جمع شوندگی ترموپلاستیک آمورف

مطالعه تجربی بهینه سازی رفتار جمع شوندگی ترموپلاستیک های نیمه کریستالی و آمورف

جمع شوندگی یکی از مهم ترین عیوب قطعات پلاستیکی تزریقی است. پارامترهای فرایند قالب گیری تزریقی تاثیر بسزایی در شرینکیج قطعات تولید شده دارد. در این مطالعه، تاثیر پارامترهای مختلف تزریق بر جمع شوندگی حجمی دو پلیمر (پلی اتیلن سنگین HDPE بعنوان ترموپلاستیک نیمه کریستالی و پلی کربنات PC بعنوان نماینده ترموپلاستیک های آمورف) مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها تحت شرایط مختلف پردازش با توجه به آرایه متعامد L27 از رویکرد طراحی آزمایشی تاگوچی تزریق شدند. اثر بلورینگی مواد بر جمع شوندگی نمونه های تزریق شده نیز در اینجا بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد که ترموپلاستیک های نیمه کریستالی در مقایسه با ترموپلاستیک های آمورف پتانسیل جمع شوندگی بیشتری دارند. جمع شوندگی نمونه های تزریق شده نیز در جهت جریان مواد بررسی شد و نتایج حاصل از آن نشان داد که مسیر جریان می تواند به طور چشمگیری جمع شوندگی ترموپلاستیک های نیمه کریستالی را تحت تاثیر قرار دهد. اما در مورد ترموپلاستیک های آمورف یافته های به دست آمده نشان دهنده جمع شوندگی در جهت جریان مستقل هستند. علاوه براین، نتایج آنالیز واریانس (ANOVA) نشان داد که زمان خنک سازی موثرترین پارامتر در جمع شوندگی نمونه های تزریق شده پلی اتیلن (PE) و پلی کربنات (PC) بود. به دنبال آن، دمای تزریق دومین پارامتر مهم محسوب می شود. شرایط بهینه برای به حداقل رساندن جمع شوندگی نمونه های قالب گیری تزریقی نیز با استفاده از تحلیل نسبت سیگنال به نویز (S/N) به دست می آید.

قالب گیری تزریقی پلاستیک یک فرایند تولید همه جانبه است که برای تولید انبوه قطعات پلاستیکی با هندسه های پیچیده مناسب است. کیفیت قطعات تولید شده توسط فرایند قالب گیری تزریقی به عوامل مختلفی من جمله خواص مواد، طراحی قالب و پارامترهای پردازش بستگی دارد. جمع شوندگی ناشی از نقص موجود در پایداری ابعادی قطعات قالب گیری شده یکی از عوامل موثر بر کیفیت محصولات در فرایند قالب گیری تزریق پلاستیک است. همچنین نقش مهمی در خواص محصول نهایی، به ویژه در تعیین ابعاد نهایی قطعه تزریقی دارد. این پدیده در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. علاوه براین، کاملا مشخص است که پارامترهای پردازش در قالب گیری تزریقی به طور قابل ملاحظه ای جمع شوندگی محصولات پلاستیکی را تحت تاثیر قرار می دهند. به عبارت دیگر، بهینه سازی پارامترهای پردازش می تواند یک راه حل امیدوارکننده برای به حداقل رساندن جمع شوندگی باشد. از آنجایی که شرایط پردازش متعددی بعنوان پارامترهای متغیر وجود دارد و بررسی کاملا تجربی آنها تقریبا غیرعملی است، طراحی آزمایشات (DOE) یک روش آماری مناسب برای بهینه سازی پارامترهای قالب گیری تزریقی به منظور کاهش جمع شوندگی است. روش تاگوچی بعنوان یکی از کاربردی ترین رویکردها می تواند برای این منظور استفاده شود. بسیاری از محققان تاثیر پارامترهای پردازش در قالب گیری تزریقی را بر جمع شوندگی مواد بررسی و مطالعه کردند.

چانگ و فازن تاثیر این پارامترها را بر جمع شوندگی سه پلاستیک مختلف پلی اتیلن سنگین (PE)، اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) و پلی استایرن معمولی (GPS) با کمک روش تاگوچی بررسی کردند. نتایج حاصل از مطالعه آنها نشان داد که HDPE بعنوان یک پلاستیک نیمه کریستالی، جمع شوندگی بیشتری در جهت جریان مواد رخ می دهد. همچنین به این نتیجه رسیدند که دمای قالب و دمای مذاب موثرترین فاکتورها بر جمع شوندگی هر سه پلاستیک هستند. لیائو و همکارانش نیز شرایط پردازش بهینه در جمع شوندگی و تاب خوردگی کاور تلفن همراه (PC/ABS) در فرایند قالب گیری تزریقی را با کمک روش تاگوچی مطالعه کرده و به این نتیجه رسیدند که فشار تراکم مهم ترین پارامتر پردازش است که جمع شوندگی و تاب خوردگی جدار نازک را تحت تاثیر قرار می دهد. اکتم و همکارانش هم کاربرد روش تاگوچی را در بهینه سازی جمع شوندگی در قالب گیری تزریقی نمونۀ دارای جداره نازک با استفاده از آنالیز Moldflow بررسی کرده و به این نتیجه رسیدند که تاب خوردگی و جمع شوندگی به ترتیب حدود 2.17 و 0.7 درصد با بهینه سازی پارامترهای پردازش من جمله زمان تراکم، فشار تراکم، زمان تزریق و زمان خنک سازی بهبود یافتند. آلتان با کمک روش های تاگوچی، ANOVA و شبکه عصبی قالب گیری تزریقی بهینه را برای به حداقل رساندن جمع شوندگی پلی پروپیلن (PP) و پلی استایرن (PS) را بررسی کرد. او همچنین پارامترهای مختلف پردازش را در نظر گرفته و تاثیر آنها را بر جمع شوندگی نمونه های تزریقی مورد بررسی قرار داد. در پایان، به این نتیجه رسید که دمای مذاب 260 درجه، فشار تزریق 60 مگاپاسکال، فشار تراکم 50 مگاپاسکال و زمان تراکم 15 ثانیه ای شرایط بهینه ای را برای کاهش 0.937 درصدی جمع شوندگی در PP و 1.224 درصدی  در PS فراهم می کنند. همچنین نتیجه گرفت که فشار تراکم و دمای مذاب به ترتیب پارامترهای مهمی در قالب گیری PP و PS محسوب می شوند. علاوه براین، وانگ و همکارانش هم با استفاده از روش ترکیبی شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و نرم افزار Moldflow اثر پارامترهای پردازش تزریقی را بر جمع شوندگی پلی پروپیلن (PP) بررسی کردند و نتایج این شبیه سازی نشان داد که فشار تراکم و دمای مذاب دو پارامتر بسیار موثر در جمع شوندگی PP محسوب می شوند.

نتیجه گیری

در این مقاله جمع شوندگی طولی، عرضی و حجمی پلیمرهای نیمه کریستالی و آمورف در فرایند قالب گیری تزریقی مورد بررسی قرار گرفتند. به همین منظور، نمونه های مختلف پلی اتیلن (PP) و پلی کربنات (PC) تحت پارامترهای مختلف پردازش طبق آرایه متعامد L27 از رویکرد تاگوچی تهیه شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که جمع شوندگی در پلیمرهای نیمه کریستالی به طور چشمگیری بیشتر از پلیمرهای آمورف است. همچنین، جهت جریان هم تاثیر معناداری بر جمع شوندگی پلی اتیلن، در مقایسه با PC، داشت. برای هر دو پلیمر، جمع شوندگی در نقطه دور از ورودی قالب بیشتر از نقاط نزدیک به آن بود. جساسیت جمع شوندگی پلیمرهای نیمه کریستالی دور از ورودی قالب، نسبت به پلیمرهای آمورف بیشتر گزارش شد. نتایج حاصل از آنالیز واریانس (ANOVA) نشان داد که زمان خنک سازی  مهم ترین فاکتور در جمع شوندگی هر دو پلیمر است. با افزایش زمان خنک سازی، جمع شوندگی حجمی پلی اتیلن (PE) کاهش می یابد در حالی که جمع شوندگی پلی کربنات (PC) همزمان با آن افزایش می یابد. برای به حداقل رساندن میزان جمع شوندگی، بهینه سازی پارامترهای پردازش با استفاده از تحلیل نسبت سیگنال به نویز (S/N) انجام شد. دمای تزریق 175 درجه، فشار تزریق 90 مگاپاسکال، زمان تراکم 3 ثانیه و زمان خنک سازی 40 ثانیه ای شرایط مناسبی را برای کاهش جمع شوندگی پلی اتیلن فراهم می کند. از طرفی دمای تزریق 330 درجه، فشار تزریق 110 مگاپاسکال، زمان تراکم 2 ثانیه و زمان خنک سازی 30 ثانیه ای برای جمع شوندگی PC نیز ثبت شد. در نهایت، یافته های به دست آمده رویکرد تاگوچی را بعنوان یک روش بهینه سازی مناسب در فرایند قالب گیری تزریقی معرفی می کنند.