فرآوری پلاستیکها
فرآوری پلاستیکها
مشخصههای طراحی، شرایط فرآوری و کمیت قطعات تولیدی روشهای مختلف فراوری را مشخص میکنند. عمده فراوریها پلاستیکی عبارتند از:
1) حدیدهکاری
2) قالبگیری
3) شکل دادن گرمایی
4) ریختهگری
5) انبساط
6) پوشش دادن
7) تزئین و مونتاژ
8) جوشکاری و مونتاژ
1- حدیدهکاری
حدود 33% پلاستیکها به وسیلهی حدیدهکاری فرآوری میشوند. حدیدهکاری عبارتند از ذوب پیوسته پولیمر و خارج ساختن آن با فشار از حدیده.
حدیده سوراخی شبیه به سطح مقطع قطعهی نهایی است. قطعهی حدیدهکاری شده باید ضمن خروج از حدیده سرد و کشیده شود و به طول مورد نظر بریده شود.
انواع ماشین حدیدهکاری
1) تکپیچ
2) پیچ دوقلو
3) سمبهای
4) پمپ دندهای
تک پیچ: پیچ حدیدهکاری به صورت انطباق جرم دو لولهی حدیده قرار گرفته، این پیچ هم کار جلو بردن پلاستیک و هم ایجاد گرمای استحکاکی برای ذوب پلاستیک را انجام میدهد. برای کنترل دمای حاصل از گرمکنهای برقی و سرد کردن لولهها معمولا از آب یا هوا استفاده میشود. (چرخ گوشت)
پیچ دوقلو: تفاوت اصلی با تکپیچ عبارتست از وجود دو پیچ جفتشونده با هم که ممکن است همسوگرد یا غیر همسوگرد باشند. استفاده از پیچ دوقلو میزان اختلاط و ظرفیت خروجی را بالا میبرد. حدیدهی دوپیچ معمولا برای نرخ تولید بالا و یا ترکیب پلیمرها استفاده میشود.
سمبهای: برای کارهای پیوسته و یا گسسته یک سمبه یا پیستون جانشین پیچ حدیده میشود.
پمپ دندهای: انتقال پلاستیک یا پلیمر از طریق چرخدندههای درگیر انجام میگیرد. پمپدنده، پمپی با فشار زیاد و دبی (جرم یا حجم در واحد زمان) کم است. (Rotary Pump)
اجزای خط حدیدهکاری
وسایل بالادست شامل تمام وسایلی مربوط به ذوب کردن مانند المنتهای برقی و فشار دادن پلیمر هستند. وسایل پاییندست شامل تمام وسایل سرد کردن و تصحیح اندازهی قطعه حدیدهکاری شده هستند. تمام اجزاء پس از قالب حدیدهکاری، وسایل پاییندست محسوب میشوند. سرد کردن معمولا به کمک وان آب، هوای سرد یا غلافهای تبریمدی صورت میگیرد. (سرد کردن)
در برخی از تولیدات، از چرخ زنجیردار یا تسمهای در وسایل پاییندست استفاده میکنند.
کاربرد حدیدهکاری
1) ترکیب کردن: مخلوط کردن پلیمرها و مواد افزودنی و حدیدهکاری رشتههای چندگانهی پلاستیک و حبهسازی برای تغذیه ماشینهای دیگر
2) لولهسازی: لولههای نازک و کلفت با قطر بیش از 0.5 انیچ
3) ساخت پروفیل: قابهای پنجره، لبههای تزئینی در اتومبیل، زائدههای پلاستیکی لبه پلهها، تسمههای لب میز
4) میله: میلهگردهایی با قطر بیش از 0.06 اینچ
5) رشته: رشتههایی کمتر از 1.25 میلیمتر و حتی رشتههای نازکتری به قطر 125 میکرون (الیاف نساجی)
6) ورقههای نازک: با ضخامت بالاتر از 250 میکرون
2- قالبکاری
الف- تزریقی: از این قالبها در تولید انبوه پلاستیکها استفاده میشود که دارای دقت زیاد و هزینهی کم است. تفاوت آن با حدیدهکاری در میزان نرمسازی است. (بیشتر ذوب میکند)
انواع قالبگیری تزریقی
1) پیچی رفت و برگشتی
2) سمبهای
3) دو مرحلهای (شامل یک مرحله حدیدهکاری و یک مرحله قالب گیری سمبهای میشود) پیچ پلاستیک را از داخل حدیده عبور میدهد و به داخل پیستون هدایت میکند. بعد از پر شدن سیلندر و به هنگام پایین آمدن پیستون، یک شیر سیلان پلاستیک از حدیده به درون سیلندر قطع میشود.
انواع گیرههای ماشینهای تزریقی
1) گیرههای مکانیکی که با فشار اهرم قالب را بسته نگه میدارد.
2) گیرههای هیدرولیکی که از یک یا چند سیلندر برای بسته نگه داشتن قالب استفاده میشود.
نکاتی در رابطه با قالبهای تزریقی
· پلاستیکهای گرم و نرم قالب سرد لازم دارند تا به خوبی در آنها سفت شود. (قالبها با نوعی سیال سرد میشوند)
· طراحی و ساخت قالب بسیار مهم است زیرا همواره باید توزیع فشار داخلی قطعه و دمای آن یکنواخت باشد.
· همانند ریختهگری فلزات پلاستیک چهار قالب را پر میکند. (مجرا – راهگاه – مدخل – حفرهی قالب)
مجرای قالب پلاستیک مادهی مذاب را از روزنهی ماشین به راهگاه هدایت میکند و راهگاهها پلاستیک را بین مدخلها تقسیم میکند و مدخلها نقاط ورودی سیستم راهگاهی به حفرهاند.
· در قالبهای سرد، مدخلها، راهگاهها و مجرا همراه قطعه از قالب خارج میشوند.
· در قالبهای گرم، مدخلها، راهگاهها و مجرا مذاب باقی میمانند و قطعهی سردشده خارج میشود.
ب- قالبگیری تزریقی - واکنشی: تفاوت عمده در این حالت با تزریقی در این است که در این نوع قالبگیری از یک نوع رزین مایع استفاده میشود. رزین با پاشش مستقیم دو مایع به طرف هم به صورت فوارههای پرفشار درون حفرههای قالب مخلوط میشوند. این فرآیند مخلوط کردن چسبیدنی پرفشار نام دارد. سپرها، صفحهی جلوی ماشین، گوشههای تزئینی سپر ماشین مثالهای خوبی از این روش هستند.
ج- قالبگیری دمیدنی: (I) قالبگیری دمیدنی حدیدهای: تلفیقی از دو روش حدیدهکاری و دمیدن شیشه است. قطعه به صورت لوله از دستگاه و حدیدهکاری خارج و درون قالب قرار میگیرد. سپس قالب بستهشده، حدیدهکاری متوقف و هوا از طریق منافض بسیار باریک شبیه سوزن به داخل قطعه تزریق میشود. قطعه به بدنه قالب چسبیده و شکل نهایی را میگیرد. ظروفی با حجم کمتر از 30 تا 380 میلیمتر را میتوان با این روش تولید کرد.
(II) قالبگیری دمیدنی تزریقی: این فرآیند بسیار پیچیده و پرهزینه است. (بسیار مذاب شده)
د- قالبگیری فشاری: این قالبگیری قدیمیترین نوع قالبگیری پلاستیکهاست. معمولا لاستیکهای گرم و سخت قالبگیری فشاری میشوند. نرمسازی در این فرآیند با توجه به فشار گیره و گرمای قالب است. (دما)
دستگاه قالبگیری فشاری مانند یک پرس هیدرولیک قوی عمل میکند.
انواع دستگاههای قالبگیری فشاری
1) سرریز: مادهی اضافی با فشار از حفره خارج میشود و به یک محفظهی سرریز میرود.
2) تمام مثبت: حفرهی سرریز وجود ندارد و خوراک قالب باید به دقت اندازهگیری شود.
3) نیمه مثبت: حالتی است بین دو حالت قبلی، ورقهای پلیاستر با این روش تولید میشود.
ه- قالبگیری انتقالی: (از نوع قالبگیری با دقت بالا است) بدلیل مشکلات نرمسازی پلاستیکها درون حفرهی قالب ایجاد بسیاری از جزئیات داخلی قطعه و مغزگذاری در قالبگیری فشاری غیر عملی است. بنابراین دو شکل قالبگیری انتقالی انجام میگیرد.
(I) قالبگیری سمبهای که سمبه پلاستیک نرمشده را از طریق یک سیستم راهگاهی وارد حفرهی قالب میکند.
(II) قالبگیری انتقالی کاسهای، در این حالت ساختمان حفرهی قالب، مجراها، راهگاهها و مدخلها همانند قالبگیری تزریقی است.
3- شکل دادن گرمایی
شکل دادن گرمایی بسیار شبیه قالبگیری تزریقی میباشد اما بسیار ارزانتر از آن است. در این حالت پلاستیک به نقطهی ذوب نمیرسد. شکل گرفتن پلاستیک (مانند حدیدهکاری) در این حالت به صورت مومسانی اتفاق میافتد. این فرآیند برای تبدیل پلاستیکهای گرما نرم به شکل ورقهها، میلهها و لوله بکار میرود. قطعاتی از قبیل ظروف یکبار مصرف، مورد استفاده در هواپیما و لوازم منزل میباشد.
انواع شکل دادن گرمایی
1) شکل دادن مستقیم: یک ورق پلاستیک گرمشده با وضعیت مناسب روی قالب قرار میگیرید. سپس به کمک خلاء به داخل حفره قالب کشیده میشود. در بعضی مواد با دمیدن هوا در جهت عکس قطعه شکل میگیرد. قالب شکل دادن مستقیم میتواند از قالب آلومینیوم ریختگی، اپکسی و یا حتی چوب باشد. بدنهی داخل یخچال را با این روش میسازند.
2) شکل دادن پوشاندنی: شکل قالب مانند شکل دادن مستقیم است. در این مورد از قالب نرم استفاده میشود. عیب یا خاصیت این روش این است که در مواقعی که پلاستیک دیرتر میرسد قطعه نازکتر یا ضخامت کمتری پیدا میکند و در مواقعی که پلاستیک زودتر به قالب میرسد، قطعه ضخامت بیشتری پیدا میکند.
3) شکل دادن مکانیکی: در این حالت به فشار هوا یا خلاء نیازی نیست. جزئیات شکلدهی هم از داخل صورت میگیرد یعنی هم از قالب نر هم از قالب ماده استفاده میشود. این روش برای قطعات ظریفتر بکار میرود.
فرآیندهای ویژه برای مواد پلاستیکی چندسازهای پلیمری
1) لایهسازی
2) رشته پیچی
3) حدیدهکشی (به این صوت که رشتههای پلاستیکی را از رزین مایع رد میکنند تا اشباح شود، سپس از درون یک حدیدهی گرم عبور میدهند تا شکل بگیرد، مانند چوب ماهیگیری و کمان)
4- ریختهگری
ریختهگری نیاز به فشار ندارد و با پلاستیکهای مایع یا پودری انجام میگردد. فرآیند جوش خوردن پلاستیک (همگن شدن) در این حالت از طریق گرما و خود به خود صورت میگیرد.
روشهای مختلف ریختهگری
الف- ریختهگری دورانی: ریختهگری دورانی که مهمترین فرآیند تک پلیمری است یک قالب سرد دو تکه را تا قسمتی از پلاستیک پر میکند. سپس دو نیمهی قالب را به هم میبندیم تا ظرف آببندی شده (همگن) ایجاد شود. سپس قالب دوران میکند تا پلاستیک به دمای جوش خوردن برسد. در نتیجه پلاستیک مذاب در اثر نیروی گریز از مرکز به بدنهی قالب میچسبد و شکل آن را میگیرد و بعد از سرد شدن میتوان آن را خارج کرد.
ب- ریختهگری سرریز: برای پلاستیکهای گرما نرم استفاده میشود، بطوریکه پس از رسیدن پلاستیک به نقطهی جوش خوردن، مقدار زیادی پلاستیک از درون قالب سرریز میشود.
ج- ریختهگری با قالب کامل: قطعه را در داخل پلاستیک مایع فرو میکنند. قطعه همواره در داخل آن باقی میماند تا اینکه عمل جوش خوردن انجام میشود. مورد استفاده این حالت برای ساخت هستهی پیچگشتی است.
د- ریختهگری فروبردنی: قطعات توخالی انعطافپذیر مانند دستکش و دستهی دندهی اتومبیل با این روش ساخته میشود. مانند ریختهگری سرریز است با این تفاوت که در آن سطح یک قالب نرم با فرو بردن در ظرف پلاستیک پوشانده میشود.
5- فرآیندهای انبساطی
ساختن اسفنجها از این طریق استفاده میشود. با استفاده از یک عامل بادکننده به درون پلاستیک مذاب در قالب انجام میگیرد. اسفنجسازی را میتوان طی فرآیندهای حدیدهکاری، قالبگیری تزریقی و ریختهگری انجامید.
پلاستیکهای اسفنجی به صورت زیر هستند:
- اسفنج ساختمانی (برای قطعات کامپیوتری)
- اسفنج مایع
- اسفنج دانهای
6- پوششکاری
الف- پوششکاری حدیدهای: قالب پنجرههای چوبی با پوشش ونیل
ب- پوششکاری فروبردنی: دستههای پیچگشتی و انبردست
ج- پوششکاری با گرد: 1) پوششکاری الکترواستاتیکی: به این صورت که در اثر جذب الکتریکی پودر، بار منفی به سمت قطعه حرکت کرده و به آن میچسبد که در این صورت یک لایهی یکنواخت از قطعه مینشیند. سپس قطعه را گرم میکنند تا پلیمر به خوبی بچسبد. پس از سرد شدن الکتریسته را قطع میکنند.
2) پوششکاری سیالشده: هوای فشرده وارد مخزنی پر از پودر میشود تا آنها را به حرکت درآورد. به مرور این مخزن گرم شده و در مسیر حرکت پودر به صورت سیال در میآید و به نقطه میچسبد. در این حالت باید پودر بیشتر از دمای ذوبش گرم شود. از این روش معمولا برای عایقکاری استفاده میشود.
7- فرآیندهای تزئینی
الف- رنگکاری
ب- آبکاری
ج- فلزپوشی در خلاء: فرآیندی که در آن قطعات پلاستیکی را در یک محفظه خلاء قرار میدهند و مقدار کمی فلز پوشاندنی را به کمک جرقهی برقی تبخیر میکنند. فلز تبخیرشده به سطح پلاستیک میچسبد. برای یکنواختی قطعه را چندین بار تغییر حالت میدهند.
د- چاپ
ه- قالب داغ (رنگریزهی داغ)
8- جوشکاری و مونتاژ
1) چسباندن
2) استفاده از حلال
3) واکنش شیمیایی
4) ذوب
5) چسباندن مولکولی
6) جوشکاری فراصوتی (امواج صوتی با فرکانس 20000 هرتز ایجاد میشود و محل چسبیدن کاملا یکنواخت خواهد بود)
7) جوشکاری صفحهی داغ
8) جوشکاری هوادار
9) جوشکاری چرخشی
10)جوشکاری ضربهای
11)جوشکاری مکانیکی
محمد رضا ابراهیمی
محمد رضا ابراهیمی