طراحی قطعات پلاستیکی بر اساس تجربه

/۰ دیدگاه /در /توسط

طراحی قطعات پلاستیکی بر اساس تجربه

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک به موضوع طراحی قطعات پلاستیکی بر اساس تجربه و همچنین طراحی آن ها بر اساس آزمایشات تجربی پرداخته هواهد شد. البته هیچ جایگزینی برای تجربه طراحی وجود ندارد، با این حال، تکامل پویای صنعت پلاستیک منجر به کمبود طراحان با تجربه در زمینه طراحی محصولات پلاستیکی شده است.

از لحاظ تاریخی، طراحی قطعات پلاستیکی بر اساس تجربیات گذشته یا قوانین کلی بوده است. این رویکرد طراحی به طور گسترده برای طراحی محصولات پلاستیکی، به ویژه برای قطعاتی که برای استفاده در کاربردهای سازه ای، غیر سازه ای یا بسیار سبک طراحی شده اند، استفاده شده است.

با استفاده از این رویکرد، تصمیمات طراح بر اساس تجربیات گذشته است، اعم از خوب و بد می باشد. در واقع با استفاده از این رویکرد ، طراحان بسیار با تجربه، در کار با مواد آشنا و هندسه های معمول طراحی ممکن است کاملاً موفق باشند.

با این حال، هنگامی که طراح با محصولی با شکل بسیار متفاوت روبرو می شود، یا محصولی که با استفاده از مواد پلاستیکی جدید یا ناآشنا ساخته می شود، تجربه قبلی او ممکن است کم یا بی فایده باشد.

این احتمال وجود دارد که تعداد زیادی از محصولاتی که با استفاده از این رویکرد طراحی شده‌اند، طراحی نامناسبی داشته باشند، که منجر به شکست زودرس محصول در طول سرویس، یا احتمالاً در هنگام مونتاژ محصول می‌شود.

از سوی دیگر، قطعه ای که با ضریب اطمینان بالا طراحی شده است ممکن است در سرویس به خوبی عمل کند، اما ممکن است طراحی کارآمدی نباشد. عملکرد این قطعه با ضریب اطمینان بالا طراحی شده به عنوان یک تجربه خوب توسط طراح محصول تلقی می شود و بر تصمیمات طراحی محصول آینده تأثیر می گذارد. قطعه با ضریب اطمینان بالا طراحی شده ممکن است در سرویس خراب نشود، اما ممکن است:

 پیچیده تر از نیاز باشد،

 استفاده از مواد بیشتر از نیاز باشد،

 دارای  دیواره های بیش از حد ضخیم است که منجر به مشکلات چرخه تولید / کیفیت می شود و

 تولید آن گران تر از گزینه طراحی مناسب تر قطعه باشد.

در حالی که هیچ جایگزینی برای تجربه وجود ندارد، شانس کمی برای دستیابی به طراحی سازه بهینه تنها با استفاده از قوانین سرانگشتی وجود دارد.

 

 طراحی با رویکرد آزمایش تجربی

یک طراح قطعه همچنین ممکن است تصمیم بگیرد که مفاهیم طراحی یک قطعه پلاستیکی را صرفاً بر اساس آزمایش تجربی انجام شده بر روی نمونه اولیه قطعات پلاستیکی ارزیابی کند. این رویکرد دارای ارزش قابل توجهی است و احتمالا محافظه کارانه ترین مسیر برای طراحی قطعه خواهد بود.

طراحی سازه ای که صرفاً بر اساس تجزیه و تحلیل نمونه اولیه و طراحی مجدد تکراری باشد به احتمال زیاد منجر به طراحی قابل اعتماد می شود، مشروط بر اینکه کیفیت نمونه اولیه نماینده کیفیت قطعه تولید باشد و شرایط خدمات پیش بینی شده را بتوان شبیه سازی و ارزیابی کرد.

با این حال، این رویکرد گران است و شاید مهمتر از آن، می تواند یک دوره زمانی بیش از حد طول بکشد، به خصوص اگر اثرات طولانی مدت مانند رفتار خزش یا ثبات محیطی ارزیابی شود. قطعات نمونه اولیه واقعی، از نظر عملکرد ساختاری، ابعادی و محیطی، تنها در صورتی می توانند تولید شوند که سیستم مواد تولیدی (حاوی تمام مواد افزودنی) با استفاده از تکنیک تولید واقعی ، پردازش شود.

ابزارآلات نمونه اولیه مورد نیاز برای تولید این قطعات نمونه واقعی نسبتاً گران است و ساخت آن ممکن است هفته ها یا حتی ماه ها طول بکشد. هنگامی که از قطعات نمونه اولیه قالب گیری شده استفاده می شود، هزینه ها و زمان مرتبط با چندین تکرار طراحی (اصلاحات قالب) می تواند بیش از حد باشد.

نمونه‌های اولیه ماشین‌کاری‌شده، نمونه‌های اولیه ریخته‌گری یا نمونه‌های اولیه تولید جسم جامد (نمونه‌های اولیه سریع) را می‌توان برای آزمایش اولیه استفاده کرد. با این حال، عملکرد ساختاری قطعات تولید شده با استفاده از این تکنیک ها واقعاً نماینده عملکرد قطعه قالب گیری شده نخواهد بود.

توسعه محصول صرفاً بر اساس این رویکرد تجربی عموماً عملی نیست و می‌توان آن را عملکرد مهندسی ضعیف در نظر گرفت زیرا بسیاری از تکرارهای اولیه و طراحی اولیه را می‌توان از قبل با استفاده از تحلیل‌های مهندسی مناسب پیش‌بینی کرد.

توجه به این نکته مهم است که از مرحله نمونه اولیه توسعه محصول پلاستیکی نمی توان به طور کلی اجتناب کرد، زیرا تأیید آزمایشی یک طرح مهندسی همیشه توصیه می شود (یا ممکن است توسط مراکز نظارتی خاص مورد نیاز باشد). با این حال، هزینه و زمان مرتبط با ساخت قطعه اولیه یا ابزارآلات می تواند به طور قابل توجهی با ترکیب یک تحلیل مهندسی سازه در مراحل اولیه فرآیند طراحی محصول پلاستیکی کاهش یابد.

طراحی قطعات پلاستیکی بر اساس نجربه طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک

طراحی قطعات پلاستیکی بر اساس نجربه، مشاهده می شود که از یک قطه فلزی چند نمونه پلاستیکی طراحی شده است.

نوع طراحی قطعه پلاستیکی بر پروسه طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک بیشترین تاثیر را دارد. زیرا هندسه همواره بالاترین اهمیت را در نوع طراحی قالب دارد.

طراحی قطعات پلاستیکی

/۰ دیدگاه /در /توسط

طراحی قطعات پلاستیکی

در ادامه بحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک به موضوع اهمیت، نحوه و جایگاه طراحی قطعات پلاستیکی در صنعت پرداخته خواهد شد.

طراحی یک قطعه یا جزء پلاستیکی قالب‌گیری شده تحت تأثیر عواملی مانند الزامات زیبایی شناختی، قابلیت ساخت و ملاحظات مختلف عملکرد نهایی است. در بسیاری از موارد، الزامات عملکردی محصول شامل پایداری ابعادی و توانایی مقاومت در برابر تنش ها یا کرنش های خدماتی ناشی از خارج است. تنش ها یا کرنش هایی که در طول عملیات تولید و مونتاژ محصول با آن مواجه می شوند نیز می توانند نگرانی قابل توجهی باشند.

در نتیجه، ارزیابی قابلیت اطمینان ساختاری یک طرح پیشنهادی برای اطمینان از عملکرد مناسب محصول در طول مونتاژ و سرویس ضروری است. هدف از فرآیند طراحی سازه، تولید یک طرح قطعه است که بتواند بارها یا انحرافات تحمیلی را که احتمالاً در طول سرویس با آنها مواجه می شوند، تحمل کند. این باید در چارچوب محدودیت های دیکته شده توسط مواد و عملیات تولیدی که برای برنامه انتخاب شده اند انجام شود.

از آنجایی که همیشه نمی توان شرایط بارگذاری را برای یک قطعه خاص با قطعیت زیاد محاسبه کرد، یک سری محاسبات طراحی سازه معمولاً در شرایط بارگذاری انجام می شود که معرف شرایط پیش بینی شده در شرایط عادی سرویس است، و در شرایطی که تصور می شود نشان دهنده باشد. بدترین سناریو مفهوم طراحی سازه را می توان با استفاده از اصل حالت های حدی خلاصه کرد:

هدف از طراحی سازه دستیابی به یک احتمال قابل قبول است که سازه در حال طراحی برای استفاده ای که برای آن مورد نیاز است نامناسب نخواهد شد. ه.، اینکه به یک حالت حد نمی رسد.

در حالی که این فلسفه به وضوح هدف مهندس طراحی سازه است، پیش بینی احتمال شکست برای یک طراحی قطعه پلاستیکی معین می تواند دشوار باشد زیرا خواص مواد پلاستیکی تابعی قوی از دو عامل محیط خدمات و شرایط ساخت است، که تا حد زیادی خارج از کنترل کامل طراح محصول هستند. برای مثال، قطعاتی که به درستی طراحی شده‌اند، اما به‌درستی پردازش یا قالب‌گیری شده‌اند، ممکن است به دلیل عواملی مانند تخریب مواد، جهت‌گیری بیش از حد، تنش پسماند، استحکام جوش ضعیف، یا سایر مشکلات مربوط به پردازش، از کار بیفتند.

روش شناسی طراحی

یک طراح محصولات پلاستیکی می تواند به مشکلات طراحی ساختاری به یک یا چند روش زیر برخورد کند. طراح می تواند:

 طراحی را بر اساس تجربیات گذشته قرار دهید (یک حدس علمی بسازید یا از قوانین سرانگشتی استفاده کنید)

 یک رویکرد تجربی، توسعه یک طراحی قابل اعتماد با استفاده از تجزیه و تحلیل نمونه اولیه

 استفاده از یک رویکرد تحلیلی، با استفاده از روابط مهندسی برای تنش و کرنش.

 

همه این رویکردها مزایا و محدودیت های نسبی خود را دارند و در بیشتر موارد، فرآیند طراحی محصول شامل عناصر ترکیبی هر رویکرد است.

طراحی قطعات پلاستیکی ساخت و تولید قالب های تزریق پلاستیک

شکل هندسی قطعات پلاستیکی تاثیر بسیار مهمی بر روی طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک دارد. علاوه بر این موضوع عملا دوام و پایداری قطعه پلاستیکی به طراحی آن بسیار مرتبط می باشد.

استانداردسازی مواد پلاستیکی (بخش دوم)

/۰ دیدگاه /در /توسط

استانداردسازی مواد پلاستیکی (بخش دوم)

 

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک به بخش دوم استانداردسازی مواد پلاستیکی پرداخته خواهد شد.

با این حال، استانداردهایی مانند ASTM D4000، سیستم طبقه‌بندی استاندارد برای مشخص کردن مواد پلاستیکی می باشد، که تلاش می‌کند یک سیستم طبقه‌بندی برای جدول‌بندی خواص مواد پلاستیکی پر نشده، پر شده و تقویت‌شده را ارائه کند.

سیستم طبقه بندی و مشخصات مواد در نظر گرفته شده است تا وسیله ای جهانی برای شناسایی مواد پلاستیکی مورد استفاده در ساخت محصولات نهایی، تقریباً به همان روشی که فولاد مشخص شده است (به عنوان مثال، فولاد 1030 نشانه عمومی یک گرید فولادی است که می توان از تعدادی تامین کننده دریافت کرد)،  فراهم کند.

سیستم طبقه بندی بر این فرض استوار است که مواد پلاستیکی را می توان به خانواده های عمومی گسترده  بر اساس خانواده شیمیایی و ویژگی های مواد اولیه مرتب کرد.

این سیستم طبقه‌بندی ابزاری برای شناسایی مواد پلاستیکی با استفاده از نام‌گذاری خط استاندارد شده ارائه می‌دهد. این توصیف کامل‌تر مواد ممکن است یافتن مواد جایگزین برای یک کاربرد معین از تامین‌کنندگان مواد رقابتی را برای طراح آسان‌تر کند. سیستم طبقه بندی بر اساس خانواده های مواد عمومی، زیر گروه های درون خانواده های عمومی، پرکننده ها/تقویت کننده ها و خواص فیزیکی است (شکل 1).

 

استانداردسازی مواد پلاستیکی (بخش دوم) طراحی و ساخت قالب تزریق پلاستیک

شکل 1 قالب برای سیستم طبقه بندی/مشخصات مواد ASTM D4000

 

 

نمونه زیر نمونه ای از مواد پلاستیکی تقویت شده است که طبق سیستم طبقه بندی استاندارد شناسایی شده است:

جنس: D4000 PA120G33A53380

مشخصات:

PA 120 = نایلون 66 تثبیت شده با حرارت از جدول PA با مشخصات D 4066

G33 = شیشه تقویت شده با 33 درصد شیشه، اسمی

A = جدول A (D 4066)  برای الزامات خواص

5 = استحکام کششی، 175 MPa min

3 = مدول خمشی، 7500 MPa min

3 = ضربه ایزد، 75 J/m min

8 = دمای انحراف، 235 °C min

0 = نامشخص

در حالی که سیستم طبقه بندی به هیچ وجه کامل نیست، اما قالب استانداردتری را برای شناسایی مواد ارائه می دهد. به عنوان مثال، استاندارد نمی تواند تفاوت ناچیز مرتبط با گریدهای مواد رقابتی (به عنوان مثال، از نظر فرآیندپذیری یا ویژگی های انقباض) را مشخص کند.

داشتن یک سیستم استاندارد، برای طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک یک ضرورت می باشد. همچنین مهندسان طراح  می بایست حتما از منابع استانداردها برای طراحی دقیق تر قالب های تزریق پلاستیک استفاده کنند.

استانداردسازی مواد پلاستیکی (بخش اول)

/۰ دیدگاه /در /توسط

استانداردسازی مواد پلاستیکی (بخش اول)

 

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک، به موضوع استانداردسازی مواد پلاستیکی و اهمیت آن پرداخته خواهد شد.

در بیشتر موارد طراحان، مواد کاندید شده را برای یک کاربرد معین با ارزیابی داده‌های عددی خواص ماده غربال می‌کنند. پس از محدود شدن مواد انتخاب شده، درخواست نمونه های قالب گیری شده (مانند نمونه های آزمایشی) از تامین کننده مواد برای به دست آوردن حس عملی برای مواد، بسیار مهم و عالی می باشد. این امر به ویژه هنگام کار با مواد جدید و ناآشنا بسیار مهم است.

هنگامی که یک ماده پلاستیکی توسط یک طراح برای یک عملکرد خاص انتخاب می شود، به طور کلی با توجه به گرید ماده که توسط یک تامین کننده مواد خاص تولید می شود، مشخص می شود. در بیشتر موارد، تامین کنندگان مواد، مواد پلاستیکی را بر اساس موارد زیر مشخص می کنند:

 نام تجاری: توصیف نوع مواد عمومی

 گرید: ساختار خاص، وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی و بسته افزودنی

 مقدار: برای هر دسته تولید خاص (به طور کلی برای اهداف طراحی مشخص نشده است)

در بیشتر موارد، نام تجاری و نام‌های درجه تامین‌کننده مواد به صراحت ترکیب شیمیایی، مواد افزودنی یا خواص فیزیکی مواد را نشان نمی‌دهند (اگرچه تعداد محدودی از مقادیر ویژگی، مانند سرعت جریان مذاب، معمولاً در تعیین شماره گرید کدگذاری می‌شوند. ).

طبق تعریف، نام‌های تجاری برای هر تامین‌کننده مواد منحصر به فرد است و نام‌گذاری گرید هیچ شباهتی به نام‌های تامین‌کننده دیگر ندارد (به عنوان مثال، هیچ استانداردی بین تامین‌کنندگان وجود ندارد).

استانداردسازی مواد پلاستیکی طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک

به عنوان مثال بحث استاندادسازی می تواند کمک کند تا با داشتن نمودارهای مرجع با هزینه کمتری به طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک پرداخت.

در بخش دوم این موضوع، نمونه ای از این استاندادها مثال زده خواهد شد. هرچند که پیشتر ذکر شد، متاسفانه نمی توان عموما بین تولیدکنندگان گریدهای مواد پلیمری یک استاندارد جامع را پیداکرد.

پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی-بخش سوم

/۰ دیدگاه /در /توسط

پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی-بخش سوم

در ادامه بحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک و قطعات پلاستیکی به بخش دوم پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی پرداخته می شود.

در حالی که برخی پایگاه‌های اطلاعاتی فهرست‌های گسترده‌ای از خواص دارند، بسیاری از آنها فقط ویژگی‌های کوتاه‌مدت و تک نقطه‌ای (معمولاً دمای اتاق/50 درصد رطوبت نسبی) مانند مدول اولیه، استحکام تسلیم کششی (یا مقاومت شکست)، مقاومت ضربه ایزود، سختی راکول ، سختی DTUL (HDT) و موارد مشابه را فهرست می‌کنند.

ویژگی های تک نقطه ای به آسانی به صورت دستی یا کامپیوتری بررسی و مقایسه می شوند. ویژگی های تک نقطه ای برای غربالگری اولیه مواد مفید هستند، اما به طور دقیق قابلیت های عملکرد مواد را نشان نمی دهند.

داده های عملکردی کمی بیشتر که اثرات متغیرهایی مانند زمان و دما را بر خواص یک ماده توصیف می کند، برای انتخاب ماده نهایی و طراحی قطعه مورد نیاز است. برخی از پایگاه های داده خانه اطلاعات دارایی کاربردی از این نوع را ارائه می دهند، اما مشکلات رویه و استانداردسازی قالب بین تامین کنندگان هنوز مورد بحث است.

با درک این موضوع، تامین کنندگان مواد اروپایی با یکدیگر روی توسعه مجموعه ای استاندارد شده از مقادیر دارایی کاتالوگ داده های اولیه و قالب پایگاه داده کار کرده اند. یک قالب پایگاه داده استاندارد شده در سال 1988 تحت نام Computer Aided Material Preselection توسط Uniform Standards (Campus)  معرفی شد.

فرمت پایگاه داده CAmpUs یک سیستم بین المللی یکنواخت از فرمت آزمایش و ارائه داده را فراهم می کند.

پایگاه داده از روش‌های تست سازمان استاندارد بین‌المللی (ISO) قوی‌تری استفاده می‌کند که باید توسط هر یک از تولیدکنندگان مواد که از CAMPU به عنوان قالب پایگاه داده خانه استفاده می‌کنند، رعایت شود.

در حالی که هنوز از نظر شرایط ساخت نمونه آزمایشی انعطاف‌پذیری وجود دارد، مجموعه داده‌ها تا جایی استاندارد شده‌اند که مقایسه مستقیم بین تامین‌کنندگان مناسب‌تر باشد.

نسخه اصلی برنامه پایگاه داده کامپیوتر CAMPUs نسخه 1 بر اساس مجموعه ای از 30 مقدار استاندارد شده کاتالوگ داده پایه تک نقطه ای است که طراح را قادر می سازد تا به طور خودکار مواد را بر اساس ویژگی های مکانیکی، حرارتی و الکتریکی غربال کند.

در حالی که برنامه استاندارد شده برای غربالگری اولیه خوب بود، اما داده های کاربردی مورد نیاز برای انتخاب مواد نهایی و طراحی را ارائه نمی کرد.در نسخه بعدی (شماره 2)، موارد زیر برای استفاده در طراحی فرآیند و محصول گنجانده شده است:

 داده های تک نقطه ای برای غربالگری اولیه،

 داده های مکانیکی وابسته به زمان/دما عملکردی،

 داده های رئولوژیکی،

در نسخه‌های بعدی، اطلاعات مقاومت شیمیایی، خواص پیری طولانی‌مدت و داده‌های پردازش اضافی (مانند نمودارهای pvT) اضافه شد. توسعه پایگاه داده CAMPUs اولین گام به سوی استانداردسازی بین المللی در میان تامین کنندگان مواد است.

در حالی که پایگاه داده فهرست کاملی از تمام خواص موادی که یک طراح می‌خواهد ببیند ارائه نمی‌کند، اما مبنای محکم‌تری برای انتخاب مواد و تصمیم‌گیری غربالگری ارائه می‌کند. داده های عملکردی ارائه شده در CAMPU شامل موارد زیر است:

 منحنی های تنش کششی همدما در مقابل کرنش کششی در محدوده دمایی وسیع برای ارزیابی رفتار مکانیکی کوتاه مدت (تا ناحیه تسلیم)

 مدول کششی مقطعی در مقابل منحنی‌های کرنش کششی حاصل از منحنی‌های تنش همدما در مقابل کرنش

 منحنی های مدول در مقابل دما

 منحنی تنش کششی هم زمان در مقابل کرنش کششی برای شش درجه حرارت مختلف (معمولاً در 23، 60 و 100 درجه سانتیگراد) برای ارزیابی عملکرد مکانیکی بلند مدت

 مدول کشش خزشی در مقابل منحنی‌های زمان حاصل از منحنی تنش هم زمان در مقابل کرنش

 منحنی های مدول برشی در مقابل دما در یک محدوده دمایی بسیار وسیع به عنوان نشانه ای از صلبیت به عنوان تابعی از دما

 ویسکوزیته برشی در مقابل منحنی‌های نرخ برش در طیف وسیعی از دماهای پردازش به عنوان معیاری از خواص رئولوژیکی پلیمر (با گزینه‌هایی برای تناسب منحنی‌های مختلف)

 نمودارهای PvT

 نمودارهای طولانی مدت پیری گرما

هنگامی که یک ماده انتخاب شد، در صورت نیاز می توان داده های طراحی اضافی و دقیق تری را از تولید کنندگان مواد دریافت کرد.

 

پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی بخش سوم طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک وقطعات پلاستیکی

 

برخی از داده های ارائه شده توسط CAMPUS

استفاده از اطلاعات نشان داده شده در بالا برای استفاده در طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک ضروری می باشد.

پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی-بخش دوم

/۰ دیدگاه /در /توسط

پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی-بخش دوم

 

در ادامه بحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک و قطعات پلاستیکی به بخش دوم پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی پرداخته می شود.

بخش دوم

هنگامی که یک طراح با یک تامین کننده مواد مشورت می کند، یا از پایگاه داده تامین کننده مواد استفاده می کند، به احتمال زیاد به گروهی از گرید های مواد ارائه شده توسط آن تامین کننده خاص محدود می شود.

معمولاً طراحان با توزیع کنندگان موادی کار می کنند که طیف وسیع تری از مواد را برای انتخاب ارائه می دهند. در حالی که تعداد گریدها محدود است، کیفیت و کمیت داده‌های موجود که مستقیماً توسط تأمین‌کننده مواد ارائه می شود، عالی می باشد (این داده‌ها همچنین به عنوان منبع داده‌ها برای پایگاه‌های داده جهانی عمل می‌کنند، که اغلب تنها بخشی از داده‌ها را گزارش می‌کنند که می‌تواند به طور مستقیم از تامین کننده دریافت می شود).

پایگاه های داده نیز می توانند اطلاعات بیشتری را در رابطه با پردازش و طراحی ارائه دهند. به طور کلی بهتر است با چندین تامین کننده مواد کار کنید (یا از چندین پایگاه داده استفاده کنید) تا طیف وسیع تری از مواد را پوشش دهید.

با این حال، از آنجایی که تامین کنندگان مواد تمایل دارند از فرمت های داده منحصر به فرد استفاده کنند و روش های آزمایش/روش های آماده سازی نمونه ناسازگار هستند، مقایسه مستقیم داده های به دست آمده از تامین کنندگان مختلف اغلب نامناسب است.

همچنین در اینجا باید توجه داشت که جداول داده‌های دارایی تامین‌کنندگان مواد اغلب دارای یک سلب مسئولیت هستند که نشان می‌دهد داده‌های فهرست‌شده برای مقادیر خواص مواد معمولی هستند، به عنوان مشخصات دقیق تلقی نمی‌شوند» ، یا مقادیر تقریبی می باشند و بخشی از مشخصات خواص محصول نیستند، زیرا عوامل مرتبط با پردازش بسیار مهم هستند و خارج از کنترل آنها هستند.

پایگاه‌های اطلاعاتی مواد پلاستیکی جهانی جایگزینی برای پایگاه‌های اطلاعاتی تامین‌کنندگان برای انتخاب مواد اولیه ارائه می‌کنند. این پایگاه های داده جهانی داده های موجود را از انواع تامین کنندگان مواد مختلف جمع آوری می کند.

پایگاه‌های اطلاعاتی رایانه‌ای می‌توانند از میان 30000 ورودی مواد داوطلب، مواد مناسب را جستجو کنند. این قالب همچنین تمایل دارد مقایسه مواد رقابتی عرضه شده توسط تولیدکنندگان مختلف را ساده کند.

همانطور که قبلا ذکر شد، مقایسه مستقیم و بدون صلاحیت داده های خواص مواد از تامین کنندگان مواد مختلف (یا بین پایگاه های داده) به دلیل عدم یکنواختی داده ها و استانداردسازی همیشه امکان پذیر نیست.

در واقع، ویژگی‌های فهرست‌شده در پایگاه داده، ویژگی‌های خواص ماده نیستند، بلکه به‌طور مناسب‌تر به عنوان ویژگی‌های قطعه قالب‌گیری شده توصیف می‌شوند.

در حالی که روش‌های آزمایشی که برای تولید داده‌های آزمایش استفاده می‌شوند، به خوبی استاندارد شده‌اند (برای یک آزمون معین)، متغیرهای مرتبط با آماده‌سازی نمونه آزمایشی استاندارد نیستند. به عنوان مثال، نمونه های تهیه شده توسط فرآیند قالب گیری فشرده نتایج متفاوتی نسبت به نمونه های تولید شده توسط فرآیند قالب گیری تزریقی به همراه خواهند داشت.

متغیرهای پردازش مانند دمای مذاب، زمان ماند، میزان رطوبت، دمای ابزار، سرعت تزریق، فشار بسته‌بندی و موارد مشابه، همگی می‌توانند تأثیر قابل‌توجهی بر خواص نمونه‌های آزمایشی قالب‌گیری شده داشته باشند.

سایر متغیرهای نمونه آزمایشی مانند ضخامت نمونه، نوع/محل دروازه، و هندسه رانر به همان اندازه مهم هستند. از آنجایی که در بیشتر موارد، روش‌های آزمایش استاندارد این متغیرها را به طور کامل مشخص نمی‌کنند، نمونه‌های آزمایشی می‌توانند درجات مختلفی از جهت‌گیری مولکولی/الیاف، توزیع تنش در حالت خنک‌ شدن و مناطق بلورینگی (برای پلیمرهای نیمه بلوری) داشته باشند. بنابراین، مجموعه داده‌های ویژگی (پروفایل‌های ویژگی) به‌دست‌آمده با مجموعه‌های مختلف نمونه‌های آزمایشی لزوماً قابل مقایسه نیستند.

پایگاه‌های اطلاعاتی تامین‌کنندگان مواد معمولاً 30 تا 40 ویژگی مختلف مواد (بیشتر بر اساس روش‌های تست استاندارد ASTM یا ISO) و توضیحات گرید (افزودنی‌های اصلی، تأیید نمایندگی، ویژگی‌های پردازش و غیره) را فهرست می‌کنند.

با این حال، پایگاه های داده مختلف تمایل دارند مجموعه های مختلفی از خواص را برای مواد مختلف فهرست کنند. به عنوان مثال، تخمین زده می شود که بیش از 30 روش مختلف برای به دست آوردن مقاومت ضربه ای یک ماده پلاستیکی وجود دارد.

نمایه‌های داده‌ها گاهی بر اساس روش‌های آزمون متناقض هستند و در نتیجه، مقادیر ویژگی‌های مواد مستقیماً قابل مقایسه نیستند. در برخی موارد، پروفایل های داده برای یک ماده معین نیز ناقص هستند.

پایگاه اطلاعاتی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی بخش سوم طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک

استفاده از اطلاعات نشان داده شده در بالا برای استفاده در طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک ضروری می باشد.

 

پایگاه اطلاعات خواص مواد پلاستیکی

/۰ دیدگاه /در /توسط

پایگاه اطلاعات خواص مواد پلاستیکی

 

در ادامه به مبحث اهمیت ایجاد و دسترسی به پایگاه اطلاعات خواص مواد پلاستیکی در طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک پرداخته می شود.

هنگام انتخاب یک ماده پلاستیکی برای یک کاربرد نهایی خاص، طراح باید الزامات عملکردی کاربرد نهایی (هم خواص و هم الزامات پردازش) را با “داده های خواص” مواد پلاستیکی مختلف موجود در بازار مقایسه کند.

به طرق مختلف، طراح یک محصول پلاستیکی خوش‌شانس است زیرا بیش از 30,000 گرید تجاری مواد پلاستیکی برای انتخاب وجود دارد.

احتمالاً طراح قادر خواهد بود یک یا چند کاندیدای ماده (گرید) را شناسایی کند که پروفایل‌های خواصی آن‌ها به طور نزدیک با الزامات عملکردی همخوانی دارد. ماده‌ای که در نهایت انتخاب می‌شود باید بهترین تعادل بین عملکرد و هزینه را ارائه دهد.

در برخی موارد، هیچ ماده تجاری موجودی نمی‌تواند الزامات عملکردی مرتبط با کاربرد را برآورده کند (یا شاید در قیمت مناسب نباشد).

در چنین حالتی، طراح گزینه‌هایی برای بازطراحی محصول به منظور کاهش الزامات عملکردی، یا تسهیل استانداردهای عملکرد یا محدودیت‌های هزینه، یا همکاری با تأمین‌کننده مواد/ترکیب‌کننده سفارشی برای توسعه یک گرید ماده جدید (از طریق ترکیب پلیمر یا استفاده از افزودنی‌ها) دارد.

در حالی که طراحان مواد زیادی برای انتخاب دارند، انتخاب مواد می‌تواند یک کار طاقت‌فرسا باشد. به دلیل تعداد زیاد گریدهای مواد موجود، دشوار است که داده‌های گسترده‌تری از برگه‌های اطلاعات تأمین‌کنندگان مواد و بروشورها را به دست آورده و فهرست‌گذاری کرد.

حفظ چنین کتابخانه‌ای به‌روز در مورد گریدهای جدید مواد، آن‌هایی که دیگر موجود نیستند و همچنین هزینه‌های مواد نیز دشوار است. حتی اگر یک طراح کتابخانه کاملی از داده‌ها داشته باشد، زمان لازم برای مرتب‌سازی دستی تمام برگه‌های اطلاعات به طور غیرقابل تحملی طولانی خواهد بود (مگر اینکه دامنه کاندیداها به طور قابل توجهی محدود شده باشد). جدا از زمان، همچنین بعید است که بررسی‌کننده ادبیات محصول به بهترین ماده برای یک کاربرد خاص تنها با مرور یک فایل محدود از ادبیات محصول برسد.

در این مرحله از فرآیند طراحی (انتخاب مواد)، طراحان معمولاً شروع به مشاوره با نمایندگان تأمین‌کنندگان مواد می‌کنند (به‌طور ایده‌آل چندین نفر).

به‌طور جایگزین، طراحان می‌توانند از انواع مختلف پایگاه‌های داده مواد برای کمک به انتخاب مواد استفاده کنند. پایگاه‌های داده معمولاً به‌صورت آنلاین در دسترس هستند. پایگاه‌های داده مبتنی بر کامپیوتر به‌راحتی به‌روزرسانی می‌شوند و مزیت بسیار مهمی در جستجوی سریع و خودکار بر اساس پنجره‌ای از الزامات خاص خواص که توسط کاربر وارد می‌شود، ارائه می‌دهند. خود پایگاه‌های داده معمولاً در یکی از سه دسته اصلی قرار می‌گیرند:

– پایگاه‌های اطلاعات تولیدکنندگان مواد (پایگاه‌های داده داخلی)

– پایگاه‌های اطلاعات مواد عمومی

– پایگاه‌های اطلاعات خواص خاص (زمانی که حوزه‌های عملکرد خاص مانند مقاومت شیمیایی بحرانی است)

ایجاد پایگاه اطلاعات خواص مواد پلاستیکی برای طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک یک ضرورت مهم می باشد زیرا بیش از 30000 گرید ماده مختلف وجود دارد که سبب می شود تا فرآیند طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک بسیار دشوار شود.

قسمتی از یک تجهیز الکترونیکی پایگاه اطلاعات خواص مواد پلاتیکی طراحی و ساخت قالب تزریق پلاتیک

نمونه ای از قطعات تولید شده در شرکت پویا

 

خواص جریان ذوب مواد پلاستیکی

/۰ دیدگاه /در /توسط

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.

 

 

خواص جریان ذوب مواد پلاستیکی قالب های تزریق پلاستیک ساخت و تولید طراحی

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.

 

 

خواص جریان ذوب مواد پلاستیکی

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.

پیری و اشتعال پذیری مواد پلاستیکی

/۰ دیدگاه /در /توسط

پیری و اشتعال پذیری مواد پلاستیکی

 

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی و قالب های تزریق پلاستیک به بررسی موضوع پیری (Aging) و اشتعال پذیری مواد پلاستیکی پرداخته می شود.

پیری در دماهای بالا

 

بسیاری از مواد پلاستیکی هنگام قرار گرفتن در معرض دماهای بالا برای مدت طولانی، شکننده یا دچار تغییر رنگ می‌شوند.

تغییرات در خواص مواد که در طول زمان در دماهای بالا رخ می‌دهد، می‌تواند ناشی از اثرات فیزیکی، مانند از دست رفتن افزودنی‌ها (به عنوان مثال، مهاجرت (plasticizer migration) نرم‌کننده) یا تغییرات شیمیایی، مانند اکسیداسیون باشد. پایداری حرارتی یک پلیمر معمولاً با قرار دادن مجموعه‌ای از نمونه‌های قالب‌گیری شده در یک فر در دمای مشخص (معمولاً دمای بالا برای تسریع آزمایش) برای مدت طولانی ارزیابی می‌شود.

نمونه‌ها به طور دوره‌ای برای ارزیابی خارج می‌شوند. پس از خارج کردن یک نمونه از فر، آن را مشاهده و برای خواص فیزیکی، مکانیکی، الکتریکی، نوری، شیمیایی و غیره مورد آزمایش قرار می‌دهند. نتایج آزمایش سپس به صورت یک نمودار از خواص (یا حفظ خواص) به عنوان تابعی از زمان در دمای پیری خاص ارائه می‌شود. این نوع آزمایش معیاری از پایداری حرارتی در شرایط محیطی خاص مرتبط با آزمایش را فراهم می‌کند.

اشتعال‌ پذیری

 

اشتغال‌ پذیری به ویژگی‌های سوختن یک ماده پس از وقوع احتراق مربوط می‌شود. طراحان باید درک کنند که اشتعال‌ پذیری نه تنها در کاربردهای الکتریکی مهم است، بلکه در کاربردهایی که مواد پلاستیکی در فضاهای محدود مانند اتاق‌های یک منزل استفاده می‌شوند، نیز اهمیت دارد، جایی که منابع شعله و گرما ممکن است وجود داشته باشند.

برخی از روش‌های آزمایش شناخته‌شده‌تر، قابلیت احتراق، تولید دود و دماهای احتراق را اندازه‌گیری می‌کنند. بسیاری از تولیدکنندگان مواد، گریدهای مواد مقاوم در برابر احتراق را ارائه می‌دهند که به طور ذاتی مقاوم در برابر احتراق هستند یا حاوی افزودنی‌هایی برای مقاومت در برابر احتراق می‌باشند. با این حال، حتی گریدهای مقاوم در برابر احتراق نیز تحت شرایط مناسب گرما و تأمین اکسیژن به سرعت می‌سوزند.

آزمایش UL 94 به طور معمول برای طبقه‌بندی یا ارزیابی مواد از نظر ویژگی‌های احتراق آنها استفاده می‌شود. بسته به نتایج آزمایش، مواد به یک کلاس اشتعال‌پذیری V-0، V-1، V-2، 5V یا HB اختصاص داده می‌شوند.

این آزمایش نمونه‌ها را تحت معیارهای خاصی از قرارگیری در معرض شعله قرار می‌دهد. توانایی نسبی نمونه برای حفظ احتراق پس از حذف شعله، مبنای یک سیستم طبقه‌بندی را تشکیل می‌دهد. به طور کلی، موادی که به سرعت خاموش می‌شوند و ذرات شعله‌دار نمی‌چکد، امتیازات بالاتری دریافت می‌کنند.

علاوه بر این، امتیازها بر اساس ضخامت مشخص ماده (یعنی 1.6 میلی‌متر یا 3.2 میلی‌متر) داده می‌شوند که ممکن است برخی کمک‌های طراحی در خصوص مشخصات ضخامت دیواره قطعات ارائه دهد؛ با این حال، نتایج دیگری ممکن است برای هندسه‌های مختلف قطعه مشاهده شود، حتی زمانی که ضخامت دیواره‌ها معادل باشد. امتیاز “V-0” نشان‌دهنده بالاترین درجه مقاوم در برابر احتراق و امتیاز “HB” نشان‌دهنده کمترین مقاومت است.

اگر ماده آزمایش دوم “5V” را با موفقیت بگذراند، امتیاز آن به امتیاز اول اضافه می‌شود. ترکیب “V-0” و “5V” بالاترین امتیاز UL 94 است، در حالی که “HB” پایین‌ترین امتیاز است. از آنجا که امتیازات اشتعال‌پذیری UL بر اساس آزمایش‌های مقیاس کوچک است، ممکن است رفتار ماده را تحت شرایط واقعی آتش به دقت منعکس نکند. سایر آزمایش‌های معمول اشتعال پذیری شامل آزمایش شاخص اکسیژن محدودکننده است که حداقل مقدار اکسیژن را تعیین می‌کند که به صورت درصد حجمی در مخلوطی از اکسیژن و نیتروژن وجود دارد و احتراق شعله‌ای یک ماده را که ابتدا در دمای اتاق قرار دارد، پشتیبانی خواهد کرد و آزمایش‌های تولید دود که چگالی دود مرتبط با احتراق را تعیین می‌کنند.

موارد بیان شده در بالا در طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی و قالب های تزریق پلاستیک اهمیت ویژه ای دارد.

پیری و اشتعال پذیری مواد پلاستیکی طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک و فطعات پلاستیکی

دمای انحراف تحت بار و دمای ویکات مواد پلاستیکی

/۰ دیدگاه /در /توسط

 دمای انحراف تحت بار و دمای ویکات مواد پلاستیکی

 

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی و قالب های تزریق پلاستیک به بررسی دمای انحراف تحت بار و دمای ویکات در مواد پلاستیکی پرداخته خواهد شد.

تعدادی از آزمایش‌های استاندارد کوتاه‌مدت وجود دارند که به طور معمول برای نشان دادن قابلیت‌های دما بالا در مواد پلاستیکی استفاده می‌شوند. رایج‌ترین آزمایش، آزمایش دمای انحراف تحت بار (DTUL) نامیده می‌شود.

این آزمایش معمولاً به عنوان آزمایش دمای اعوجاج حرارتی (HDT) نیز شناخته می‌شود. آزمایش DTUL یک اندازه‌گیری تقریبی از دمایی است که در آن یک نمونه شبیه تیر در معرض خمش سه نقطه‌ای، به اندازه فاصله ثابتی تحت بار مشخصی (معمولاً تنش الیاف خارجی 1.82 مگاپاسکال) انحراف پیدا می کند.

برای مواد آمورف، مقدار DTUL معمولاً نزدیک به دمای انتقال شیشه‌ای پلیمر است. برای پلیمرهای نیمه‌بلوری، مقدار DTUL هیچ ارتباطی با انتقال شیشه‌ای ندارد. آزمایش DTUL یک اندازه‌گیری از دمایی است که در آن یک پلیمر به مقدار مشخصی از مدول خمشی (971 مگاپاسکال در حالی که تنش الیاف خارجی 1.82 مگاپاسکال می باشد) می‌رسد، اما هیچ نشانه‌ای از شکل منحنی مدول-دمای پلیمر ارائه نمی‌دهد (یعنی این یک آزمایش کوتاه‌مدت و نقطه‌ای است).

بنابراین، آزمایش DTUL تنها برای غربالگری اولیه مواد مناسب است و نباید برای انتخاب نهایی مواد و طراحی مورد استفاده قرار گیرد .

یک نوع از آزمایش DTUL، آزمایش دمای نرم شدن ویکات است. بر خلاف پیکربندی آزمایش خمشی مرتبط با آزمایش DTUL، آزمایش دمای ویکات (دستگاه نشان داده شده در شکل ۱) اندازه‌گیری از دمایی را ارائه می‌دهد که در آن یک پین صاف با بار کم به فاصله ثابتی در یک نمونه آزمایشی نفوذ می‌کند.

هدف این آزمایش ارائه یک نشانه نسبی از توانایی یک ماده برای تحمل تماس کوتاه‌مدت با یک جسم گرم است . این آزمایش همچنین به طور معمول برای اهداف طراحی فرآیند (شبیه‌سازی‌های قالب‌گیری) به عنوان معیاری از حداقل دمایی که یک قطعه قالب‌گیری تزریقی می‌تواند از قالب خارج شود، استفاده می‌شود.

احتمالاً پین‌های خروجی، آستین‌ها و غیره ممکن است قطعات را آسیب بزنند اگر قطعات در دماهای بالاتر از دمای ویکات خارج شوند. مقادیر دماهای ویکات و DTUL همچنین می‌توانند به عنوان یک اندازه‌گیری تقریبی از مقاومت ذاتی یک ترموپلاستیک در برابر اعوجاج یا تاب‌برداری در دماهای بالا استفاده شوند. این مقادیر تنها به عنوان راهنما مفید هستند زیرا تمایل به تاب‌برداری تحت تأثیر عواملی مانند درجه جهت‌گیری، تنش باقی‌مانده، بارها و هندسه قطعه قرار دارد .

در طراحی قطعات پلاستیکی و همچنین طراحی قالب تزریق پلاستیک بررسی این دو موضوع بسیار مهم می باشد.

ضریب انبساط حرارتی خطی

 

مانند اکثر مواد دیگر، مواد پلاستیکی هنگام گرم شدن منبسط و هنگام سرد شدن منقبض می‌شوند (یعنی دارای ضریب انبساط حرارتی مثبت هستند).

در مقایسه با بسیاری از مواد دیگر، مواد پلاستیکی دارای ضریب‌های انبساط حرارتی نسبتاً بالایی هستند؛ با این حال، مقادیر به طور قابل توجهی از پلیمر به پلیمر دیگر متفاوت است. تغییر حجمی مرتبط با یک تغییر مشخص در دما (یا فشار) می‌تواند با استفاده از منحنی‌های فشار-حجم-دما توصیف شود. با این حال، برای اهداف طراحی قطعه، ضریب انبساط حرارتی خطی (CLTE) بیشترین کاربرد را دارد.

مقادیر CLTE بیشتر به طور مستقیم اندازه‌گیری می‌شوند (به جای استخراج از داده‌های فشار-حجم-دما)، زیرا قطعات پلاستیکی قالب‌گیری شده ممکن است رفتار ایزوتروپیک نداشته باشند. CLTE به عنوان نسبت تغییر در ابعاد خطی به ابعاد اولیه در هر واحد درجه تغییر دما تعریف می‌شود.

CLTE واحدهایی به صورت 1/°C (1/°F) or cm/cm/°C (in/in/°F) دارد. واحدهای اخیر ترجیح داده می‌شوند زیرا به طور ضمنی نشان می‌دهند که مقدار بیانگر CTE خطی است نه CTE سطحی یا حجمی. مقدار CLTE برای مواد پلیمری قالب‌گیری شده می‌تواند به طور قابل توجهی بین جهت جریان و جهت عرضی تغییر کند، به ویژه برای گریدهای پلیمر تقویت شده با الیاف. الیاف جهت‌دار تغییرات ابعادی را در جهت جریان محدود می‌کنند (به عنوان مثال، الیاف شیشه‌ای دارای مقادیر CLTE بسیار پایینی هستند)، در حالی که مقادیر CLTE عرضی ممکن است بزرگتر شوند زیرا یک تغییر حجمی مشخص باید رخ دهد.

علاوه بر این، مقادیر CLTE با دما تغییر می‌کنند و تنها در یک محدوده دمای کوچک می‌توانند به عنوان ثابت در نظر گرفته شوند. تغییرات قابل توجه (افزایش) در مقدار CLTE زمانی رخ می‌دهد که دما به نزدیک انتقال‌های حرارتی مانند Tg یا Tm نزدیک شود. این موضوع برای پلیمرهای نیمه‌بلوری که معمولاً در دماهایی که شامل دمای انتقال شیشه‌ای آنها می‌شود، استفاده می‌شوند، نگرانی خاصی است.

 

 

دمای انحراف تحت بار و دمای ویکات مواد پلاستیکی طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی و قالب های تزریق پلاستیک

شکل ۱ پیکربندی‌ها و دستگاه‌های آزمایش مرتبط با آزمایش دمای انحراف تحت بار (DTUL) و آزمایش دمای نرم شدن ویکات.

 

مقادیر معمول ضریب انبساط حرارتی خطی برای انواع مختلف مواد در جدول 3.2 ارائه شده است. هنگام طراحی قطعاتی که بخشی از یک مجموعه بزرگتر هستند، بهتر است از موادی استفاده شود که دارای مقادیر CLTE مشابهی باشند (یعنی از عدم تطابق CLTE اجتناب شود). این موضوع می‌تواند زمانی دشوار باشد که قطعات شامل هر دو عنصر فلزی و پلاستیکی باشند، زیرا CUE مواد پلاستیکی ممکن است به طور قابل توجهی بیشتر از فولاد باشد. در بسیاری از موارد، خود اتصالات مشکلاتی را ایجاد می‌کنند زیرا معمولاً از فولاد تولید می‌شوند. طراحی‌های قطعه‌ای که برای کاربردهایی با عدم تطابق CLTE توسعه یافته‌اند، باید ویژگی‌هایی مانند سوراخ‌ها یا شیارهای آزاد را در نظر بگیرند تا تغییرات ابعادی را در سراسر محدوده دما مرتبط با کاربرد نهایی جبران کنند. طراحی قالب تزریق پلاستیک بدون در نظر گرفتن ضریب انبساط حرارتی مواد پلاستیکی تقریبا غیر ممکن می باشد.

 

 

مقادیر ضرایب انبساط خطی برای مواد مختلف

Material type Typical CTE (10–5 cm/cm/°C) Material type Typical CTE (10–5 cm/cm/°C)
LCP (GFR)∗ 0.6 ABS (GFR)∗ 3.1
Glass 0.3–0.7 Polypropylene (GFR)∗ 3.2
Steel 1.1 Polyphenylene sulfide 3.6
Concrete 1.4 Acetal (GFR)∗ 4.0
Copper 1.6 Epoxy 5.4
Bronze 1.8 Polyetherimide 5.6
Brass 1.8 Polycarbonate 6.5
Aluminum 2.2 Acrylic 6.8
Polyetherimide (GFR)∗ 1.5–3.2 ABS 7.2
Nylon (GFR)∗ 2.3 Nylon 8.1
TP Polyester (GFR)∗ 2.5–7.5∗∗ Acetal 8.5
Magnesium 2.5 Polypropylene 8.6
Polycarbonate (GFR) 2.0–4.0 TP polyester 12.4
Zinc 3.1 Polyethylene 13–17

∗ Typical glass fiber reinforced grade.

∗∗ Highest CTE value for cross flow direction.