آشنایی با مواد پلیمری و فرایند تزریق در تولید قطعات ترافیکی

امروزه شاهد گسترش روزافزون كاربرد مواد پليمري در زندگي خود هستيم. بسياري از اجزاء و مصنوعات مورد استفاده بشر در ساختمانها ، لوازم خانگی ، وسایل حمل و نقل ، لوازم بهداشتی ، پوشاک و ملزومات مصرفی انسان از مواد پليمري گوناگون سـاخته مي شوند.

انسانهای اولیه با استفاده از پلیمرهای طبیعی ابزار زندگی و لوازم می‌ساختند. اما انسان امروزی توانست با تغییر شکل مواد اولیه  موفق به ساخت پلیمرها شود . با پيشرفت تكنولوژي روش ها ی تولید و فرایند مواد پلیمری ، باب جد يدي  بوجود آمد كه مي توان از پلیمرها به جاي سنگ، شیشه ، چوب  ، فلز  و یا به صورت ترکیبی با آنها استفاده نمود و مزايايي چون سبك تر بودن ، بهداشتی بودن ، سهولت كاربرد و استفاده را ایجاد نمود.  

در جاده ها و معابر از قطعات ترافیکی پلیمری استفاده مي كنند كه بسيار سبكتر از فلزات بوده و آسیبی به خودرو و سرنشینان وارد نمی کنند. در ضمن در برابر شرايط محيطي پايدارتر هستند و به طراحان سیستمهای ترافیکی اين امكان را مي دهد كه علائم و موانع ترافیکی را با طرح هاي پيچيده تر و جديدتري به وجود آورند.

با توجه به مقدمه مختصری که از نظر گذشت ، شرکت سما پلاست پرشین با پشتوانه ارزشمند تجربیات چندین ساله مدیران و کارشناسان خویش در زمینه تولید قطعات تزریقی پلاستیک سنگین و خاص و با بهره گیری از تجهیزات و ماشین آلات تولید وهمکاری مهندسان و تکنیسین های مجرب در بخش های تحقیق و توسعه، کنترل کیفیت وتولید و بکارگیری کارگران ماهر وآموزش دیده با ارائه محصولاتی با کیفیت برتر درحال فعالیت در شهرک صنعتی بزرگ شیراز می باشد.

با توجه به بالا رفتن روز به روز فرهنگ و بار علمی مصرف کنندگان اینگونه محصولات و نیاز آنها به استاندارد ها ، نیاز این مهم مشاهده گردید که می بایست با گسترش شبکه اطلاع رسانی و ارتقاء روز افزون کیفیت در این راستا ، استاندارد های معتبر جهت محصولات تولیدی اخذ شود .

در بخش کنترل کیفیت با استفاده از انواع لوازم سنجش، آزمونهای کیفی ازمواد اولیه آغاز ودر هر مرحله جهت اطمینان از مرغوبیت محصول تولید شده ، با ایجاد ایستگاه های کنترل، آزمون های مختلف با توجه به استاندارد های ملی و بین المللی بر روی مواد اولیه و محصولات انجام می شود.

در اين مرجع كه به عنوان يك استاندارد كارخانه اي مورد توجه قرار ميگيرد ، ابتدا به صورت خلاصه با مواد اوليه و نحوه تولید قطعات تزریقی پلاستیک  بصورت صنعتي ، اشاره خواهد شد. سپس به طور مشروح روش هاي كنترل كيفيت و استاندارد هاي مورد استفاده در ساخت قطعات از نظر خواهد گذشت .

ويژگيهاي قطعات تزریقی پلاستیک  :

قطعات تزریقی پلاستیک گرمانرم  با روش تزریق پلیمر به قالب پلاستیک با استفاده از ماشین خاص  ( Injection moulding machine ) بصورت قطعات قالبگیری شده در قالبهای فلزی ساخته میشوند.

از خواص مهم این فرایند، تولید قطعات با استحکام بالا ، تولید قطعات بهداشتی بدون دخالت نیروی انسانی و تولید قطعاتی با خاصیت آنتی استاتیک یا بدون بار کردن لایه های خارجی پلیمرها است که باعث عدم جذب گرد و غبار بر روی قطعات پلاستیکی میگردد. از دیگر ویژگیهای قطعات تزریقی پلاستیک میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:

وزن مناسب با ابعاد قطعات ، مسطح بودن ، عایق گرما ، عایق صدا ، دوام رنگ ، سازگاری با شرایط آب و هوایی مختلف ، ضد حریق و انعطاف پذیری .

به علت دارا بودن مزایای ذکر شده ، فرایند استاندارد نمودن محصولات گام موثری در تعریف صحیح ویژگیها می باشد.

در اکثر مواقع از پلیمر PP , PE , ABS و پلیمرهای خاص با تکنولوژی منحصر بفرد   به عنوان پلیمر پایه و از رنگدانه های خاص برای تولید قطعات استفاده میشود که علاوه بر ایجاد خاصیت مکانیکی ویژه ، درخشندگی ، دافع جذب گرد و غبار بودن و همچنین خواص مقاوم در برابر شرایط آب و هوایی را مهیا می کند.

آشنایی با ساختار پلیمرها :

  از آنجائیکه در تولید قطعات عمدتا از ترموپلاستیکها  استفاده میشود ، لازم است که در خصوص ساختار پلیمرها مطالبی ارائه شود :

بسپار ( پليمر ) مولكول بسيار بزرگي است كه از به هم پيوستن تعداد زيادي مولكولهاي كوچك كه تكپار ( مونومر) ناميده مي شوند ، پديد مي آيد. به عبارتي ديگر بسپار زنجير بلندي است كه از تكرار واحدهاي شيميايي كوچك و ساده ساخته شده است . به هر يك از اين واحدهاي تكراري  پار ( mer ) گفتـــــــه ميشود.

از به هم چسبيدن ، نزديك شدن و اتصال شيميايي مونومرها ، بسپارها ( Polymers) ساخته ميشوند. فرايند توليد بسپار از تكپار را بسپارش يا پليمريزاسيون مي گويند.

يك درشت مولكول بسپاري ميتواند به صورت خطي ، شاخه اي و يا شبكه اي وجود داشته باشد. در يك بسپار خطي گروههاي تكرار شونده پشت سر يكديگر قرار مي گيرند. شكل فضايي اين مولكولها معمولا بــــه صورت يك كلاف نخ است و توده اي از اين مولكولها كلاف در هم گره خورده اي را تشكيل مي دهند. اين امكان هست كه روي يك زنجير بسپار ، زنجيرهاي كوچك ديگري رشد كنند كه به آنها شاخه مي گوينــــــد و به اين نوع بسپارها ، بسپارهــــــــاي شاخه اي گفته ميشود.شاخه هاي متصل به بدنه زنجير مي توانند كوتاه يا بلند باشند.

به هنگام فرآوري و شكل دهي بسپارها اين امكان است كه با تغيير شرايط فرايند ، ميزان بلورينگي را در محصول نهايي تغيير داد. چون نظم يابي زنجيرها در كنار هم يا بلورين شدن بسپار وابسته به شرايــــــط دمايي و زماني است . به عنوان مثال ، اگر قطعه قالب گيري شده به آرامي سرد شود ، بلوري تر از حالتي خواهد شد كه ناگهان سرد شود. جدول ذيل به صورت نسبي برخي حالتهاي بسپارها را بيان مي كند:

ويژگيهاي نواحي بلورين و غير بلورين

براي مثال با افزايش بلورينگي در يك قطعه :

دماي ذوب ، مقاومت شيميايي و صلبيت افزايش مي يابد و ضربه پذيري ، شفافيت ، مقاومت در برابر ترك خوردگي تنشي و تراوايي قطعه ( در برابر گازها ) كاهش مي يابد.  

رفتار گرمايي بسپارها:

در حالت كلي بسپارها را به دوگروه گرما نرم و گرما سخت تقسيم نموده اند. گرما نرم ها در بياني ساده ، بسپارهايي هستند كه در اثر گرما ، نرم شده و در بالاتر از يك دماي خاص جريان مي يابند. به عبارت ديگر در اين مواد امكان لغزش زنجيرهاي بسپاري روي هم در اثر گرم شدن وجود دارد. پس از سرد شدن ، اين مواد سفت و صلب شده و زنجيرهاي آن از حركت باز مي ايستند. گرما نرم ها را ميتوان بارها گرم كرد و شكل داد . منتهي اين نكته را در نظر داشته باشيم كه با هر دفعه گرما دهي و ذوب از وزن مولكولي كاسته شده و اصطلاحا" تخريب حرارتي بسپار صورت مي پذيرد.  نزديك به هشتاد درصد بسپارها جزء گرما نرم ها هستند. ساختار مولكولي گرمانرم ها بصورت خطي يا شاخه اي مي باشد.

گرما سخت ها پلاستيكهايي هستند كه در اثر گرما يا عوامل ديگري نظير تابش اشعه و رطوبت پخت شده و تبديل به محصولاتي غير قابل ذوب و غير قابل انحلال مي شوند .                                   

  با توجه به مقدمه فوق ، از عمومی ترین بسپارهاي گرمانرم صنعتي پلي اتيلن ، پلی پروپیلن و آکریلونیتریل بوتادین استایرن مي باشند كه در صنعت توليد قطعات پلیمری به وفور مورد استفاده واقع ميشوند.

به عنوان مثال ، پلي اتيلن بسپاري است كه ساده ترين ساختار پايه را در مقايسه با ديگر بسپارها دارد و بيشترين توليد مواد پلاستيكي را به خود اختصاص داده است . انواع آن عبارتند از :

• پلي اتيلن كم چگال  LDPE
• پلي اتيلن پرچگال   HDPE 
• پلي اتيلن كم چگال خطي   LLDPE

از ديگر انواع پلي اتيلن ميتوان به محصولات  ميان چگال (  MDPE ) و بسيار كم چگال (  VLDPE)  يا ( VLDPEU ) ، پلي اتيلن با وزن مولكولي بسيار زياد ( UHMWPE)  و پلي اتيلن شبكه اي ( PEX  or  XLPE ) اشاره نمود.

چگالي يكي از ويژگيهايي است كه براي معرفي پلي اتيلن از آن استفاده ميشود. ارتباط بين چگالي و ويژگيهاي مكانيكي پلي اتيلن به طبيعت نيمه بلورين آن مربوط ميشود. بسته به ميزان بلورينگي پلي اتيلن ، چگالي آن از 0.90   تا  0.965     گرم بر سانتیمتر مکعب متغير خواهد بود.

دماي كج شكلي ( HDT)  پلي اتيلن ، دمايي است كه در آن تغيير شكل يك قطعه تحت بار ، در زمان كوتاه آغاز ميشود. از اين دما مي توان به عنوان معياري براي حداكثر دماي كار قطعه استفاده كرد. در يك تعريف ساده ، دماي كج شكلي دمايي است كه در آن مكعبي با گوشه هاي تيز از جنس پلي اتيلن ، تيزي گوشه هاي خود را از دست مي دهد و لبه هاي آن گرد ميشود .

با توجه به توضيحاتي كه در مقدمه و بعد از آن از نظر گذشت ، پليمرها با فرايندهاي خاصي فرآوري شده و به محصولات خاص تبديل ميشوند.

هدف و دامنه كاربرد استاندارد

هدف از تدوين اين استاندارد ، تعيين وي‍ژگيها و روش آزمون قطعات پلاستیک كه با روش تزریق پلاستیک ساخته مي شوند ، مي باشد.

کیفیت قطعات ازنظر ابعادي و خواص فيزيكي مورد انتظار ، بسته به شرايط كاربرد و نوع سفارش قطعه مورد استفاده دارد.

به عنوان مثال وافلهای مورد استفاده در سقف باید مطابق آئین نامه های مهندسی سازه ، قطعات ترافیکی مطابق آئین نامه های سازمان ترافیک و قطعات بهداشتی مطابق موازین سازمان نظارت بر مواد غذایی و آشامیدنی طراحی و تولید شوند.

مراجع الزامي

استاندارد ملي ايران به شماره 6980  - پلاستيكها – تعيين شاخص جريان جرمي مذاب  ( تعيين شاخص جريان مذاب – MFI or MFR   ) .

مراجع استاندارد زیر جهت عملیاتی نمودن این استاندارد مورد استفاده می باشند.  

• استاندارد ملی ایران شماره 2 - 6845 سال 1390 ، پلاستیک ها تعیین دمای تغییر شکل تحت بار

خمشی قسمت - 2 پلاستیک ها

•  استاندارد ملی ایران شماره 2117 سال 1387 ، پلاستیک ها شرایط محیطی استاندارد برای رسیدن

به شرایط تثبیت وآزمون

•  استاندارد ملی ایران شماره 3 - 6216 سال 1390 ، پلاستیک ها تعیین خواص  کششی قسمت  3

شرایط آزمون برای فیلم ها و ورق ها

• استاندارد ملی ایران شماره 6982 سال 1388 ، پلاستیک ها مواد گرمانرم تعیین دمای نرمی  ویکات -(VST) رو، آزمون
• استاندارد ملی ایران : شماره 10919 سال 1387 ، پلاستیک ها تعیین مقاومت کششی ضربه ای –
• استاندارد ملی ایران شماره 17650 سال 1392 ، لاستیک ها فیلم و ورق اندازه گیری تغییر ابعادی در اثر گرمایش

فرایند تولید:

روند خط تولید بگونه پیوسته بوده و با استفاده از روش آمیزه کاری مواد اولیه پلیمری را به همراه نرم‌کننده، پرکننده، پایدارکننده، روانکار و مواد افزودنی دیگر وارد دستگاه تزریق پلاستیک نموده و عملیات ذوب آغاز میگردد.

 این کار معمولا با ابزار آمیزش پرسرعت انجام می‌پذیرد و آمیزه بدست آمده ممکن است به طور مستقیم از طریق قیف به دستگاه تزریق خورانده شود یا برای آسان‌تر شدن کار با آن به شکل دانه‌ای ( گرانول ) درآید.

در حین عملیات خوراک‌دهی اولیه، آمیزش و گرانول ‌سازی ، دور از انتظار نمی باشد که ناخالصی‌ها وارد آمیزه شوند ، خواه در اثر خلوص کمتر از انتظار مواد سازنده یا از محیط یا ترکیب درصدهای مختلفی که در مواد افزودنی بکار رفته اند. وجود ناخالصی‌ها می‌تواند منجر به دشواری‌هایی در ادامه فرآوری گردد که منجر به خارج شدن فرآورده کم کیفیت از انتهای سیلندر تزریق می‌گردد. این موضوع با مصرف توان بیشتر و کمتر از حد مورد نظر در فرایند یا با ناخالصی‌های آشکار و عیوبی در فرآورده نهایی همچون عیب چشم‌ماهی (fish eyes)  یا تغییر رنگ یا پارگی و عدم ذوب مناسب مواد پلیمری نمایانگر می شود.

در خط تولید با کنترل کیفیت مستمر و استفاده از ظرفیت‌های مواد اولیه و با بهره‌گیری از روش‌های شناسائی غیرمخرب حدالامکان از بروز عیوب جلوگیری نموده ایم .

با پایش خوراک دستگاه ، در حال حاضر این امکان وجود دارد که کیفیت جریانهای مواد گرانولی یا خام با توجه به رفتار حرارتی آنها توسط حس گرهای نصب شده بر روی دستگاه قابل ارزیابی باشند. این حسگرها به مهندس تولید امکان تشخیص اختلاف‌ها در کیفیت خوراک از نظر اندازه، شکل، رنگ و وجود اجسام خارجی را می‌دهد.

همچنین این امکان وجود دارد که با توجه به رنگ مواد مذاب در حال خروج از دهانه تزریق ، از کیفیت نسبی ذوب شدن مواد مطلع گردید. این خصوصیت که نشانه ای از تخریب مواد را در تغییر رنگها به همراه دارد ، توسط اشخاص مستقر در ایستگاه کنترل کیفیت دستگاه ارزیابی میگردد.

ذوب نامناسب و عدم وجود سرعت یکنواخت در قسمت تزریق موجب برهم کنش مواد پلیمری و افزودنیها شده و عواملی مانند سرعت تبدیل مواد ، زمان اقامت در سیلندر ، دمای مذاب و بلورینگی اثرگذاری بیشتری از خود نشان می دهند.

این روشها بصورت استانداردهای کارخانه ای در خط تولید مد نظر می باشند. تعیین مقدار رطوبت و درجه بلورینگی مواد پلیمری نیز می‌توانند به  دستورالعمل فوق اضافه گردند.

اثرات این روشها شامل بهبود در کیفیت محصول (با کنار گذاشتن فرآورده غیر استاندارد)، صرفه‌جویی در نیروی کار، دقت، گونه‌ بندی بهتر و سازگار، رضایت بیشتر مشتری و برگشت سریع سرمایه است.

فرآیند تزریق و ارزیابی کیفیت خوراک بخش مهمی از فرآیندهای تبدیل آمیزه خشک گرانولی مذاب است. فرایند در امتداد طول سیلندر دستگاه در درون سیلندر رخ می‌دهد. فرآورده بدست آمده از طریق یک دای خارج شده و به قالب منتقل میشود .

هنگامی که از ترکیبات افزودنی استفاده می شود معمولا یک پیش اختلاط قبل از ورود مواد به سیلندر برای یکنواختی انجام می پذیرد .

در این قسمت متغیرهای فرآیندی که مستقل از کیفیت خوراک هستند ممکن است بر کیفیت فرآورده نهایی اثر گذار باشند . این متغیرها عبارتند از فشار مارپیچ ، دمای سیلندر و سرعت چرخش مارپیچ .

همچنین انتخاب نادرست هندسه دستگاه همواره بر کیفیت فرآورده نهایی اثرگذار بوده و باعث هدر رفتن انرژی میگردد . بسیاری از تنظیمات  دستگاه می‌توانند در راستای تغییرات مشاهده شده در کیفیت خوراک که در ابتدای خط آشکار شده دستکاری شوند.

مهندسین مجرب ، نیروی کارآزموده ، دستگاههای کنترل دما و فشار هوشمند ، تکنولوژی مدرن دستگاه تزریق و منطبق بر استانداردها ، افراد و ابزارهای قدرتمندی برای حفظ و استمرار کیفیت قطعات تزریقی پلاستیک می باشند که با اتصال سیستمهای نرم افزاری پیشرفته به دستگاههای خط تولید ، شاهد بهینه سازی روشهای موجود هستیم .

به عنوان استاندارد کارخانه ای در این مقوله به روشهای دیگری  شامل  روشهای کاهش هزینه نیروی کار، کاهش ضایعات، برنامه نگهداری دستگاهها و زمان‌بندی مناسب کارکرد دستگاهها ، افزایش کیفی و کمی داده‌های واحد کنترل کیفیت توجه گردیده است که به علت حجم مطالب به آنها پرداخته نشده است.

کنترل کیفیت عملیاتی نظیر فرایند ذوب ، اطمینان از عدم تخریب حرارتی و مکانیکی و وجود پارگی‌ رشته پلیمری ، عدم وجود حفره ، تاخوردگی‌ها و ناهمگونی‌هایی هم‌چون چشم‌ ماهی ، سوختگی‌ها و نقاط تیره نیز در حین عملیات ذوب پلیمر تا پایان مرحله سرد سازی و خروج قطعه بر روی مواد اولیه و محصولات انجام می پذیرند که هر یک دستور العمل خاص خود را دارا می باشند.

هریک از این رویدادها ثبت گشته و در صورت وجود اشکال در سیستم تولید و فرایند ، نوع و موقعیت نقص ذخیره و ثبت شده و می‌تواند برای مشاهده الگوهای ایجاد شده در عرض قطعات فراخوانده شوند .

با توجه به ماهیت تولید قطعات تزریقی پلاستیک که آمیزه ای از مواد پلیمری و افزودنیهایی نظیر رنگدانه می باشند ، اقداماتی با همکاری دانشگاهها و موسسات مورد تائید در ارتباط با با پلیمرها بر روی مواد اولیه انجام میشوند که برخی از آنها عبارتند از :

•  شناسايي و تجزيه و تحليل ساختاري تركيب پليمري
•  بررسي مطابقت مواد پليمري با استانداردها و گواهي مطابقت ارائه شده از سوی تولیدکنندگان
•   مهندسي معكوس محصولات پليمري و ارايه فرمولاسيون آميز ه ها ی پليمري
•  بهينه سازي شرايط فراورش مواد مختلف پليمري
•  ارزيابي خواص مكانيكي مواد پليمري شامل مقاومت كششي، مقاومت فشاري، مقاومت خمشي، مقاومت نسبت به ضربه، مقاومت سايشي و مقاومت پارگي.  
•  ارزيابي خواص حرارتي مواد پليمري مانند نقطه ذوب ، نقطه نرمي، پيري حرارتي، اشتعال پذيري .

•  تعيين خواص رئولوژيكي مانند  MFR ، ويسكوزيته ، تورم در دای قالب .  
•  تعيين خواص فيزيكي و الكتريكي شامل دانسيته، جذب آب، براقيت و كدورت، شكنندگي، سختي، درصد خاكستر، درصد ژل، توزيع جرم مولكولي و مقاومت الكتريكي سطحي و حجمي.

دستاوردهای این اقدامات عبارتند از :  
•  مطالعه و بررسي فرآيندهاي توليد قطعات از پليمرها و آمیزه های آنها .
•  بررسي امكان استفاده از روش هاي غيرمخرب  به جاي آزمون هاي مخرب .

کنترل كيفيت پليمرها به عنوان مواد اولیه بر اساس استانداردهای مرتبط با مواد اولیه ، یکی از مهمترین ارکان تولید می باشد که این شرکت با همکاری مشاوران و کارشناسان متخصص و اخذ خدمات فنی مهندسی و آزمایشگاهی در بدو تولید از مراکز علمی نظیر بخش مهندسی مواد دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز،  پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران ، شرکت خاتم پلیمر و دیگر مراکز معتبر علمی داخلی و خارجی ، در حال حاضر از بهترین مواد اولیه در خطوط تولید استفاده می نماید.

ويژگيها :

ویژگیهای مواد اوليه :

مواد اوليه  مطابق اين استاندارد ، شامل پليمرهای معمولی و پلیمرهای مهندسی  نظیر پلی اتيلن سنگين و سبک ، پلی پروپیلن در انواع گریدهای تزریقی و ABS  و آمیزه هایی از لاستیک – پلاستیک بوده و مقادير مشخص از مواد افزودني به همراه دارند . در صورت استفاده از رنگدانه به همراه مواد پايه بي رنگ ، از رنگهاي مجاز كه در استاندارد به آنها اشاره شده است ، استفاده میگردد . ویژگیهای پلیمرها مطابق استانداردهای ملی ایران و استانداردهای بین المللی توسط سازندگان پلیمر که عمدتا مجتمع پتروشیمی تبریز ، اراک و جم می باشند،  بسته به گرید مصرفی ارائه میگردند. در خصوص مواد اولیه وارداتی گواهی معتبر از مراجع تولید کننده خارجی اخذ میگردد.

یکی از مهمترین ویژگیهای مواد اولیه ، شاخص جريان مذاب پلیمر برای تعیین خصوصیات رفتاری پلیمر در فرایند تزریق پلاستیک ، می باشد.

به عنوان نمونه ، نرخ جريان مذاب مواد اوليه در ناحيه ترموپلاستيك پلي اتيلن در حدود 0.45 گرم بر ده دقيقه (دما 190 درجه سلسیوس با وزنه 2.16 Kg    و زمان 360 ثانيه ) مي باشد.

معمولا نرخ جريان مذاب محصول براي هر بچ توليد كه با روش استاندارد ملي ايران به شماره 6980 اندازه گيري ميشود ، نبايد بيش از 20 درصد نرخ جريان مذاب مواد اوليه باشد.

برچسب ها :