پلاستيكهاي گرماسخت

پلاستيك گرما سخت با واكنش شيميايي دو مرحله اي تهيه مي شود . در اولين مرحله ، مولكولهاي دراز زنجيرگونه اي ، شبيه آنچه براي پلاستيكهاي گرمانرم ذكر شد ، تشكيل مي شود كه همچنان قابليت انجام واكنش ديگري را دارد. مرحله دوم واكنش يعني ايجاد اتصالات عرضي بين زنجيرها در خلال عمليات قالبگيري و در اثر اعمال حرارت و فشار صورت مي گيرد . قطعه حاصل ، پس از سرد شدن سخت به نظر مي رسد ، در حالي كه از نظر ساختماني شبكه مولكولي متراكمي در آن ايجاد شده است . در مرحله دوم واكنش ، زنجيرهاي دراز

مولكولي با پيوندهايي قوي به يكديگر متصل مي شوند و ماده نمي تواند در اثر حرارت ، دوباره نرم و روان شود. اگر حرارت دادن افزايش يابد ، ماده تخريب مولكولي شده به زغال مبدل مي شود. اين رفتار را مي توان به تخم مرغ سفت شده در آب جوش تشبيه كرد كه وقتي خنك مي شود سخت است ودر اثر حرارت دادن مجدد نيز ، نرم نمي شود. پيوندهاي عرضي بين زنجيره هاي پليمر ، پيوندهاي شيميايي قويي هستند ؛ به همين دليل مواد گرماسخت دو مشخصه بارز سخت و مستقل بودن خواص مكانيكي از حرارت را دارا مي باشند . فنل فرم آلدييد ، اوره فرم آلدييد ، اپوكسيها و برخي از پلي استرها جزو مواد گرماسخت محسوب مي شوند.
گرماسختها

درسالهاي اخير ، به صنعت رو به افول مواد گرماسخت توجه دوباره اي مبذول شده است. بازار كلي مواد گرماسخت در اروپاي غربي به دلايلي سير نزولي داشته است كه يكي از آنها قديمي بودن گرماسختها وتوليد به روشهاي سنتي وبا سرعت كم است . دليل ديگر ورود پلاستيكهاي مهندسي مقاوم در برابر دماي زياد به بازار و نياز به ساخت قطعاتي بسيار كوچك خصوصاً در صنعت الكترونيك بوده است . اما امروزه گرماسختها رقابت با گرمانرمها را آغاز كرده و خصوصيات خوبي مانند رنگ پذيري ، سهولت روان شدن و شكل گيري در قالب را به همراه خواص عالي ديگر عرضه مي كنند.

امروزه ، مواد فنليك مخصوص قالبگيري همرا با گرانولهايي از مواد گرماسخت بر پايه اوره ، ملامين و پلي استرهاي اشباع نشده ( UP ) و رزينهاي اپوكسي – كه قابليت به آساني روان شدن را دارند – استخوان بندي كاربردهاي مهندسي متعددي را تشكيل مي دهند كه نياز به عدم ذوب شدن ، مقاومت شيميايي و حرارتي ، سفتي ، سختي سطحي ، استحكام ابعادي زياد و قابليت اشتعال پذيري اندك ، از مشخصه هاي بارز آنهاست . در بسياري از موارد ، حتي تركيبي از خواص گرماسختها نيز نمي تواند با گرما نرمهاي مهندسي مانند پلي آميدها ، پلي كربنا تها ، پلي فنيلن اكسايد ( PPO)، پلي اتيلن ترفتالات ( PET ) ، پلي بوتيلن ترفتالات ( PBT) ، استال ، حتي گرمانرمهاي گران قيمتي مثل پلي سولفون ، پلي اتر سولفون و پلي اتراتركتون ( PEEK) رقابت كند.

 

پلاستيكهاي گرماسخت
آمينوها
دو نوع آمينو پلاستيك موجود است: اوره فرم آلدييد و ملامين فرم آلدييد . اينها موادي سخت و محكم با مقاومت سايشي خوب و خواص مكانيكي كاملاً مناسب تا دماي C 100 است. اوره فرم آلدييد نسبتاً ارزان است ؛ اما به علت خاصيت جذب رطوبت ، استحكام ابعادي آن پايين است و معمولاً براي ساخت در بطري ، كليد برق ، دو شاخه برق ، دسته ظروف ، ابزار و سيني پلاستيكي به كار مي رود . قدرت جذب رطوبت ملامين فرم آلدييد كمتر و مقاومت آن در مقابل مواد شيميايي و درجه حرارت بيشتر بوده معمولاً در ساخت روكش ميز ، ورقه هاي پوشش سطوح و اسكلت الكتريكي به كار مي رود.

 

فنوليكها
فنل – فرم آلدييد ( باكليت ) يكي از قديمي ترين مواد مصنوعي موجود است كه محكم ، سخت و شكننده بوده مقاومتي خوب در مقابل خزش داشته خواص الكتريكي بسيار خوبي نشان مي دهد . متاسفانه اين ماده فقط در رنگهاي تيره موجود و نسبت به قلياها و عوامل اكسيد كننده آسيب پذير است. از كاربردهاي عمومي آن ، ساخت لوازم برقي خانگي ، دسته ي ديگ ، تيغه يا پره هاي خنك كننده ها ، دسته ي اتو و اجزاي پمپ است.

پلي يورتانها
اين ماده به سه شكل اسفنجي سخت ، اسفنجي نرم و كشسان وجود دارد. از مشخصات بارز آن ، مقاومت و استحكام بالا و مقاومت خوب در برابر مواد شيميايي و سايش است. از اسفنج سخت به صورت وسيعي به عنوان عايق استفاده مي شود. اسفنج نرم در مبلمان و نوع كشسان پلي يورتان در ساخت تايرهاي توپر و قطعات ضربه گير كاربرد دارد.
پلي استرها

اصلي ترين كاربرد آن ، به عنوان زمينه در برگيرنده الياف شيشه استحكام بخش است و به اشكال مختلفي در مي آيد . به عنوان ماده پركاربردي كه هر كسي با آن مي تواند كاركند معروف است و براي ساخت قايقهاي كوچك ، ظروف مخصوص نگهداري مواد شيميايي ، مخازن ، كيف و وسايل يدكي ، ابزارخودروها و نظاير آن به كار مي رود.
اپوكسايدها

رزينهاي اپوكسي از ساير مواد گرماسخت ( مانند پلي استر ) گرانتر است ؛ اما معمولاً به دليل مزايايي نظير چقرمگي بهتر ، آبرفتگي كمتر در حين پخت ، مقاومت بهتر در برابر شرايط جوي و جذب رطوبت كمتر ، ترجيح داده مي شود . كاربرد اصلي آن در صنعت هواپيماسازي است ؛ زيرا تركيب خوبي از خواص را در تلفيق با الياف استحكام دهنده ارائه مي دهد. محدوده درجه ي حرارت كار با آن ۲۵- تا ۱۵۰ درجه سانتي گراد است .

رفتارمكانيكي مواد مركب
رفتارپلاستيكهاي استحكام يافته با الياف در اثر تغيير شكل
پلاسيتك استحكام يافته ، از دو جزء اصلي تشكيل شده : اول ، زمينه كه ممكن است از مواد گرمانرم يا گرماسخت باشد ؛ دوم پر كننده ي استحكام بخشي كه معمولا به صورت ليف است . انواع مختلفي از تركيبها ، امكان پذير است. بطور كلي ، زمينه مقاومت كمتري در مقايسه با جزء دوم – كه شكننده و سخت تر است – دارد. براي بهره برداري بهينه از استحكام بخشي الياف ، بايد بيشترين مقدار از تنش اعمال شده را ، آنها تحمل كنند. نقش زمينه حمايت از الياف است و بار اعمال شده خارجي را به صورت برشي از فصل مشترك ليف – زمينه به الياف منتقل مي كند . چون الياف و زمينه از نظر ساختماني و خواص ، كاملاً متفاوت است ، بهتر است جداگانه مطالعه شود.

انواع استحكام دهنده ها
از پر كننده هاي استحكام بخش ، معمولا به صورت الياف و همچنين ذرات ( مثلا كره هاي شيشه اي ) استفاده مي شود. طيف گسترده اي از مواد بي شكل و بلوري به عنوان الياف استحكام دهنده به كار مي رود كه اهم آنها عبارت است از : الياف شيشه كربن ، و سيليكا . در سالها اخير با استفاده از پليمرهاي مصنوعي ، الياف مستحكمي توليد شده است ؛ مانند : الياف كولار ( از پلي آميدهاي معطره ) و الياف پلي اتيلن تر فتاليت .

انواع زمينه ها
زمينه به كار رفته در پلاستيك استحكام يافت ممكن است گرما سخت يا گرما نرم باشد .

گرما سختها
در گذشته تقريباً تمام گرما سختهايي كه در قالبگيري استفاده مي شد مواد مركبي حاوي پر كننده هايي مثل : آرد ، چوب ، ميكا و سلولز و …بود كه مقاومتشان را افزايش مي داد . اما به آنها معمولاً مواد استحكام يافته گفته نمي شود زيرا حاوي الياف استحكام دهنده نيست .

امروزه رزيناي گرما سختي كه همراه با الياف استحكام دهنده شيشه به طور فراواني به كار مي رود رزينهاي پلي استر اشباع نشده و در مقياس كمتري رزينهاي اپوكسي است . مهمترين ويژگي مثبت اين مواد آن است كه حين ايجاد شبكه هاي مولكولي و پيوندهاي عرضي ، مواد فراري آزاد نكرده امكان قالبگيري آنها در دماي اتاق و شار كم ، وجود دارد .

قالبگيري تزريقي واكنشي
اگرچه ساليان زيادي است كه در برخي روشهاي قالبگيري ( نظير روش دستي خواباندن الياف شيشه در پلي استر و قالبگيري فشاري گرما سختها و كشسانها ) مواد حين شكل گرفتن در قالب پخت نيز مي شوند . ولي فقط در سالهاي اخير است كه اين مفهوم به حوزه قالبگيري تزريقي وارد شده است . در قالبگيري تزريقي واكنشي مواد واكنش كننده سيال درست قبل از آنكه به داخل قالب تزريق شود . در معرض يكديگر قرار مي گيرد . سپس در درون قالب ، پليمره شدن انجام مي شود كه بدين ترتيب قطعه در واقع در حين شكل گرفتن مذاب در قالب ، ساخته مي شود . گاهي هم مواد استحكام دهنده اي به داخل يكي از مواد شركت كننده در واكنش اضافه مي شود كه اين روش به قالبگيري تزريقي واكنشي استحكام يافته موسوم است .

قالبگيري تزريقي مواد گرما سخت
در گذشته كاربرد قالبگيري تزريقي براي مواد گرما سخت چندان مورد استقبال قرار نمي گرفت .
زيرا كوششهاي اوليه نشان داد كه طبيعت مواد ضرورات تغييراتي در دستگاه ها و متعلقات را ايجاب مي كند . از طرف ديگر ، هر گونه تاخير ناخواسته يا اجباري پخت زودرس رزين را به همراه داشت كه موجبات انسداد دستگاه و مشكلات تميز كاري ناشي از آن را فراهم مي كرد . اما در سالهاي اخير ، مشخصه هاي فرايند شكل دادن گرما سختها به نحو قابل ملاحظه اي بهبود يافته است در نتيجه قالبگيري تزريقي خوشبختانه به عنوان يكي از روشهاي اصلي توليد قطعات با استفاده از مواد گرما سخت درآمده است . همچنين قالبگيري تزريقي مواد گرما سخت استحكام يافته با الياف مثل آميزه خميري مخصوص قالبگيري كاملاً رايج است .

پخت در داخل قالب به سرعت كامل مي شود . از چند نظر ، اين فرايند شبيه قالبگيري تزريقي مواد گرما نرم و مراحل مختلف عمليات در يك چرخه آن شبيه چيزي است كه قبلاً ذكر شده است .
براي مواد گرما سخت از محفظه و پيچ مخصوص استفاده مي شود . عمق ماردون تقريباً در تمام طول آن يكسان است . عدم استفاده از شير تنظيم امكان انسداد مواد را به وجود مي آورد . بدنه دستگاه تزريق فقط گرم نگاه داشته مي شود زيرا نبايد مواد در داخل بدن دستگاه پخت شود در حالي كه براي مواد گرما نرم بدنه راداغ مي كنند . از سوي ديگر افزايش گرانرويي مواد گرماسخت ، گشتاور زيادي را در ماردون ايجاد مي كند كه به فشار تزريق زياد نيازمند است .

در مورد سختيها بر خلاف گرمانرم ها كه قالب سرد نگاه داشته مي شد ، بايد قالب داغ باشد زيرا داغ بودن قالب سرعت پخت مواد را در خلال شكل گيري در حفره قالب تسريع مي كند . تفاوت ديگر آنها ساينده بودن مواد گرما سخت است كه طبيعتاً فشار تزريق بيشتري را لازم دارد و لذا براي ساخت قالب از فولاد سخت تر و با مقاومت فرسايشي بيشتري بايد استفاده كرد به علت طبيعت ساينده بودن مواد گرما سخت در جفت كردن قالب سيستم ئيدروليكي بر سيستم لولايي ترجيح داده مي شود زيرا غبار غير قابل اجتناب ناشي از پودر قالبگيري فرسايش و در نتيجه نشتي را در سيستم لولايي افزايش مي دهد .

در قالبگيري قطعاتي از جنس مواد گرما سخت مساله اتلاف مواد در گلوگاه و راهگاه ها بسيار جدي تر مطرح است زيرا اين مواد ديگر به صورت محدود قابل استفاده نيست . به هميندليل سرد نگه داشتن گلوگاه و راه گاه ها در قالب مهم است زيرا اگر اين قسمتها پخت نشود كماكان مي تواند در قالب در حين تخليه قطعه باقي مانده در دور بعدي براي ساخت قطعه بعدي به داخل حفره قالب نزريق شود . اين روش بسيار شبيه به روش قالب با معابر داغ براي مواد گرما نرم است . مزاياي قالبگيري تزيقي مواد گرما سخت به قرار زير است :
الف – زمان گردش عمليات كوتاهتر است
ب- تنظيم دقيق مقدار مواد مورد نياز ميسر است .
ج – پيش گرم كردن مناسب ماده مقدور است .

قالبگيري فشار دقيقه
بازكردن قالب ، خارج كردن قطعه
تميزكاري
بستن قالب ، شروع اعمال فشار
زمان چرخه قالبگيري
چرخه كل قالبگيري فشاري ۱۰۵/۰
۱۴۰/۰
۱۰۰/۰
۲۳۰/۲
۵۷۵/۲

قالبگيري تزريقي
خروج قطعه ، باز ، بستن قالب
زمان چرخه قالبگيري
چرخه كلي قالبگيري تزريقي ۱۰۰/۰
۹۰۰/۱
۰۰۰/۲

د- حواشي نازكتر بوده قدرت تميز كاري قطعه بيشتر است .
ه – هزينه ساخت قاب كمتر است .( موارد خاصي وجود دارد )