دانلود ‫پروژه قالبگیری تزریقی

آشنایی با بسپارها
بسپار مولکول بسیار بزرگی است که از بهم پیوستن تعداد زیادی مولکولهای کوچک که تکپاره نامیده می شوند پدید می آید.

به عبارتی دیگر زنجیر زنجیر بلندی است که از تکرار واحدهای شیمیایی کوچک و ساده ساخته شده است.

به هر یک از این واحدهای تکراری پار (و در زبان انگلیسی mer) گفته می شود و از به هم چسبیدن بسیاری پار بسپار (Polymer) ساخته می شود.

فرایند تولید بسپار از تکپار را بسپارش می گویند.

اغلب به علت ساختار زنجیر وار به هم متصل می شود.

از اصطلاح زنجیر بسپاری به جای مولکول یا درشت مولکول بسپاری استفاده می شود.

یک بسپار می تواند طول زنجیرههای متفاوتی داشته باشد.

بسپارهای تجاری عموما زنجیرهایی دارند که از 1000 تا 10000 واحد تکراری تشکیل شده اند.

اگر تعداد واحدهای تکراری در زنجیره خیلی زیاد نباشد ماده به صورت مایع خواهد بود و به آن چند پاره می گویند.

با افزایش واحدهای تکراری و در نتیجه افزایش وزن مولکولی حالت فیزیکی ماده به سمت مایع گرانرو و در نهایت جامد تغییر شکل می دهد.
یک درشت مولکول بسپاری می تواند به صورت خطی شاخه ای و یا شبکه ای وجود داشته باشد.

در یک بسپار خطی گروههای تکرار شونده پشت سر یکدیگر قرار می گیرند.

شکل فضایی این مولکولها معمولا به صورت یک کلاف نخ است و توده ای از این مولکولها کلاف درهم گره خورده ای را تشکیل می دهند.

این امکان است که روی یک زنجیر بسپار زنجیره های کوچک دیگری رشد کنند که به آنها شاخه می گویند و به این نوع بسپارها بسپار شاخه ای می گویند.

شاخه های متصل به بدنه زنجیر می توانند کوتاه یا بلند باشند.
در حالتی که زنجیرهای یک ماده بسپاری بوسیله اتصالات عرضی به یکدیگر پیوند خورده باشند بسپار شبکه ای نامیده می شود.

بسپارهای شبکه ای به دلیل ساختار به هم پیوسته ای که دارند در حلالها حل نمی شوند.
کوپلیمرها نوعی از بسپارها هستند که از بسپارش دو با چند نوع تکپاره با یکدیگر بدست می آبند.

در این حالت به تکپاره ها همتکپاره گفته می شود.

گاهی اوقات غبارت هموپلیمر برای بسپار ساخته شده از یک تکپار منفرد به کار گرفته می شود.
بلورینگی
اگر ساختار مولکول بسپار منظم بوده و فاقد گروه های جانبی بزرگ باشدزنجیرها می توانند به آسانی در کنار یکدیگر مستقر شوند و نظم یابند.

مناطقی که در آهنها زنجیرهای بسپار در کنار هم منظم قرار می گیرند را نواحی بلوری می گویند.

به بسپارهایی که ریخت بلوری و یا جهت یافتگی خاصی بین زنجیرهای آن مشاهده نشود بسپار بی ریخت یا بی شکل می گویند.

میزان بلورین بودن یک بسپار یکی از عوامل مهم در تعیین خواص آن می باشد.

بطور مثال شفافبت یکی از خواص ظاهری است که تابع بلورینگی استو
در بسپارهای شاخه ای وجود شاخه ها مانعی برای تشکیل نواحی بلورین است به همین دلیل در یک نوع بسپار که قابلیت بلورینگی دارد گونه های خطی آن نوع بسپار بلوری تر از گونه های شاخه ای همان بسپار بوده و خواص متفاوتی نیز خواهند داشت.
به هنگام فراورش و شکل دهی بسپارها این امکان هست که با تغییر شرایط فراورش میزان بلورینگی را در محصول نهایی تغییر داد چون نظم یابی زنجیرها در کنار هم یا بلورین شدن بسپار وابسته به شرایط دمایی و زمانی استو
برای مثال با افزایش بلورینگی در یک قطعه:
- دمای ذوب مقاومت شیمیایی و صلبیت افزایش می یابد.
- ضربه پذیری شفافیت مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی و تراوایی قطعه در برابر گازها کاهش می یابد.
رفتار گرمایی بسپارها
در حالت کلی بسپارهای صنعتی را می توان به دو گروه گرمانرم و گرماسخت تقسیم کرد.

گرمانرمها در بیانی ساده بسپارهایی هستند که در اثر گرما نرم شده و در بالاتر از یک دمای خاص جریان می یابند.

به عبارتی دیگر در این مواد امکان لغزش زنجیره های بسپاری روی هم در اثر گرم شدن وجود دارد به طوری که درشت مولکولها از انرژی کافی جهت غلبه بر نیروهای بین مولکولی برخوردار هستند.

بالطبع با سرد کردن این مواد سفت شده و زنجیره های آن از حرکت باز می ایستند.
گرمانرمها را می توان بارها گرم کرد و شکل داد.

این مواد قابلیت حل شدن در حلال را نیز دارند.

گرمانرومها از نظر تجاری مهمترین دسته مواد پلاستیکی هستند.

80% بسپارها در دنیا جزء گرمانرمها هستند.

ساختار مولکولی گرمانرمها بصورت خطی یا شاخه ای است.
گرما سخت ها پلاستیکهایی هستند که در اثر گرما یا عوامل دیگری از قبیل تابش اشعه و رطوبت پخت شده و تبدیل به محصولاتی غیرقابل ذوب و انحلال می شوند.

اصطلاح گرما سخت به این دلیل روی این مواد گذاشته شد که اولین پلاستیکهای شبکه ای ساخته شده در اثر گرما شبکه ای می شدند اما در چند دهه اخیر روشهای غیر گرمایی نیز برای شبکه ای کردن مواد استفاده می شود.

رفتار گرمانرمها در برابر گرما با رفتار مواد کوچک مئلکول بسیار متفاوت است.

بسپارها معمولا نقطه ذوب مشخصی ندارند و فرایند ذوب آنها در محدوده ای از دما صورت می گیرد.

نواحی بی ریخت و بلورینه گرمانرم رفتارهای متفاوتی در مقابل گرما دارند.

اگر یک ر بی ریخت را گرم کنیم به محدوده ای از دما می رسیم که در آن تحرک بخشهایی از زنجیر ممکن شده و بسپار نرم می شود.

به این دما دمای انتقال شیشه ای (Tg) گفته می شود که از ویژگیهای مهم یک بسپار گرمانرم است.

اگر به گرما دادن ادامه دهیم به جایی می رسیم که کل زنجیر امکان حرکت پیدا می کند.

به این محدوده از دما که در آن زنجیرهای بسپار می توانند روی هم بلغزند دمای ذوب (Tm) گفته می شود.
نواحی بلورین از مقاومت گرمایی بیشتری نسبت به نواحی بی ریخت برخوردار هستند به عبارتی دمای ذوب بیشتر و مشخص تری دارند.

دمایی که برای ذوب بلورها تعریف می شود (Tc) دمایی است که در آن نواحی بلورین نظم خود را از دست می دهند.

برای داشتن جریان در یک بسپار بلورین لازم است که آن را تا بالاتر از دمای ذوب بلورها گرم کنیم.

در حالت عمومی برای اغلب بسپارها بین سه دمای مذکور رابطه زیر برقرار است:
Tg < tc=""><>
وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی
وزن مولکولی یک بسپار نقش مهمی در کاربرد آن ایفا می کند.

جالب و مفید بودن ویژگیهای مکانیکی بسپارها نتیجه وزن مولکولی بسیار زیاد آنها است.

وزن مولکولی ر تعیین کننده ویژگی های مکانیکی و نیز فرایند پذیری آن است.

هر چه وزن مولکولی زیادتر شود مقاومت شیمیایی و خواص مکانیکی ماده (از قبیل استحکام چقرمگی خزش مقاومت در مقابل ترک) نیز بهبود می یابد.

اما در عین حال موجب زیاد شده کرانروی مذاب بسپار شده و فراورش آن را مشکلتر می کند.

در صنعت برای تخمین وزن مولکولی از اندازه گیری شاخص جریان مذاب بسپار استفاده می شود که عبارت است از وزنی از بسپار که در حالت مذاب و تحت فشاری مشخص از میان روزنی استاندارد طی 10 دقیقه رانده می شود.

این شاخص با گرانروی بسپار و در نتیجه وزن مولکولی آن نسبت معکوس دارد.

زوشهای دقیق تر تخمین وزن مولکولی کروماتوگرافی ژل تراوایی (GPC) و اندازه گیری گرانروی محلول بسپار است که روشهایی آزمایشگاهی هستند.
وزن مولکولی یک بسپار در طول فرایند بسپارش کنترل می شود.

شرایط واکنش نوع فرایند و نوع یازیگرها (کاتالیزورها) از عوامل موثر بر وزن مولکولی هستند.

البته در یک بسپار تجاری همه مولکولها هم اندازه نیستند.

به عبارتی در طول فرایند بسپارش همه مولکولها به یک اندازه رشد نمی کنند و یک بسپار شامل مخلوطی از مولکولهایی با وزنهای مولکولی مختلف است.

هنگامی که از وزن مولکولی یک بسپار صحبت می شود درواقع میانگین وزن مولکولی درنظر گرفته می شود.

در کنار وزن مولکولی توزیع وزنهای مولکولی مختلف در بسپار نیز از عوامل تعیین کننده ویژگی ها است و باید مورد بررسی قرار گیرد.
وزن مولکولی بسپارها معمولا با دو روش تعیین و گزارش می شود که عبارتند از:
وزن مولکولی میانگین عددی Mn و وزن میانگین وزنی Mw که اینگونه تعریف می شوند:
وزن مولکولی میانگین عددی Mn و وزن میانگین وزنی Mw که اینگونه تعریف می شوند: تعداد کل زنجیرها / وزن کل زنجیرهای بسپار = Mv کل وزن زنجیرها / مجموع (تعداد زنجیرهای هم وزن x وزن هر زنجیر با تعداد واحدهای تکراری مشخص) = Mw اگر زنجیرهای یک بسپار دارای اندازه های تقریبا یکسانی باشند توزیع وزن مولکولی باریک خواهد بود و به آن به اصطلاح تک پراکند می گویند و هر چه اندازه زنجیرها متنوع تر باشد توزیع مذکور پهن تر خواهد بود و به آن بس پراکند می گویند.

در یک بسپار تک ژراکند مقادیر Mn و Mw یکسان خواهد بود اما در بسپار بس پراکند رابطه زیر برقرار است: Mn هرچه توزیع وزن مولکولی پهن تر باشد اختلاف بین مقادیر انواع وزن مولکولی ها افزایش می یابد.

برای بیان چگونگی توزیع وزن مولکولی از نمایه پراکندگی (PDI) استفاده می شود که عبارت است از حاصل تقسیم وزن مولکولی میانگین وزنی بر وزن مولکولی میانگین عددی: Mn در PDI = Mwهای تک پراکند نمایه فوق برابر یک است و هرچه توزیع وزن مولکولی پهن تر باشد مقدار آن از یک بیشتر خواهد بود.

چگونگی توزیع وزن مولکولی یک بسپار روی ویژگی های آن تاثیر زیادی دارد و در نتیجه توزیع های متفاوت وزن مولکولی یک بسپار آن را برای کاربردهای متفاوتی مناسب می سازد.

بسپارهایی که توزیع وزن مولکولی باریک دارند نسبت به گونه هایی که توزیع وزن مولکولی آنها پهن است ویژگی های مکانیکی بهتری دارند اما فراورش آنها به مراتب مشکل تر است.

فهرست رفتار پلاستیکها تلرانس ها مقدار انقباض تنش حرارتی طراحی و پارامترهای موثر تلرانس و شرینکیج استرس های حبس شده و باقی مانده تمرکز تنش رفتار پلاستیکها: یکی از عوامل مهم در طراحی آشنائی با پلاستیکها است.

به ضمیمه آشنائی با یک نوع پلیمر آورده شده است.

پارامترهای کلیدی که باید طراحی ساختاری پلاستیک مدنظر باشند: مقدار و طول مدت اعمال تنش – کرنش و درجه حرارت magnitufe and duration of در دمای خاص مقدار و زمان استرس یا کرنش در عکس المعمل ساختاری و رفتار استحکام پلاستیک تاثیر می گذارد.

و در یک مقدار از تنش و کرنش با زمان اعمال معلوم تغییر در دما می تواند باعث تغییرات عمده در عکس العمل و رفتار استحکام پلاستیک گردد.

محیط Environment محیط اعمال تنش و کرنش و طول مدت اعمال آنها با هم تاثیر متقابل دارند.

محیط های شیمیایی، نفوذپذیری تابش UV، دمای بالا محیط مرطوب تاثیر مستقیم بر خواص پلاستیک خواهد داشت.

لذا مسئله طراحی محصول را نتاثر می نماید.

افزودنی های و اصلاح کننده ها Additives anf mofifiers تقویت کننده ها Reinforcement الیاف قوی در پلاستیکها باعث بهبود خواص افزایش و استحکام و پایداری ابعادی می شوند.

فرایند process فرایندی که طی آن قطعه تولید می شود می تواند کارایی ساختاری محصول نهایی را دیکته نماید مثل اورینته شدن مولکولها که می تواند باعث افزایش استحکام در جهت جریان مذاب شود.

اکسیداسیون و کریستالیزاسیون که می تواند باعث شکنندگی شود.

تلرانس ها – انقباض Tolerances / shrinkage برای کنترل ابعاد و تلرانس های درنظر گرفته شده ، براساس فرایندی که انتخاب شده است برای ضخامت حد مینیمم و ماکریممی وجود داردو هر پلاستیکی / پلیمری بسته به ساختار مولکولی اش و ویژگی فرایند انتخاب شده دارای محدوده مختص به خود است.

در خارج این محدوده معمولی مذاب قابل کنترل نیست.

یک عامل مهم در تلرانس، انقباض پلاستیک است.

انقباض عبارتست از اختلاف ابعادی قطعه در دمای اتاق 12 تا 24 ساعت پس لز تولید.

مقدار انقباض – در ارتباط با فاکتورهای مختلف عوامل مختلفی بر انقباض موثرند.

از آنجا که آرایش یافتگی یکی از عوامل مهم است مقدار انقباض در جهت عمود بر آن تفاوت دارد.

انقباض کلی حاصل دو انقباض سریع و پس انقباض است.

عوامل موثر بر انثباض منشاء متفاوت دارد.

یکی از آنها عوامل فرایندی است مانند دمای ذوب – دمای قالب (سریع سرد شدن)، فشار تزریق و سیکل تزریق و دیگر ضخامت و ماهیت ماده و افزودنیها، بطور مثال افزودن فیلرها باعث کاهش انقباض به مقدار توجهی گردد که هر چه درصد فیلر بیشتر باشد میزان انقباض کمتر است.

CLTE ضریب انبساط حرارتی خطی: ضریب انبساط حرارتی خطی عبارتست از نسبت تغییرات ابعادی به ابعاد اولیه با افزایش یک درجه از دما که معمولا با cm/cm/c بیان می شود.

که در جدول زیر این ضریب برای تعدادی از پلیمرها ذکر شده است.

این فاکتور نیز در کنترل ابعادی و تلرانس ها عامل موثریست که طراح محصول باید مدنظر داشته باشد.

پلاستیکها دارای محدوده وسیعی از CLTE هستند.

حتی کامپاندهای پلیمری پر شده با گرافیت دارای رفتار معکوس است بدین معنی که با اعمال حرارت به جای انبساط منقبض می گردند و بالعکس.

پلاستیکها همانند فلزات وقتی گرم می شوند منبسط می گردند و در سرما منقبض می شوند.

معمولا در تغییرات دمائی یکسان تغییرات ابعادی پلیمرها بیشتر از فلزات است.

CLTE هنگامی بسیار اهمیت می یابد که بخواهیم در طراحی محصول یک ماده پلاستیکی را در کنار و متصل شده به یک قطعه فلزی بکار بریم.

این نکته هنگامی با اهنیت تر می شود که در محدوده درجه حرارت موردنظر، ترانزی شن های حرارتی مانند Tg پلیمر نیز قرار گیرد.

در صورتی که فاکتور CLTE به خوبی در طراحی لحاظ نشود قطعه در اثر کشیده شدن ترک خورده و یا بالعکس در اثر ازدیاد طول دچار خمیدگی خواهد شد.

CLTE را با آرایش یافتگی مولکولی، افزودن فیلر و نقویت کننده ها، پخت می توان کنترل نمود.

به کمک افزودنیهایی می توان مقدار آن را صفر نزدیک کرد.

(پلاستیک + گرافیت).

تنش حرارتی: اگر یک قطعه پلاستیکی در انبساط و انقباض آزاد باشد خاصیت انبساط حرارتی حائز اهمیت چندانی نیست.

اما اگر به قطعه دیگر ضریب انبساط کمتر وصل شده باشد.

حرکت قطعه محدود می گردد.

حاصل تغییر دما باعث بروز تنش در قطعه می شود.

مقدار این تنش بستگی به میزان تغییر درجه حرارت نحوه اتصال دو قطعه به یکدیگر و اختلاط ضرایب دو قطعه و مشخصه مدولوس دو ماده در دمای موردنظر دارد.

مثلاً قطعه ای اکسترودری ترموپلاستیک به طول 8/304 سانتی متر با clte بالا به یک قطعه فلزی مونتاژ شده است.

تغییرات دمایی حدود 33/43 از 11/21 تا 40- است.

مقایسه انقباض دو ماده نشان می دهد که قطعه پلاستیکی حدود 10 برابر فلز منقبض شده است.

به خاطر مدول بیشتر فلز انقباض پلاستیک امکان نداشته و تنش حرارتی در آن ایجاد خواهد شد.

میزان این تنش ایجاد شده در پلاستیک بوسیله ضریب انبساط و مدول الاسنیسیتی به صورت زیر تعیین می گردد.

در این مثال هر چند تنش ایجاد شده کمتر تنش تسلین پلاستیک است امال وجود این تنش می تواند باعث بروز شکست در قطعه گردد.

که معمولاً این اتفاق در نقاطی که به گونه ای ضعیف تر است رخ می دهد مثلاً گوشه های تیز، ترکها باقیمانده در اثر پلیسه گیری و ...

طراحی و پارامترهای موثر فاکتورای مهمی که باید در طراحی مدنظر باشد به شرح زیر است: ضخامت قطعه، تلرانس، Ribs، گوشه های قطعه، شیب های خروجی، سوراخ ها، رنگ، پرداخت سطحی، میزان مراقبت، عملیات رنگ آمیزی، درزهای جدایش، موقعیت gate، انقباض قطعه، روش مونتاژ، طراحی قالب، حجم تولید، مواد انتخابی، ماشین انتخابی برای تولید، در شکل زیر اثر نوع ماده انتخاب شده در طراحی را می توانید ببینید.

تهیه یک لیست کامل از حد و مرزها و محدودیتها در طراحی از قدمهای عمده ابتدائی در طراحی قطعات پلاستیکی است، در صورت اهمال در انجام این مرحله می توان منتظر بروز خطاهای هزینه بود.

به طور مثال در صورت عدم رعایت موارد فوق ممکن است قالب تزریقیث سازد که بسیار هم گران است.

و تنها بدین علت که ماده انتخاب شده توانایی تحمل بارهای وارده را به خود ندارد و انتخاب اشتباه بوده که قالبش هم ساخته شده است.

تلرانس و شرنیکیج برای تلرانس دو نوع شرینکیج را باید در نظر داشت: انقباض اولیه انقباض ثانویه که معمولاً تا 24 ساعت پس از تولید بروز می نماید.

تابیدگی و انقباض warpage یا طراحی نامناسب کانالهای خنک کن قالب است.

حرارت زیادتری را باید از ناحیه gate برداشته شود تا از کناره ها، لذا احتمال تابیدگی در قطعه همواره یک مورد مهم در طراحی قالب است.

باعث آن اختلاف میزان انقباض سطوح مختلف قطعه است.

علت دیگر آن فشرده شدن مواد در یک قسمت است در حالیکه در قسمت دیگر فشردگی مواد کمتر است.

مثال کلاسیک تابیدگی آرایش یافتگی مولکولها و یک قطعه است که دارای gate در نقطه وسط است.

اگر سرعت خنک شدن قطعه اطراف اسپرو طولانی تر از کناره ها باشد قطعه تاب برمی دارد.

این اختلاف در زمان خنک شدن می تواند در اثر حرارت ایجاد شده به خاطر اصطلاک کانالهای خنک کننده باید بگونه ای طراحی شوند که حرارت بیشتری را از ناحیه gate بردارد.

استرسهای حبس شده یا باقیمانده اینگونه تنشها هم می تواند باعث تابیدگی قطعه گردد.

تنشهای ایجاد شده در اثر فرایند بر خواص مختلف قطعه تاثیر می گذارد.

بطور مثال در دمای اتاق یک PS آرایش یافته، پلیمری امورف شیشه ای و شکننده است، در حالیکه PS آرایش یافته از یک طرف بسیار غیر ایزوتروبیک است.

مقاومت کشش بالا، ازدیاد طول مقاومت بالاتر در برابر ترک برداشتن،...

در جهت آرایش یافتگی بیشتر است.

PS که مولکولهای آن در یک جهت آرایش یافته باشد، مقاومت ضعیف تری در جهت عمود به آرایش یافتگی دارد.

Stress Concentration (تمرکز تنش): در طراحی همیشه بایستی از گوشه های تیز احتراز شود.

این امر بویژه هنگامی که مواد انتخابی ترموپلاستیک بوده و روش تولید تزریق موردنظر باشد، بیشتر حائز اهمیت است.

تجربیات حاصل از طراحی های مختلف دیکته می کند که از گوشه های تیز در قطعات از هر جنسی باید احتراز شود.

در کامژوزیتها، پلاستیکهای تقویت شده و قطعات فلزی گوشه های تیز خیلی بحرانی نیستند چرا که تنش متمرکز شده در گوشه ها در مقایسه با استحکام مواد بسیار کم است.

فاکتور تمرکز تنش K K= در شکل زیر اثر شعاع گوشه را بر فاکتور تمرکز تنش ملاحظه می کنیم.

فرض شود که نیروی "مطابق شکل" بر قسمت صاف گوشه وارد می شود.

با زیاد شدن شعاع گوشه در صورت ثابت بودن بقیه ابعاد R/T به تناسب زیاد و فاکتور تمرکز تنش کاهش می یابد.

وقتی که R/T شش برابر بزرگ شود، یعنی از 0.1 به 0.5 برسد مقدار K، 50٪ کم می شود یعنی از 3 به 5/1 می رسد.

این منحنی نشان می دهد چگونه K را با افزایش R می توان کاهش داد.

به تجربه طراحان دریافتند که طراحی شعاع گوشه با شیت R/S = 0.5 بدست می آید.

فهرست (تکنیکهای مدرن شناسایی پلاستیکها) مقدمه بررسی ساختار پلاستیکها بررسی کلاسیک بررسی و شناسایی نمونه های پلاستیک روشهای شیمیایی شناسایی پلیمرها روشهای دستگاهی بررسی و شناسایی پلیمرها خلاصه ای از انواع روش های دستگاهی روشهای اسپکتروسکپی در پلیمرها محدوده طیف انواع روشهای اسپکتروسکپی انواع اسپکتروسکپی الکترونی اسپکتروسکپی اشعه ایکس مزایای دستگاه ESCA یا XPS شناسایی و آنالیز کیفی و کمی در اسپکتروسکپی اسپکتروسکپی رزونانس اسپین اسپکتروسکپی رزونانس مغناطیسی هسته ای جفت شدگی دوقطبی مزایای حالت جامد نسبت به حالت محلول کاربرد عمده NMR اسپکتروسکپی نوترونی پراش نوترون در زاویه کم روشهای کروماتوگرافی طبقه بندی روشهای کروماتوگرافی کروماتوگرافی گازی کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا کروماتوگرافی براساس اندازه مولکولی کروماتوگرافی ژل تراوایی آنالیز حرارتی گرماسنجی پویشی تفاضلی حلالهای مهم برای پلاستیکها تکنیکهای مدرن شناسائی پلاستیکها Modern Techniques of Plastics Characterisation چکیده: هدف: آشنائی با تکنیکهای مدرن که برای شناسائی و بررسی خواص ساختار پلیمرها و بالخص پلاستیکها که در شکلهای مختلف در دسترس قرار می کیرند.

مانند: مواد اولیه و گرانولها، قطعات و یا وسائل ساخته شده، ضایعات پلاستیکی و ظروف مصرفی.

در این مقاله نگرشی در ساختار پلیمرها، روشهای کلاسیک شناسائی، زوشهای شیمیایی و روشهای دستگاهی که برای بررسی، آنالیز و شناسائی پلاستیکها بکار می روند ارائه می گردد.

سپس طبقه بندی انواع روشهای دستگاهی که برای شناسائی بکار برده می شوند.

این روشها شامل کلیه دستگاههای مدرن که با استفاده از خواص فیزیکی مواد پلیمری، بررسی اثرات و برهم کنشهای پارامترهای مختلف دستگاهی بر روی آنها، شناسائی و تعیین ساختمان میکروسکپی برحسب شکل فضائی زنجیره و آرایش اتمها (گروهها) در طول زنجیر پلیمر.

برای هریک از روشهای دستگاهی اصول و کاربرد یک یا چند دستگاه مدرن را بیان می گردد.

مقدمه با پیشرفت صنایع پلیمری، سنتز و تولید پلیمرهای جدید، ادامه توسعه تکنیکهای تولید و فرآیند، مصرف انواع پلیمرها برای کاربردهای مختلف، این امر مستلزم بکاربردن روشهای مدرن و پیشرفته ای برای شناسائی کیفی و کمی، مطالعه و بررسی خواص فیزیکی و ساختار پلیمرها می باشد.

در این خصوص علاوه بر آن ادامه توسعه روشهای شناسائی و بررسی خواص هموپلیمرها با گرید بالا (مانند پلی آمیدهو پلی استرهاوپلی کربوناتها و پلی یورتانها...

و غیره) امکان طراحی روشهای شناسائی برای نیازهای جزئی ساختار پلیمره مانند منومرهای سنتزی، پلیمرهای چند جزئی که خواص جدیدی خواهند داشت که از میان آنها کوپلیمرهای گرافت و بلوک کوپلیمرها، همچنین مخلوطی از منومرهای غیرقابل اختلاط، رنگها، پرکننده ها و پلاستیکهای تقویت شده را می توان نام برد.

در شناسائی سیستمهای پلیمری چند جزئی، ساختار عناصر در سطح ماکرومولکولها تشخیص داده شود.

به این گروه از ترکیبات، توزیع جرم مولکولی، نحوه آرایش، تسلسل زنجیره و برای کوپلیمرها واحد ساختار قابل بررسی است.

روشهای فیزیکی نه فقط برای آنالیز و شناسائی پلیمرها و پلیمرهای چند جزئی بکار می رود بلکه پایه عملی برای ارتباط بین ساختار ماکرومولکولها، شرائط تولید و فرآیند و تکنولوژی آنها.

شکل زیر شماره (1) ارتباط سه موضوع را با هم نشان می دهد.

شکل شماره (1) رابطه بین ساختار مورفولوژِ، ساختار مولکولی و شرایط تولید و فرآیند در ارتباط با خواص تکنولوژی.

در بیست سال گذشته تکنیکهای مدرن اندازه گیری پیشرفت قابل توجهی داشته است و همچنین در حال توسعه است.

در این گزارش نگرشی بر خواص ساختار پلیمرها، روشهای کلاسیک و شیمیائی شناسائی و اندازه گیری، سپس انواع دستگاههای اندازه گیری مورد مطالعه قرار داده، پس از آن را خلاصه ای از چند تکنیک مدرن که در شناسائی پلیمرها بکار می روند شرح داده می شود.

(1) بررسی ساختار پلاستیکها Structural Investigation Of Plastic خواص ساختار یک پلیمر را می توان از روی مطالعه ساختمان میکروسکپی برحسب شکل فضائی زنجیره و آرایش اتمها در طول زنجیره (مطالعه ابعاد، شکلها و آرایش عناصر در یک ساختار مولکولی بزرگ) پلیمر را با استفاده از دستگاههای مدرن اندازه گیری تعیین کرد.

زنجیره پلیمری دارای سه خاصیت اساسی است که شامل: شکل فضائی زنجیره، آرایش اتمها در طول زنجیره و جرم مولکولی و پراکندگی آن است.

ساختار میکروسکوپی پلیمرها که شامل: شیمی فضائی (مراکز عدم تقارن و نحوه آرایش اجزاء) و ایزومری واحدهای تکرار ÷ذیر، نحوه قرار گرفتن گروههای جانبی، و انواع کوپلیمرها (بی نظم، تناوبی، یک در میان، بلوک، گرافت، ستاره دار، چند جزء، شبکه های درهم نفوذ کرده و مخلوط پلیمری) پلیمرهای چند جزء، حالت کریستالی پلیمرها و اندازه گیری انتقالات در پلیمر و تعیین وزن مولکولی و اندازه ذرات می باشند.

(2) روشهای کلاسیک بررسی و شناسائی نمونه های پلاستیک Clasical Methods of Plasic Characteristion پلاستیکها مانند سایر مواد با مشاهدات دقیق می توانند شناسائی و یا حداقل دسته بندی شوند.

بهنوان مثال شفافیت پلی متیل متاکریلات از تیرگی رزینهای فنولیک قابل تشخیص است، همچنین بین حلالیت پلی استایرین و پلی وینیل الکل در آب تفاوت قابل توجهی وجود دارد، لیکن آزمایشهای دقیق و گسترده تر و روشهای شناسائی معتبرتر لازم به نظر می رسند، و از این نظر پیشرفت زیادی حاصل شده است.

بطور کلی شناسائی یک پلیمر از نظر نوع منومرهای تشکیل دهنده، عناصر تشکیل دهنده، مواد افزودنی، پایدار کننده ها، پر کننده ها و ناخالصی های موجود در هنگام فرآیند قابل بررسی است.

در روشهای کلاسیک پنج مرحله را می توان در شناسائی پلیمرها بکار برد که شامل: الف- بررسیهای اولیه (مقدماتی) هدف اصلی از انجام بررسیهای اولیه، تعیین نوع و گروهی که پلیمر به آن تعلق دارد.

این آزمایشات شامل: خواص ظاهری و فیزیکی، مانند شکل ظارهری، رنگ، بو، اثر چسبی، روش ساخت و نحوه شکل گیری پلیمر، سختر، تاثیر حرارت، وزن مخصوص روی نمونه بدون هیچگونه تغییری در آن.

مشخصه های کمی مانند عدد صابونی شده، ارزش اسیدی و عدد دید، غالباً ارزشی در مورد نوع پلاستیک به دست می دهند.

علاوه بر این، نتایج مهمی راغ می توان از رفتار ماده در اثر گرما و اشتعال ÷ذیری آن بدست آورد.

در بعضی موارد به تنهائی با هیم آزمایشها می توان نمونه را تشخیص داد.

ب- آزمایشهای حرارت و شعله بسیاری از پلاستیکها هنگامیکه با دقت گرم و مشتعل شوند با رفتار خود تا حدودی مشخص می شوند.

آزمایش باید با دقت و بر روی مقدار کمی از ماده انجام شود.

زیراغ چنانکه گرما بسیار زیاد یا سریع باشد، تجزیه روی می دهد و تغییرات مشخصه های پلاستیک را نمی توان مشاهده کرد.

اگر مقادیر زیادی از ماده بکار رود ممکن است انفجارهای ناگواری و یا گازهای سمی یا محرک متصاعد گردد.

در جدول پیوست شماره (1) نتایج حاصل از حرارت دادن و اشتعال نمونه های پلاستیکی خالص را نشان می دهد.

ج- انحلال پذیری (حلالیت) انحلال پذیری یا آزمایش حلالیت یک روش ساده برای تشخیص پلاستیکها و دیگر پلیمرهاست.

با بررسی انحلال پذیری ماده در حلالهای مختلف، احتمالاً می توان آنرا به یک گروه از پلاستیکها تخصیص یا با دقت بیشتری هویت آنرا تشخیص داد.

بعنوان مثال رزینهای ترموست در حالت سخت شده در حلالهای معمولی نامحلولند.

در این موارد باید حلالهای ویژه ای بکار برد و ماده باید با روشهای دیگر شناسائی شود.

با وجود این ترموپلاستیکها معمولاً در حلالهای مناسب حل می شوند.

در جدول پیوست (2) لیست پلاستیکها و حلالهایی که در آنها محلولند یا نامحلولند داده شده است.

د- آنالیز عنصری این روش یک روش کلاسیک و بیشتر جنبه کیفی دارد، از نظر کمی بایستی از دستگاه آنالیر عنصری که درصد اجزاء تشکیل دهنده یک پلیمر را تعیین می کند استفاده کرد.

اساس آن ترکیب ماده با سدیم در حالت مذاب، پس از آن حل کردن در آب و سپس با روشهای افزودن معرفهای شناسائی هر یک از عناصر هالوژنه، ازت و گوگرد انجام می گردد.

ه- شناسائی نهائی شناسائی و تمییز پلیمرهای مختلف از یکدیگر صورت می گیرد.

در این قسمت با طبقه بندی پلیمرها و انجام یک سری آزمایشهای کیفی کلاسیک، میتوان ماهیت مجهول را تعیین کرد.

بعنوان مثال، پلیمرهای حاوی ازت، گوگرد، کلر، فلوئور و پلیمرهائی که دارای ازت، گوگرد و هالوژن نمی باشند.

(3) زوشهای شیمیائی شناسائی پلیمرها Chemical Methods of Polymer Characterisation تمام تجزیه های شیمیائی براساس اندازه گیری خواص فیزیکی مواد است.

مثلاً اندازه گیری پارامترهائی مانند: طول موج در اسپکتروفتومری، اختلاف پتانسیل پیل در پتانسیومتری، در حقیقت در اندازه گیریها ممکن است عملیات جداسازی و یا واکنشهای شیمیایی اتفاق بیفتد.

برای جداسازی و آنالیز اجزا یک مخلوط، روشهای متعددی وجود دارند از آن جمله: تقطیر کردن، رسوب دادن، کریستالیزه کردن، الکترولیز و استخراج با حلال و روشهای مختلف کروماتوگرافی.

مراحل یک تجزیه شیمیایی شامل: 1- آماده سازی نمونه، انحلال نمونه، 2- جداسازی اجزا موردنظر، 3- اندازه گیری، 4- محاسبات و بحث نتایج، روشهای اندازه گیری شامل: روشهای کلاسیک (وزنی، حجمی) و روشهای دستگاهی: اسپکتروسکوپی (طیف سنجی)، میکروسوپی، کروماتوگرافی، الکتروشیمیائی، حرارتی، هسته ای، نوری بنابراین کلیه روشهای دستگاهای آزمایشگاهی برای شناسائی و تعیین اجزای ترکیب شیمیائی مولکولهای پلیمری چه بزرگ و چه کوچک بطور گسترده استفاده می شوند و تفسیر نتایج حاصله از آن عبارتند از : الف- آنالیز عنصری: این روش برای شناسائی ناشناخته ها کمک می کند، معیار ارزیابی سنترهای جدید و تعیین درجه خلوص پلیمرها، ترکیب شیمیائی پلیمرها، کوپلیمرها که حاصل آن تعیین درصد ترکیب عناصری چون: C, H, O, N & S و غیره می باشد که با استفاده از دستگاه آنالیز عنصری انجام می پذیرد.

ب- گروههای عاملی: در این روش واکنش یک گروه خاص با یک معرف شناخته شده نظیر اسیدها، بازها، عوامل اکسید کننده و احیا کننده را در بر می گیرد مانند تیراسیون گروههای کربوکسیلی.

ج- تخریب انتهائی: در این روش پیوندهای مخصوصی همچون اکسیداسیون یا هیدرولیز بطور انتخابی قیچی می گردد، مانند ازونولیز پلیمرهایی که شامل پیوند دوگانه می باشند.

د- واکنشهای حلقوی: آنالیز ترادف از طریق شکل گرفتن لاکتن ها، لاکتامها، ایمیدها، تترالنها و حلقه های انتهائی.

ه- واکنشهای هماهنگ: شامل آنالیز ترادف با استفاده از واکنشهای یک گروه با یک گروه مجاور.

(4) روشهای دستگاههای بررسی و شناسائی پلیمرها Instrumental Methods of Polymer Characterisation این روشها شامل کلیه دستگاههای مدرن که با استفاده از خواص فیزیکی مواد پلسمری، بررسی اثرات و برهم کنشهای پارامترهای مختلف دستگاهی بر روی آنها، شناسائی و تعیین ساختمان میکروسکپی برحسب شکل فضائی زنجیره و آرایش اتمها (گروهها) در طول زنجیر پلیمر، و شامل: روشهای اسپکتروسکپی روشهای کروماتوگرافی روشهای آنالیز حرارتی روشهای آنالیز حرارتی روشهای الکتروشیمیائی روشهای اندازه گیری خواص فیزیکی جدول شماره (3) خلاصه ای از انواع روشهای دستگاهی، کاربرد و دستگاههای مورد استفاده نشان داده شده (5) روشهای اسپکتروسکپی در پلیمر اسپکتروسکپی: علم بررسی برهم کنشهای پرتو الکترومغناطیس یا ماده است.

این یک تعریف کلی از هر دو جنبه نظری و علمی برای کاربردهای وسیع آن می باشد.

تعریف اسپکتروسکپی پلیمری: عبارت است از علم برهم کنشهای رزونانس کوانتمی پرتوهای الکترومغناطیس با پلیمرهاست.

اسپکتروسکپی پلیمر: اقدامات کاربردی با محدوده وسیعی از روشهای اسپکتروسکپی برای مطالعه پلیمرها، مانند مواد با جرم مولکولی زیاد که بوسیله اتصال ترکیبات مناسب با جرم مولکولی کم (مونومر) تشکیل می گردد.

با توجه به این اصل می توان پلیمرهای سنتزی و بیوپلیمرها را با توجه به ترکیبات شیمیائی بین هموپلیمرها و کوپلیمرها و بین پلیمرهای خطی، زنجیره ای و شبکه ای بررسی کرد.

اطلاعات حاصل از اسپکتروسکپی پلیمر اطلاعات اولیه حاصل از اسپکتروسکپی، عبارت از اختلافات انرژی که در اثر برهم کنش پرتو انرژی زا با ماده پلیمری است و به شکل: خط، نوار، با شدتهای مختلف که رد بعضی از آزمایشات بستگی زمان و یا علامهای پلاریزه شدن دارند.

از روی اطلاعات اولیه، دو نوع اطلاعات مربوط به ساختار و رفتار دینامیکی پلیمرها در اسپکتروسکپی پلیمری به اثبات می رسد.

(جدول شماره 4) جدول شماره (4) اطلاعات مربوط به ساختار و رفتار دینامیکی سیستمهای پلیمری حاصل از اسپکتروسکپی هدف عمده کاربردهای آنالیتکالی اسپکتروسکپی پلیمری بدست آوردن اطلاعات ساختاری و یا ترکیب شیمیائی است.

این نوع اطلاعات بخصوص اگر کوپلیمرهای پیچیده، رزینها و...

غیره مورد شناسائی قرار گیرند قابل ارزش است.

نحوه آرایش (تاگتیسیته tacticity) یا آرایش اتمها یا گروهها در طول زنجیره (کنفراگراسیون configuration) مایکرومولکولها غالباً درجه بلورنیگی (کریستالینیته) که می توان طول زنجیر (درجه کریستالیته، یا شکل منظم زنجیر) یا در سه بعد را تعیین می کنند.

پدیده دینامیکی مورد مطالعه با اسپکتروسکپی شامل حرکتهای اتمها و جرء عظیمی از ماکروبلاکها مانند گروههای جانبی میباشد.

اگر حرکتهای دسته جمعی نوسانات شبکه در نواحی تبلور را بوجود آورند آنا را phonons گویند.

حالتهای برانگیخته نیز ممکن است که بدون ارتباط با نفوذ مولکولی بشکل excition حرکت کند.

وبلاخره، محدوده وسیعی از برهم کنشهای خاص مولکولی بعلت کم یا زیاد که می توان بخوبی بشکل تشکیل کمپلکس و بوسیله روشهای اسپکتروسکپی مناسب می توان آنها را مطالعه کرد.

بالطبع، همه تکنیکهای اسپکتروسکپی اطلاعات کلی را در هر یک از موارد جدول فوق شماره را نمی دهند.

و بعضی از آنها را می توان با روشهای غیر اسپکتروسکپی مطالعه کرد.

محدوده طیف (اسپکتر Spectral) محدوده طیف که بوسیله روشهای مختلف در شکل (شماره 2) نشان می دهد، در اشل طول موج بین (1A).0.1nm تا 10m پوشش داده شده است.

کل محدوده اسپکتروسکپی به سه گروه می توان تقسیم بندی کرد: