آشنایی با خصوصیات گرمایی پلیمرها و روشهای اندازه گیری آن
بسپار/ ایران پلیمر برای درک فرایند رانشگری، تنها شناخت جنبه‌های سخت افزاری دستگاه کافی نیست. برای درک کامل فرایند، نیاز است خصوصیات موادی که فرایند می‌شوند، شناخته و درک شوند. ویژگی‌های بسپارها تا حد زیادی، طراحی مناسب دستگاه و رفتار فرایند را تعیین می‌کند. دو گروه اصلی از خواص وجود دارند که در فرایند رانشگری مهم هستند، خواص شارش شناسی (ریولوژی) و خواص گرمایی، که در این مقاله به خواص گرمایی پرداخته خواهد شد. خصوصیات گرمایی، چگونگی رفتار بسپار با دما را بیان می‌کند. رسانایی گرمایی، امتزاج پذیری و سازگاری، کنترل فرایند رانشگری، حجم مخصوص، ریخت‌شناسی (مورفولوژی)، گرما و آنتالپی مخصوص، گرمای ذوب، ضریب انتشار گرمایی، نقطه ذوب و زمان القاء و روشهای اندازه‌گیری و کنترل آنها از جمله مواردی است که در زمینه خصوصیات گرمایی مطرح میشود.
مقدمه
رانشگری (اکستروژن) یکی از روشهای شکل‌دهی بسپارها و روشی بسیار انعطاف‌پذیر است. فرایند‌های رانشگری در دستگاه رانشگر (اکسترودر) انجام میشود. رانشگر مجموعه سیلندر و ماردان است که به عنوان واحد اصلی تولید محصولات بسپار کاربرد دارد. یکی از مهمترین ویژگی بسپارها و به ویژه پلاستیک‌ها سهولت شکلپذیری آنها است. برای دستیابی به شکلپذیری و حفظ ویژگی‌های مطلوب، درک خواص فرایند رانشگری حیاتی است. اصول طراحی دستگاه‌ها و ماشین‌آلات فرایند بسپارها و تولید محصولات بسپار بر پایه شناخت اصول و خواص یادشده استوار است. خصوصیات گرمایی اجازه می‌دهد پیش‌بینی تغییرات دما در بسپار و چگونگی واکنش بسپار به تغییرات دما امکانپذیر گردد [1].
بحث
خصوصیات گرمایی
در فرایند رانشگری پلاستیک‌ها، خواص گرمایی بسیار مهم هستند. در ابتدای رانشگر، ذرات بسپار جامد تا نقطه ذوب گرم می‌شوند. در قسمت میانی رانشگر، دمای مذاب بسپار تا مقدار قابل توجهی بیش از نقطه ذوب افزایش می‌یابد؛ با این حال گرمادهی و ذوب ذرات جامد باقی مانده ادامه دارد. در انتهای رانشگر، بسپار مذاب باید به حالت گرمایی همگن برسد. زمانی که مواد رانشگری شده از رانشگر خارج می‌شوند باید تا دمای اتاق سرد شوند. در طی کل این فرایند، بسپار تاریخچه گرمایی پیچیدهای را تجربه می‌کند. دانستن خواص گرمایی بسپار برای توصیف و تجزیه و تحلیل کل فرایند رانشگری حیاتی می‌باشد.
رسانایی گرمایی
رسانایی گرمایی ماده اساسا نسبت بین شار رسانایی گرمایی و شیو (گرادیان) دمایی است که شار گرمایی را ایجاد می‌کند. رسانایی گرمایی بسپارها بسیار کم و حدود دو تا سه مرتبه کمتر از بسیاری از فلزات است. از نظر فرایندی، هدایت گرمایی کم برخی از مشکلات اساسی را ایجاد می‌کند. یکی از این مشکلات این است که آهنگی که در آن بسپارها میتوانند نرم شوند را محدود می‌کند. همچنین رسانایی گرمایی کم می‌تواند باعث سرمایش غیریکنواخت و انقباض شود. این موضوع منجر به تنش پسماند، تغییر‌شکل مواد رانشگری شده، لایه لایه شدن، خلل و فرج و غیره میشود. رسانایی گرمایی بسپارهای اَریخت (آمورف) به دما نسبتا حساس است.
در کمتر از دمای گذار شیشهای، رسانایی گرمایی با دما کمی افزایش می‌یابد و در بیش از دمای گذار شیشهای، رسانایی گرمایی با دما به آرامی کاهش می‌یابد. اگرچه در اغلب مسائل مربوط به رانشگری، هدایت گرمایی بسپار اَریخت را میتوان مستقل از دما فرض کرد. به طور کلی، رسانایی گرمایی بسپارهای نیمه بلوری بیش از بسپارهای اَریخت است. در محدوده دمایی کمتر از نقطه ذوب بلور، رسانایی گرمایی با دما کاهش می‌یابد و در محدوده دمایی بیش از نقطه ذوب، نسبتا ثابت باقی می‌ماند. رسانایی گرمایی با افزایش چگالی و درنتیجه بلورینگی افزایش می‌یابد.
ذرات فشرده بسپار، به دلیل حضور فضاهای خالی بین آنها، رسانایی گرمایی کمتری دارند. بر اساس داده‌های تجربی،Kunii و Yagiمدلی برای رسانایی گرمایی پیشنهاد دادند [2].
Langeckerاندازه‌گیری‌های گسترده‌ای از هدایت گرمایی پودرهای بسپاری فشرده انجام داد و رابطه خطی بین هدایت گرمایی و چگالی توده یافت [3،4]. وابستگی هدایت گرمایی و نفوذپذیری پلی اتیلن به دما، چگالی و عوامل مولکولی توسطKamal , Tan و Kashani[5] مورد بررسی قرار گرفت. مقاله آنها شامل مروری بر کارهای تجربی پیشین در زمینه هدایت گرمایی بود.
همچنین برای بررسی تاثیر دو آمیزه یا دو بسپار با رسانایی گرمایی متفاوت بر فرایند رانشگری لازم است در ابتدا امتزاج‌پذیری بسپارها با مثالی در این زمینه در ادامه یادآوری شود.
(ادامه دارد …)
