت ايجاد يک کامپوزيت مي‌باشد. اين کامپوزيت‌هاي هيبريدي «مواد معدني درون مواد آلي» عملکردها و ابعاد جديدي به فيلم‌هاي پليمري معمول مي‌افزايند.

با اين حال معمولاً اضافه کردن نانولوله‌هاي کربني با هزينه‌هايي همراه است. مثلاً در مواد نورافشان، حضور نانولوله‌هاي کربني موجب کاهش نشر نور از کامپوزيت مي‌شود؛ اين امر به دليل کاهش فعاليت حاملان بار در نانولوله‌هاي کربني است که عموماً براي نانولوله‌هاي کربني چندديواره طبيعت فلزي دارند. اين کاهش فعاليت موجب کاهش بهره نشر نور از اين ابزارها مي‌شود.

محققان موسسه فناوري پيشرفته در دانشگاه سوري با همکاري محققان چيني و آمريکايي نشان داده‌اند که اين اثرکاهندگي يک مشکل غيرقابل اجتناب نيست. در حقيقت آنها ثابت کرده‌اند که با افزودن نانولوله‌هاي کربني چندديواره به يک پليمر نايلوني، نشر نور توسط آن صد برابر افزايش مي‌يابد.

اين افزايش نشر نور زماني اتفاق افتاد که نانولوله‌هاي کربني را قبل از مخلوط نمودن با پليمر در معرض اسيد قرار دادند. آنان پيشنهاد مي‌کنند که اين افزايش فعاليت به دليل مکنيسم جديد انتقال بار از سطح آسيب‌ديده نانولوله به به محل‌هاي نشر در پليمر مي‌باشد. علاوه بر اين، مطالعات آنها نشان مي‌دهد که نانولوله‌هاي کربني چندديواره موجب افزايش پايداري پليمر در برابر تجزيه ناشي از نور مي‌شود.

دکتر سيمون هنلي يکي از محققان اصلي اين پژوهش توضيح مي‌دهد: «اين مطالعات نشان مي‌دهد که نانولوله‌هاي کربني قابليت بسيار بالايي براي استفاده در ابزارهاي اپتوالکترونيک آينده دارند و امکان استفاده از اين ترکيبات را به عنوان جاذب‌هاي نور در پيل‌هاي خورشيدي همراه با افزايش استحکام آنها، تقويت مي‌کند».

پروفسور راوي سيلوا مدير موسسه فناوري پيشرفته مي‌گويد: «اين حقيقت محض که حال ما مي‌توانيم يک کامپوزيت هيبريدي آلي-نانولوله قابل پيش‌بيني با ويژگي‌هاي بهبوديافته داشته باشيم، راه را براي کاربردهاي بسياري هموار مي‌کند. بهبود خواص لومينسانس نشانه‌اي از نسل جديدي از ابزارهاي آلي است که قابليت رسيدن به بازار و توليد انبوه را دارا مي‌باشند. ما از اين نتايج اوليه بسيار هيجان‌زده هستيم».

پليمر آنتي باكتريال

يكي از گسترده ترين كاربردهاي كامپوزيت نانوسيد، استفاده از آن براي ايجاد انواع پليمر آنتي باكتريال مي باشد. پليمرهايي كه آنتي باكتريال ضد قارچ و ضد ويروس هستند و هيچگونه ضرري براي محيط زيست ندارند و براي تركيب كامپوزيت نانوسيد با انواع پليمر مانندABS ، PET ، PP ، PE و ... بهترين راه بكارگيري مستربچ مناسب با پليمر مي باشد كه به ميزان 20-10رصد با كامپوزيت نانوسيد اختلاط ميشود . اين امر براي بكار گيري مستربچ به همراه گرانولهاي خام در دستگاههاي اكسترودر يا تزريق براي رسيدن به يك اختلاط كاملا يكنواخت در درصدهاي اختلاط 5/0-1/0 ميباشد. پليمرهاي ميكس شده داراي كاربردهاي مختلف صنعتي و خانگي و بيمارستاني مي باشند. از جمله بدنه داخلي يخچال ، انواع **********هاي آب و هوا ، ظروف پلاستيكي و ...

كاربرد نانوسيد
روش اختلاط كامپوزيت نانوسيلور با انواع پليمر

بهترين روش ايجاد مستربچ و استفاده از آن در دستگاههاي اكسترودر مي باشد. براي ايجاد مستربچ مي توان از خود دستگاههاي اكسترودري كه داراي گرانول ساز هستند استفاده نمود در غير اينصورت بايستي سفارش ساخت مستر بچ به مراكز مربوطه داده شود.

نكته 1: اگر شرايط استفاده از اكسترودر دو مار پيچه وجود داشته باشد نيازي به ساخت مستر بچ نيست و مرحلهMix بصورت Continous ضمن ساخت محصول انجام مي گيرد. همچنين اگر اكسترودر يك مار پيچه باشد و نسبت طول به قطر آن بيشتر از 40 باشد نيز مي توان Mix را بدون مستربچ انجام داد.

نكته 2 : در سيستمهاي تزريقي نيز با ايجاد گرانولها قبل از استفاده به صورت مستر بچ مي توان مواد نانو سيد را با پليمر Mix كرد و اگر اين شرايط وجود نداشته باشد بايد سيستم Mix به همراه تزريق چند بار تكرار شود.
__________________
روش های تولید ماشینی کاپوزیت ها

روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :

1- روش های تولید ساده لایه چینی دستی و پاششی که شامل روش های تولید با قالب باز هستند . تیراژ دراین نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .

2- روش های تولید خاص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می گیرند .

3- روش تولید قطعات صنعتی SMC ، BMC ، RTM ، GMT ، LFT و ... که روش های LFT و GMT مربوط به گرمانرم ها و روش های RTM ، BMC و SMC مربوط به گرما سخت ها هستند .

بازار تولید قطعات صنعتی در اروپا در سال 1999 معادل 352 هزارتن بوده که سهم هریک از این روش ها به صورت زیر است :

SMC : 190 هزارتن معادل 54 درصد

BMC : 90 هزارتن معادل 6/25 درصد

LFT و GMT : 42 هزارتن معادل 9/11 درصد

RTM : 30 هزارتن معادل 5/8 درصد

1- روش تولید SMC

Sheet Moulding Compoundیا SMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه بین 60- 20 درصد است که معمولا ً از پنج ماده اصلی زیر تشکیل شده است :

- رزین پلی استر غیر اشباع ویژه SMC که دارای یک پیک گرمازا بین 290-220 درجه سانتی گراد است .

- افزودنی LS , LP

- الیاف شیشه معمولا ً از نوع رووینگ

- پر کننده کربنات کلسیم ، کائولن و هیدروکسید آلومینیوم

فرآیند تولید قطعه SMC شامل سه مرحله است :

تهیه ورق یا لایه SMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه ورق SMC به این شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن و با دور بالا مخلوط می شوند . پس از آن که خمیر حاصله به گرانروی مناسب رسید ، غلیظ کننده Thickener به آن اضافه می شود . خمیر حاصل به وسیله پمپ ، به دستگاه تولید ورق SMC منتقل و بر روی دو لایه فیلم پلی اتیلنی ، به عنوان فیلم حامل Carrier ، ریخته می شود . میزان خمیر به وسیله دو تیغه قابل تنظیم است . سپس الیاف شیشه به طول 25 میلی متر 50-12 میلی متر بریده شده و به صورت منظم بر روی خمیر ریخته می شود . لایه حاصل همراه با فیلم دیگر که فقط شامل خمیر است و فاقد الیاف است تشکیل یک لایه را می دهند . پس از عبور از یک سری غلتک ، الیاف به صورت کامل با خمیر آغشته می شود ، سپس ورق بسته بندی می شود . پس از حدود سه الی پنج روز محصول آماده عملیات قالب گیری است . لایه های SMC برش خورده ، درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته شده و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت قطعه درون قالب محصول تولید می شود .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed دردو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن به وسیله الکتریسیته یا روغن .

مزایای این روش ، تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول ، قیمت پایین محصول تمام شده و مشخصات مکانیکی یکنواخت با تلرانس 6 درصد بوده و معایب آن ، نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها است . روش SMC به طور گسترده ای در صنایع الکتریکی به کار می رود . میزان مصرف اروپا در سال 1999 معادل 82 هزار تن تابلوهای برق ، قطعات الکتریکی ، محفظه چراغ بزرگراه و اتوبان بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع الکتریکی ، نارسانایی الکتریکی ، پایداری در حرارت بالا ، عدم نیاز به رنگ آمیزی ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی ، مقاومت مکانیکی زیاد ، مقاومت شیمیایی ، پایداری ابعادی ، قابلیت بازیافت و آزادی عمل در طراحی است .

این روش در صنعت حمل و نقل نیز کاربردهای فراوانی دارد . میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 67 هزار تن شامل بدنه خودرو ، قطعات با استحکام زیاد ، بدنه قطارهای سریع السیر ، قطعات کامیون و اتوبوس بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع حمل و نقل وزن کم محصول ، پایداری ابعادی ، آزادی عمل در طراحی ، توانایی تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه کم سرمایه گذاری نسبت به تولید قطعه فلزی ، سرعت عمل در مونتاژ ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی و تولید قطعه با ضخامت های متغیر است .

روش SMC در صنعت ساختمان نیز به کار گرفته شده است . به طوری که میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 41 هزارتن شامل ساخت پانل های ساختمانی ، حمام آماده ، صندلی ، میز و سایر موارد بوده است .

2- روش تولید BMC

Bulk Moulding Compound یا BMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه است که طول الیاف در آن 6 میلی متر 12-4 میلی متر و میزان الیاف در خمیر بین ده تا حداکثر بیست درصد است . فرآیند تولید قطعه BMC شامل سه مرحله است . تهیه خمیر BMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه خمیر BMC بدین شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن با دور بالا مخلوط و پس از این که خمیر به دست آمده به گرانروی مناسب رسید به مخلوط کن دیگری از نوع دو باز و با تیغه Z پمپ می شود . سپس به آن غلیظ کننده Thickener و الیاف شیشه به طول 6-4 میلی متر اضافه و مخلوط می شوند . خمیر حاصل درون فیلم پلی اتیلنی بسته بندی می شود و پس از حدود سه الی پنج روز ، محصول آماده عملیات قالب گیری است . تکه های BMC آماده درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت درون قالب ، قطعه تولید می شود .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن بوسیله الکتریسیته یا روغن .

مزایای این روش عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول و بهای کم محصول تمام شده و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد در عملیات پیچیده بازیافت نسبت به گرمانرم ها است .

3- روش تولید GMT

Glass Mat reinforced Thermoplastic یا GMT ترکیبی از خانواده گرمانرم های معمولا ً پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه اند که در آن الیاف شیشه به صورت مت یا تک جهته استفاده می شود . فرآیند تولید قطعه GMT شامل چهار مرحله است : تهیه الیاف مت مخصوص GMT ، تهیه ورق GMT ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . در این روش یک blank GMT گرمانرم PP درون کوره قرار داده شده و جهت آماده سازی عملیات قالب گیری گرم می شود . سپس با قرار دادن آن درون قالب و بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله ، قطعه تولید می شود .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 500-200 ، مرحله دوم mm/s 20-10 و قابلیت اعمال فشار دریک مرحله ، قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت و کوره از نوع هوای گرم یا مادون قرمز .

مزایای روش GMT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت، تنوع در محصولات ، قیمت متوسط محصول و امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

4- روش تولید LFT

روش های مختلفی وجود دارد که اساس همگی آنها ترکیب زمینه پلی پروپیلن یا انواع دیگر گرمانرم ها با الیاف شیشه بلند درون اکسترو در طی دو مرحله و سپس آماده سازی آن و قرار دادن ورق آماده درون پرس ، بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله است .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : اکسترودر ، پرس هیدرولیک و قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت .

مزایای روش LFT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت کم محصول ، امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

5- روش تولید RTM

تزریق رزین به داخل یک قالب بسته معمولا ً قالب کامپوزیتی که الیاف شیشه ویژه این روش قبلا ً درون آن قرار گرفته است .

تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از : قالب بسته معمولا ً از جنس کامپوزیت ، دستگاه تزریق رزین ، دستگاه خلأ ، بالابر و لوازم مناسب برش و یا شکل دهی الیاف .

از مزایای روش RTM می توان به ساخت قطعات با ابعاد بزرگ ، نیاز به سرمایه گذاری اولیه کم قالب و تجهیزات ، قابلیت تولید قطعه با کیفیت سطحی A و مشخصات مکانیکی مناسب و از معایب آن به عدم قابلیت تولید قطعات پیچیده ، قیمت تمام شده متوسط جهت محصول ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها اشاره کرد .
قالب گیری فشاری

قالب گيري فشاري ،يكي از قديمي ترين فرآيندهاي قالب گيري شناخته شده است. در اين قالبها ماده پلاستيكي در محفظه قالب قرار گرفته وبا حرارت و فشار شكل مي گيرد. در اين قالبها ،معمولا از تركيبات گرما سخت(ترموست)،بصورت عمده واستفاده ميشودولي از محصولات گرما نرم (ترمو پلاستيك)در برخي موارد وبه ندرت استفاده ميشود. موادي كه بعنوان شارژ اينگونه قالبها بكار مي رود،داراي اشكالي بصورت پودر ،ساچمه اي ،لايه اي وپيش فرم ميباشد.

قالبهاي فشاري عمدتا داراي يك عيب ميباشند بطوريكه ،در اثر فشار زياد موجود در داخل قالب پين هاي ضعيف وديوارهاي نازك دفرمه ميشوند ، بنابراين طراحان اين گونه قالبها به منظور كم رنگ كردن اين عيب ،از فرايند قالب گيري انتقالي كمك گرفته اند . سال 1909توسط آقاي لئو بكلند ،جهت توليد پوسته راديو پيدايش يافت.
فرايند قالب گيري انتقالي، در زمان جنگ جهاني دوم شناخته شد بطوريكه در ابتدا كاربرد عمده اي در صنايع نظامي داشت.

مراحل كلي فرآيند قالب گيري فشاري

در صورت لزوم قالب را تمييز و مواد آزاد كننده را داخل قالب مي ريزيم.

قالب را شارژ مي كنيم.

قالب توسط پرس بسته ميشود.

قبل از ايتكه قالب بطور كامل بسته شود ،قالب را كمي بازكرده تا گازهاي محبوس از قالب خارج شود(تنفس قالب).

حرارت وفشار را اعمال كرده تا عمل قالبگيري تثبيت شود(در كاربرد فشار قبل از بسته شدن كامل قالب بايد اندكي درنگ شود بطوريكه گازها بتوانند از محفظه قالب خا رج شوند).

قالب را باز نموده و قطعه داغ را در فيكسچر خنك كننده قرار ميدهيم.

معرفي روشهاي قالب گيري

قالبگيري فشاري قالبگري انتقالي

قالبگيري تحت فشار پيستون

قالبگيري بصورت ريخته گي

قالبگيري پرسي

لازم به ذكر است كه دو روش اول بصورت عمده براي توليد قطعات پلاستيكي اعم از مواد ترمو پلاستيكي وترمو ستي ميباشد.

شرح فرآيند قالبگري فشاري

در ابتدا قالب توسط شا بلن بار ريز كه روي دستگاه پرس قرار دارد ،شارژ شده و قالب شروع به بسته شدن ميكند ،بطوريكه سنبه قسمت روئي قطعه را فرم داده و قسمت زيرين قطعه تا سطح جدايش قالب در داخل محفظه پائيني فرم ميگيرد.

در اين قالبها دمائي در حدود 130تا200 درجه سانتي گراد توسط دو المنت گرم كننده حاصل ميشود ، ولي عمدتا دماي نيمه فوقاني قالب كمتر از نيمه تحتاني ميباشد بطوري كه معمولا قسمت فوقاني تا دماي 145درجه سانتي گراد گرم شده و قسمت تحتاني تا دماي 155درجه سانتي گراد گرم ميشود. فشار لازم در حدود 100تا500تن مي باشد ،البته اين فشار با توجه به سطح تماس قطعه با قالب تعيين مي شود.

شرح فرايند قالبگيري انتقالي

همانطور كه در قسمت چكيده به آن اشاره شد ، اين فرايند قالبگيري به منظور بر طرف كردن عيب قالبگيري فشاري از اين روش قالبگيري استفاده ميشود.

در واقع عملكرد اين روش قالبگيري به اين صورت است كه ابتدا مواد شارژ فالب بصورت سرد يا نيمه گرم داخل كانال بار ريز وارد و توسط يك سنبه فشار دهنده مواد از طريق روزنه هايي در سيستم ر اهگاهي ،به حفرهاي اصلي قالب هدايت مي شود.

قالبهايي كه با اين روش طراحي مي شوند غالبا چند حفره اي ميباشند،به خاطر اينكه از نظرهزينه مقرون بصرفه شوند.

انواع روشهاي قالبگيري فشاري از نظر ساختمان قالب

قالب فلاش دار (قي) flash die

قالب سنبه اي كفي يا پله اي flat die

قالب مثبت positive die

قالب نيمه مثبت semi positive die

لازم به به توضيح است كه اين قالبها بر مبناي اجازه ي ورود مواد به كانال فلاش دسته بندي شده اند كه در اسلايدهاي بعدي توضيح اضافي داده ميشود .

قالبهاي فلاش دار

در اين قالب در اثر فشار حاصل از طرف پرس ،به مواد اضافي اجازه داده ميشود كه به راحتي به كانال فلاش راه پيدا كند . در اين روش قالبگيري ، فلاش معمولا به صورت افقي است .

در اين روش قلبگيري لازم است، علاوه بر هزينه طراحي و ساخت،هزينه اي براي سنگ زدن پليسه حاصل شده در اطراف قطعه در نظر بگيريم .

در واقع يكي از معايب اينگونه قالبها ،همين هزينه اضافي مي باشد.

مزيت اين گونه قالبها در ارزان بودن و ساده بودن آنها است .

كاربرد اين قالبها براي توليد قطعاتي از مواد پلاستيكي با ضريب بالك پايين و قطعاتي كه رعايت ضخامت يكنواخت ديوارهاي آن مهم نباشد،البته يكنواختي ضخامت ديوارها تا حد زيادي به دقت ميله هاي راهنماي قالب بستگي دارد .

تعريف ضريب بالك: حاصل تقسيم حجم مواد فرم نگرفته به مواد فرم گرفته را ضريب بالك گويند.

قالب هاي سنبه اي كفي يا پله اي

اين قالبها شبيه قالبهاي فلاش دار ميباشند ، با اين تفاوت كه در اينجا يك محفظه بار دهي به مجموعه قالب اضافه شده است .

پله ي كفي عموما 16/3 اينچ عرض دارد به منظور خروج مواد اضافي كه از بين سنبه و محفظه نشت ميكند.

اين قالبها ،قطعات را با چگالي يا دانسيته بيشتري نسبت به نوع فلاشدار مي سازند.

قطعات با پين هاي كوچك و مقاطع ظريف از اين راه قابل ساخت هستند.

در اين گونه قالبها نيز همانند قالبهاي فلاشدار سنگ زني فلاش يا پليسه با مقدار كمتري نسبت به قبل لازم است.

قالبهاي مثبت

در اين قالبها فضاي خيلي كمتري نسبت به دو نوع قبل براي خروج مواد اضافي به داخل كانال فلاش تعبيه شده است .

سنبه در محفظه فالب داراي انطباق كاملا جذب بوده و تلرانس در هر طرف 3 هزارم اينچ ميباشد .

اين قالبها براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي و قطعات عميق مانند محفظه راديو بكار ميرود و از هر قالبي براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي مناسب تر هستند .

مزيت اين قالبها در اين است كه پليسه يا فلاش بصورت عمودي ميبا شد و به سادگي بر طرف ميشود.

مهمترين عيب اين قالبها خراشيدگي محفظه ي قالب توسط سنبه است كه مستقيما اثر آن روي قطعه مشاهده ميشود .

قالبهاي نيمه مثبت

اين قالبها متشكل از يك قالب سنبه اي پله دار و يك قالب مثبت هستند .

از اين قالبها براي ساخت قطعات با عمق زياد ، قطعاتي كه در ته آنها مقاطع بزرگ و قطعا تي كه در برخي از مقاطعشان اختلاف ضخامت وجود دارد بكار ميروند.پليسه يا فلاش ايجاد شده به راحتي توسط سنگ بر طرف مي شوند.

معمولا براي فرم دادن ملامينها و تركيبات اوره اي از اين نوع قالبها كمك مي گيرند .

لقي بين سنبه و ماترس 1هزارم اينچ در هر طرف است .

معمولا اين گونه قالبه را بصورت چند محفظه اي با محفظه ي باردهي مشترك مي سازند

بطوريكه به آنها قالبهاي ويژه اطلاق ميشود زيرا گاهي حتي بيشتر از يكصد محفظه درآنها تعبيه شده است.

نكته

مكانيزم توليد قطعه در قالبهايي كه در اسلايد قبل توضيح داده شد براي توليد قطعاتي بود كه در ديواره ي جانبي آنها هيچ گونه حفره يا سوراخ وجود نداشت ،حال اگر بخواهيم قطعاتي را كه ديوا ه ي آنها داراي حفره يا سوراخ مي باشد را توليد كنيم لازم است كه اين قالبها را بصورت تكه اي با سنبه ي ماهيچه جانبي و متحرك بسازد.

علاوه بر اين مكانيزم با توجه به نياز از مكانيزم صفحه ي بيرون انداز بجاي پينهاي بيرون انداز و مكانيزم فنري نيز استفاده ميشود

انواع روشهاي قالبگيري انتقالي از نظر ساختمان

1. قالبهاي لوله راهگاهي

2. قالبهاي پيستوني

لازم به ذكر است كه اين تقسيم بندي توسط انجمن مهندسين امريكا صورت گرفته است.

قالبهاي لوله راهگاهي

در اين قالب ها پلا ستيك ها بر اثر نيروي وزن خود، از طريق لوله راهگاه به داخل قالب هدايت ميشوند.

قالبهاي پيستوني

در اين قالب ها مواد پلاستيكي وارد شده به كانال بارريز توسط پيستون فشرده شده ، تا حدي كه به سطح جدايش قالب فشار وارد ميشود.

اجزاء ساختماني پلاستيكها (شامل ترموستهاوترمو پلاستيكها)

رزين: عنصر چسباننده

نرم كننده:اين ماده آلي براي بهبود سختي ، مقاومت ،قابليت ارتجاعي قطعه وسهولت در امر قالبگيري به پلاستيك اضافه ميشود.

عنصر فيلر:اين عنصر نقش پر كننده گي دارد و جنس آن ميتواند از گرد چوب، پارچه،سفال وغيره با شد.

رنگ:براي بهبود شكل ظا هري محصولات پلاستيكي،به آنها اضافه ميشود.

لازم به توضيح است كه ترموستها كلا داراي رزين پلاستيك و عنصر پر كننده بوده وترموپلاستيك ها داراي رزين پلاستيك و رنگ مي باشند،البته ماده ي نرم كننده در هر دو نوع پلاستيك استفاده ميشود.

كاربرد قالبهاي انتقالي

توليد قطعات با مقاطع پيچيده ويا با ما هيچه هاي جانبي مشگل

توليد قطعات با مغزيهاي نازك و پيچيده

توليد قطعات با سوراخهاي كوچك و عميق

توليد قطعات با چگا لي يكسان تري نسبت به روش قالبگيري فشاري

توليد قطعات دقيق

توليد قطعات با پليسه كمتر(خصوصا براي مواد ترموست با فيبرپارچه اي )

توليد قطعات با وزن سنگينتر مثلا مواد ترموست از جنس ملا مين ،فرم آلدئيد وقطعات با فيبر الياف نساجي.

تجهيزات مورد نياز در فرايند قالبگيري فشاري وانتقالي

براي توليد قطعات به روش فشاري نياز به پرسهايي داريم كه :

تناژ بالا داشته باشند(معمولا250 تن).

به شابلن بار ريز مجهز باشند يا قابليت نسي اين قسمت راد اشته باشند.

به سيستم محركه هيدروليكي مجهز باشند(بمنظور تنظيم سرعت حركت پرس).

در فرايند قالبگيري انتقالي علاوه بر موارد فوق به پرسهايي با تناژ كمتر و مخصوص نياز داريم.

پرسهاي مخصوص به پرسهايي اطلاق مي شود كه بتوانند هم عمل بستن صفحات قالب را انجام داده وعمل بارريزي،فشار وحرارت را تواما بوجود بياورند.

مزاياي فرآيند قالبگيري فشاري

ضايعات كم است(در اين قالبها لوله راهگاه و كانال هدايت مواد وجود ندارد).

هزينه تجهيزاتي نسبتا اندك است.

عمليات مي تواند بصورت خودكار يا دستي انجام بگيرد.

محصول توليد شده كامل مي باشد.

جريان مواد در زمان كوتاه انجام شده در نتيجه تنش در قطعه و سائيدگي در قالب كم است.

قطعه داراي انسجام و يك پارچگي ساختار ي مي باشد.

قطعات طويل به راحتي با اين روش توليد مي شوند.

معايب فرايند قالبگيري فشاري

قالبگيري قطعات پيچيده دشوار مي باشد.

در اين قالبها به قسمتهاي داخلي قالب مثل پين هاي بيرون اندز براحتي آسيب وارد ميشود.

ممكن است براي توليد برخي قطعات سيكل زماني از حد استاندارد(2الي4دقيقه)به طور چشمگيري زياد شود.

محصولات معيوب در اين روش مجددا قابل باز يابي نيستنند.

مزاياي فرايند قالبگيري انتقالي

در اين فرايند نسبت به روش قبل به فشار كمتري نياز است ،بنابراين ميتوان از پرسهايي با تناژ كمتر استفاده كرد.

بعلت فشار كمتر هيچ گونه صدمه اي به قالب و اجزاء داخلي آن وارد نمي شود.

در اين روش ميتوان ابتدا مادهي اوليه را گرم كرد و سپس آن را به داخل قالب تزريق نمود كه نتيجه آن بهبودتوزيع دما در ماده اوليه و تشكيل شبكهاي عرضي ملكولي بطور سريع ميباشد .

زمان گردش عمليات كاهش يافته كه نتيجتا از عيوب قطعات مي كاهد.

از طرفي بهبود در جريان مواد در اين قالب ها ،توانايي توليد اشكال پيچيده را فراهم مي آورد.

معايب فرايند قالبگيري انتقالي

بعلت اينكه اين قالبها معمولا چند حفره اي ميباشند، هزينه توليد آنها زياد است.

اينگونه قالبها بخاطر داشتن كانال بارريز جدا گانه به امكانات ويژه نظير پرسهاي مخصوص نياز دارند.

نتيجه گيري

با توجه به مزايا و معايب قالبهاي فشاري به اين نتيجه مي رسيم كه فرايند قالبگيري فشاري يك روش كاملا مناسب براي توليد قطعات فشرده،طويل وقطعاتي كه دقت زيادي ندارند ، ميباشد.از طرفي از اين فرايند بطور عمده براي توليد قطعات ترمو ستي استفاده ميشود.

بخاطر اينكه در اين روش قطعاتي با ساختاري فشرده توليد ميشود،امروزه استفاده از اين روش براي توليد قطعات حساس همچون چرخ اتومبيل روبه افزايش است.
جمع آوری توسط مهندس مهیار نوری

پلیمر ها و روش های شکل دهی(دنیای پلاستیک ها و پلیمر ها)

مطالب مشابه :

آموزش خمیر فیمو

آموزش ساخت جواهرآلات با خمیر فیمو

آموزش درست کردن دکمه لباس با خمیر فیمو

پلیمر ها و روش های شکل دهی(دنیای پلاستیک ها و پلیمر ها)

آموزش مجسمه سازی جلسه 20: ابزار و مواد در مجسمه سازی

شیمی کاغذ

شيمي كاغذ