خواص جریان ذوب مواد پلاستیکی

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک به بحث خواص جریان ذوب مواد پلاسی پرداخته شده است.

خواص جریان یک پلیمر تحت تأثیر متغیرهای مرتبط با فرآیند یا آزمایش مانند دما، فشار و نرخ برش و همچنین متغیرهای ماده مانند وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی، ساختار و افزودنی‌ها قرار دارد. برای اندازه‌گیری خواص جریان حجمی یک پلیمر، آزمایش‌های مختلفی استفاده می‌شود که آزمایش نرخ جریان ذوب (یا شاخص ذوب در مورد پلی‌اتیلن) رایج‌ترین آن‌ها است.

این آزمایش به ویژه مهم است زیرا بیشتر درجات مواد پلاستیکی حداقل تا حدودی بر اساس مقدار نرخ جریان ذوب (MFR) مشخص می‌شوند. نتایج آزمایش نرخ جریان ذوب، نشانه‌ای تقریبی از وزن مولکولی متوسط یک پلیمر (در یک خانواده خاص) ارائه می‌دهد. MFRها به طور معکوس با وزن مولکولی متوسط مرتبط هستند. مقادیر بالای نرخ جریان ذوب نشان‌دهنده میانگین وزن مولکولی پایین است، در حالی که مقادیر پایین نرخ جریان ذوب نشان‌دهنده میانگین وزن مولکولی بالا هستند.

مقدار نرخ جریان ذوب خود با استفاده از پلاستومتر اکستروژن تعیین می‌شود. پس از بارگذاری گلوله‌های پلاستیکی و پیش‌گرم کردن برای مدت زمان مشخص، نرخ جریان (به واحد g/10 min) تحت شرایط خاص دما و بار اندازه‌گیری می‌شود.

پلیمرهایی که مقادیر MFR پایینی دارند تمایل به سخت‌تر بودن، مقاومت حرارتی بهتری دارند و به طور کلی خواص بهتری نسبت به گریدهای با MFR بالاتر (یعنی وزن مولکولی متوسط پایین‌تر) ارائه می‌دهند.

با این حال، گریدهای  با MFR بالاتر معمولاً پردازش آسان‌تری دارند و خواصی که کمتر تحت تأثیر منفی فرآیند قرار می‌گیرند.

قالب‌گیری‌های تولید شده با پلیمرهای گرید MFR بالاتر نسبت به آن‌هایی که با درجات ویسکوزتر تولید می‌شوند، تمایل دارند ایزوتروپیک‌تر باشند (به دلیل کمتر بودن جهت‌گیری و غیره). این موضوع اغلب عاملی پیچیده برای انتخاب گرید ماده است.

شکل 1 از یک پلاستومتر اکستروژن برای ارزیابی نرخ جریان ذوب (MFR) یک ذوب پلاستیکی استفاده می‌شود.

در حالی که MFR نشانه‌ای تقریبی از قابلیت پردازش یک پلیمر ارائه می‌دهد، این یک آزمایش نقطه‌ای (برای روش استاندارد) است و بنابراین رفتار کامل جریان ویسکوز پلیمرها را توصیف نمی‌کند. در واقع، نرخ‌های جریان (یا نرخ‌های برش) مرتبط با آزمایش MFR به طور قابل توجهی از نرخ‌های مرتبط با پر کردن قالب پایین‌تر است.

فرض کنید ماده‌ای با MFR برابر با  دقیقه of 6.0 g/10 وجود دارد. در طول آزمایش، مجموع 6.0 گرم ماده از یک روزنه که هندسه‌ای مشابه با دروازه قالب‌گیری تزریقی دارد (به عنوان مثال، دروازه پین در یک قالب سه صفحه‌ای) عبور می‌کند. در طول قالب‌گیری تزریقی، احتمالاً حجم مشابهی از ماده در عرض چند ثانیه (به جای چند دقیقه) از دروازه عبور می‌کند.

این اختلاف در مقیاس‌های زمانی، بسیار قابل توجه است زیرا بیشتر ذوب‌های پلاستیکی به شدت شبه‌پلاستیک هستند (یعنی با افزایش نرخ برش، ویسکوزیته کاهش می‌یابد). ممکن است دو گرید پلیمر دارای مقادیر MFR مشابه باشند، اما ویسکوزیته ذوب بسیار متفاوتی در نرخ‌های برش مرتبط با قالب‌گیری تزریقی داشته باشند.

برای توصیف کامل رفتار جریان برشی یک ذوب پلیمر، باید آزمایش‌ها در نرخ‌های برش، دماها و فشارهای مختلف انجام شود. این کار به راحتی و به طور معمول با استفاده از رئومتر موئینه انجام می‌شود.

شکل 2 نرخ جریان ذوب به طور کافی خواص جریان یک پلیمر را تعریف نمی‌کند زیرا این یک آزمایش نقطه‌ای با نرخ برش پایین است.

بررسی و همچنین تعیین نرخ جریان ذوب برای گریدهای مختلف پلاستیک موضوع بسیار مهمی می باشد که می بایست در طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک در نظر گرفته شود.