انواع عملیات حرارتی مورد استفاده برای پلاستیکها
انواع عملیات حرارتی مورد استفاده برای پلاستیکها
به طور معمول سه نوع عملیات حرارتی بازپخت یا آنیلینگ (Annealing)، پخت نهایی (Post Curing) و پیرسختی (Aging) روی پلاستیکها انجام میشود. این سه عملیات‌حرارتی به طور خلاصه در ادامه توضیح داده میشوند.
1- آنیلینگ پلاستیگ
آنیلینگ فرایندی بوده که در آن یک ماده مانند پلاستیک، فلز یا شیشه، گرما داده شده و سپس به آهستگی سرد میشود. از این فرآیند برای کاهش تنش باقیمانده تولیدشده در زمان ساخت، استفاده میشود. پلاستیک تا دمایی گرما داده شده که مولکولهای آن آنقدر آزادی حرکت بیابند که بتوانند دوباره به صورت ساختاری با تنش پسماند کمتر جهت‌گیری کنند. پلیمرهای شبه کریستالی تا دمایی حرارت داده شده که تبلور مجدد صورت پذیرد. درمورد اتصالات پلاستیکها، گرمای بوجود آمده بر اثر ماشینکاری و/یا شکل دادنهای حرارتی، مواد را هنگام تماس یافتن با حلالهای خاص یا بعضی از چسب‌ها، مستعد ترک برداشتن می‌کند که در صورت وجود این تنشها می‌توان از عملیات حرارتی برای از میان بردن آنها استفاده کرد.
آنیلینگ پلاستیک
در روش جوشکاری به کمک حلال دو قطعه پلاستیک به کمک یک حلال در دمای اتاق حل میشوند که در این حالت زنجیرههای پلیمری میتوانند آزادنه حرکت کنند و با زنجیرههای طرف مقابل، پیوندهایی مشابه پیوندهایی که در قطعه اولیه داشتندایجاد کنند. بعد از مدتی نیز با تبخیر حلال اتصال کامل میشود.از این روش معمولا برای اتصال لولههای PVCو ABS استفاده میشود. در این روش نیز اگر قطعات قالبگیری شده دارای تنش پسماند باشند،این احتمال وجود دارد که چسب یا حلال بعد از کاربرد ترک بردارد که برای جلوگیری از این مشکل، در صورت امکان نقاطی از قطعه را که در فرآیند قالبگیری تزریقی گلویی شده و دارای تنش پسماند زیادی هستند، از نقطه اتصال دور نگه می‌دارند. در این حالت نیز آنیلینگ قطعات میتواند تنش پسماند را کاهش دهد.
ولی ممکن است به ایجاد اعوجاج در قطعه واز بین رفتن ابعاد دقیق آن منجر شود. پلیمرهایی مانند آکریلیکها،PS،PC،ABS ، پلی سولفونها(PSO) وپلی پروپیلن اکسید (PPO) با شکست در اثر وجود تنش پسماند حساس‌تر بوده و همچنین در حلالهایی مانند استرها، کتونها و هیدروکربن‌های آروماتیک، احتمال ایجاد ترک ناشی از تنش بیشتر میباشد.
2- ترک تنشی پلاستیک
بسیاری از پلاستیکها به ترک ناشی از تنشی حساس‌اند. منظور ترکهای داخلی یا خارجی بوده که بر اثر تنشی کمتر از مقاومت مکانیکی کوتاه مدت پلاستیک ایجاد میشوند. در این بین بعضی از پلاستیکها نیز به طور طبیعی نسبت به ترک تنشی مقاوم‌ترند. ترموستها، استال‌ها، PPS، پلی الفین‌ها، پلی آمیدها، PVC جامدوPBT (پلی بوتیلن ترفئالات) از این دسته هستند. همچنین همانطور که گفته شد در بعضی پلیمرها و حلال‌ها این احتمال بیشتر بوده که نام برخی از آنها در بالا آمده است. در حقیقت خواص منحصر به فرد و مفید پلاستیکها به علت زنجیره بلند مولکولهای آنها میباشد که هرگونه کاهش این طول میتواند به کاهش خواص مکانیکی انها منجر شود که این کاهش، دلیل اصلی به وجود آمدن ترک نیز هست.
ترک تنشی پلاستیک ها
ترک تنشی بر اثر دمای بیش از حد یا شرایط غلط قالبگیری، عملیات ماشینکاری و یا شکل‌دادن‌حرارتی در دمای پایین، ایجاد میشود. برای ترموپلاستیکی نظیر HDPE، به دلیل ساختار نیمه کریستالی، بوجود آمدن این ترکها کاملا معمول است. در چنین حالتی وقتی در فرایندهای بعدی وقتی چسب مایع به‌کار می‌رود، ممکن است چسب به داخل قطعه نفوذ کند و خرابی را بدتر کند. این حالت زمانی که پلاستیک در محیطی قرار بگیرد که با مواد شیمیایی دیگر خصوصا دترجنتها، سفیدکنندهها و روغن موتور در تماس باشد نیز اتفاق میافتد. ترک سرانجام به تمام قطعه گسترش پیدا می‌کند و موجب خرابی ناگهانی و پیشبینی نشده میشود. تنشهای ایجاد شده در فرآیند قالبگیری را می‌توان با تغییرات در سیکل قالبگیری یا با آنیل کردن قطعات بعد از قالبگیری، از بین برد و به این روش احتمال ایجاد ترک تنشی را کاهش داد.
اطلاعات تکمیلی
3- نمونه‌ای از فرایند آنیلینگ پلاستیک
فرایند اتصال صفحات آکریلیک میتواند مثال خوبی از آنیلینگ باشد. ورقه‌های آکریلیکی FF (FF acrylic) را می‌توان به کمک حلالهای گوناگون موجود به خود یا دیگر سطوح آکریلیکی متصل کرد.
برای انجام این کار ابتدا باید مرحله آماده‌سازی را انجام داد. لبه‌ها باید به دقت بریده شده باشد و/یا ماشینکاری شده باشد. اگر از یک اره کند برای این کار استفاده شده باشد، باعث ذوب‌شدن یا لب پر شدن گوشه‌ها شده که تماس حلال با این قسمت ممکن است باعث ترک برداشتن مواد شود. بنابراین سطوح باید پرداخت شوند. ولی نباید صیقلی باشند زیرا باعث ضعیف‌شدن اتصال می‌گردد. علاوه بر آن، همانطور که گفته شد ترکهای مویی ممکن است بر اثر تنشهای داخلی نیز به‌وجود آید. برای خنثی سازی چنین تنش‌هایی قطعه را در دمای Cº ۸۰ (F º۱۸۰) آنیل نموده که تا ضخامت ۶ میلی‌متر، ساعات سرد و گرم کردن فرایند آنیلینگ باید برابر ضخامت ورق به میلی‌متر باشد. یعنی ورق به ضخامت ۳ میلی‌متر باید ۳ ساعت گرم و ۳ ساعت سرد شود. برای صفحات نازک، زمان آنیلینگ(گرمایش) نباید کمتر از دو ساعت باشد[1].
4- پخت نهایی پلاستیک
رزین‌هایی که در دمای پایین واکنش‌های شیمیایی خود را سپری نمی‌کنند، غالبا نمی‌توانند به حالت واکنش‌دهی کامل بر مبنای ساختار شیمیایی خود برسند، از این رو پس از پخت در دمای محیط آنها را داخل اجاق‌ها و کوره‌ها قرار داده تا در دمای بالاتر به طور کامل پخت شوند و به نهایت واکنش شیمیایی خود برسند. این فرآیند پخت نهایی (Post Curing) گفته میشود.
اپوکسی‌هایی که در دمای اتاق کاربرد داشته و دوقسمتی (دو قلو) می‌باشند، از یک بخش مونومر اپوکسی و بخش دیگر aliphatic amine به عنوان عامل سخت کننده، تشکیل شده‌اند. این دو بخش به طور جداگانه تهیه شده و دارای عمر نگهداریمشخصی می‌باشند. این دو قسمت قبل از استفاده در دمای اتاق مخلوط شده و در این حالت دارای فرصت کاربری (عمر مفید در ظرف سرباز) از چند دقیقه تا چند ساعت می‌باشند. موادی که در دمای اتاق سخت میشوند، معمولا POST-CURING میشوند. معمولا شرایط POST CURING برای چنین چسبهایی یک ساعت در دمای °C 100 (F °212) و یا ۴-۶ ساعت در دمای °C60 (°F140) میباشد.
پخت نهایی پلاستیک
نرخ سخت‌شدن را می‌توان با افزودن مواد شـتاب‌دهنده به واکنـش و یا با بالا بــردن دمــا، افزایـش داد. در حقیقت POST-CURING، مواد نیمه سخت‌شده را تحت تاثیر دمایی برابر یا بیشتر از ماکزیمم دمایی که اتصال در آن مورد استفاده قرار خواهد گرفت، قرار می‌دهد تا خواص ساختاری آن رابهبود بدهد. POST-CURING تنشها را آزاد می‌کند، پایداری ابعاد را بهبود می‌بخشد و تبخیر قطعه را کاهش می‌دهد.
اپوکسی‌هایی که سریع سرد میشوند معمولا دارای استحکام کمی هستند؛ به‌ویژه آنهایی که در دمای بالاتر ازC(120°F) °50 سخت میشوند. علاوه بر آن دارای مقاومت به حلال پایینی بوده که اغلـب نــمی‌توان این خصوصیات را بـا POST-CURING بهبود داد. گستره مقاومت به دمای آنها نیز به عامل سخت کننده، دمای سخت شدن، ورویه POST-CURING بستگی دارد.چسب‌های Anaerobic )تشکیل شده از مونومرهای dimethacrylate) فقط در غیاب هوا سخت میشوند و فرایند سخت‌شدن آنها، از کمتر از ۳۰ ثانیه تا بیش از ۳۰ دقیقه طول می‌کشد که می‌توان در این بین از حرارت همراه/به‌جای فعال‌کننده‌ها بهره برد.
5- اجینگ پلاستیک
تعریف فرایند AGING: تغییر خواص در دمای محیط یا دمای نسبتا بالاتر را AGING می‌گوییم که بعد از کار گرم، عملیات حرارتی (پیری طبیعی یا مصنوعی) یا کار سرد (برای فلزات) صورت می‌گیرد. باید توجه داشت که در این پدیده یا فرایند ترکیب شیمیایی تغییری نمیکندو در واقع تغییر خواص مربوط به تغییر در ساختار ماده(برای فلزات تغییر فاز) میباشد.در مورد فلزات، اصطلاح(age hardening) را هم داریم که به مفهوم سخت شدن آلیاژ با گذشت زمان میباشد(پیر سختی) که غالبا بعد از کار سرد یا سرد کردن سریع رخ می‌دهد که در مورد پلاستیکها مطرح نیست؛ ولی در عوض در مورد پلاستیکها اصطلاح دیگری به نام( humid aging ) داریم که به معنای تاثیر گذاری رطوبت در طول زمان بر قطعه میباشد که کارهایی نیز در این زمینه صورت گرفته است. در فصل بعدی نمونه‌های بیشتری از این فرایند آورده شده‌اند.
جزئیات بیشتر
این مقاله بر گرفته از “پایان نامه بررسی تجربی تاثیر پارامترهای مختلف عملیات‌حرارتی بر روی استحکام مکانیکی قطعات ترموپلاستیکی جوشکاری‌شده به روش هات پلیت ” میباشد.
منبع : مهندسی دانلود
