دمای انحراف حرارتی (HDT) پلاستیک‌ها چیست؟
امروزه صنعت پلیمر و ساخت انواع پلاستیک‌ها با فرمول‌های مختلف، رونق بسیار زیادی پیدا کرده است. از این رو مفاهیم و نکات به کار برده شده در این صنعت هم از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند و توصیه می‌کنیم اطلاعات خود را درباره آن‌ها ارتقا دهید. یکی از مهم‌ترین نکات در این زمینه مربوط به دمای انحراف حرارتی پلاستیک یا HDT بوده که یک مفهوم فوق‌العاده کاربردی محسوب می‌شود. در ادامه با پارت پلاست همراه باشید تا به صورت کامل به ارائه توضیحات کاربردی درباره این مفهوم بپردازیم.
تعریف دمای انحراف حرارتی
دمای انحراف حرارتی یا Heat Deflection Temperature در واقع معیاری از مقاومت یک پلیمر در برابر تنش و اعوجاج در برابر یک بار معین در دماهای بالاست. به عبارت ساده‌تر می‌توانیم دمای انحراف حرارتی پلاستیک را دمایی بدانیم که نماد مقاومت پلیمر در زمانی است که تحت یک بار خمشی قرار گرفته و دما به مرور افزایش پیدا می‌کند. بررسی این مقاومت یا سنجش میزان این دما، از طریق آزمایش بر روی یک میله پلیمری انجام می‌شود. از این رو می‌توان این معیار را دمایی تعریف کرد که یک میله آزمایش پلیمری در آن به میزان 0.25 میلی‌متر، تحت یک بار مشخص دچار خم شدگی می‌شود. لازم به ذکر است که این مقدار 0.25 میلی‌متر هیچ استانداردی نداشته و می‌تواند کمتر با بیشتر باشد.
بارهای خمشی کاربردی در تست دمای انحراف حرارتی پلاستیکی
همان طور که اشاره کردیم اندازه‌گیری دمای انحراف حرارتی، از طریق وارد کردن یک بار یا نیروی خمشی به پلیمر در دماهای بالا انجام می‌شود. دو مورد از بارهایی که معمولا در این تست مورد استفاده قرار می‌گیرند به شرح زیر هستند.
0.46 مگا پاسکال
در این حالت نوار تست در یک حمام روغنی که رو به گرم شدن بوده غوطه‌ور شده و منجر به افزایش مداوم دمای حمام می‌شود. معمولا روند افزایش دما به صورت دو درجه سانتی گراد در دقیقه است. این مورد دقت بسیار بالایی داشته و در مواقعی که دقت آزمایش اولویت بالایی دارد، بهترین گزینه است.
1.8 مگا پاسکال
در این حالت مقدار بار واردشده به صورت دقیق برابر با 1820 کیلو پاسکال است. در این موقعیت نیز نوار تست در حمام روغن غوطه‌ور شده و یک گرمایش پیوسته را به دنبال دارد. این بار معمولا برای پیش‌بینی حداکثر دمای سرویس قطعاتی که تحت بار مکانیکی قرار می‌گیرند، استفاده می‌شود.
مواد با دمای انحراف حرارتی بالا
معیار دمای انحراف حرارتی در مواد و پلاستیک‌های مختلف با ویژگی‌های متفاوت، یکسان نبوده و تفاوت‌هایی دارد. از این رو می‌توانیم ادعا کنیم که برخی از مواد می‌توانند مقاومت بالاتری داشته، دمای انحراف حرارتی بالاتری را نمایش دهند. برخی از مواد با این ویژگی‌های به شرح زیر هستند.
- ترموپلاستیک
- توموست
- لاستیک
عوامل موثر بر روی دمای انحراف حرارتی
یکی دیگر از موضوعاتی که در این راستا از اهمیت بسیار بالایی برخوردار بوده و باید حتما به آن بپردازیم، عوامل موثر بر روی دمای انحراف گرماست. این دما بر اساس روش‌های مختلفی با دقت بالا اندازه‌گیری می‌شود، اما باز هم عواملی هستند که می‌توانند بر روی نتیجه نهایی و دقت آزمایش اثرگذار باشند. در این بخش به معرفی چند نمونه از موثرترین عوامل می‌پردازیم.
- شرایط اکستروژین، در صورتی که سطوح جهت‌گیری بالاتر باشند، در نهایت به مقادیر بالاتری از این دما دست پیدا می‌کنیم.
- مورفولوژی، هر اندازه سطح بلورینگی بالاتر باشد، مقادیر مربوط به این دما نیز بالاتر خواهند بود.
- بارگذاری پرکننده، افزایش این عامل می‌تواند منجر به افزایش این دما شود. به صورت کلی موارد تقویت شده و پرشده، HDT بالاتری دارند.
- وجود نرم‌کننده‌ها نیز یکی دیگر از عوامل موثر در این راستا بوده که باعث نرم‌تر و منعطف‌تر شدن پلیمر شده و این دما را کاهش می‌دهند.
از دیگر عوامل موثر و مهم در این راستا می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم که حتما در فرایند آزمایش باید به آن‌ها توجه ویژه‌ای داشته باشید.
- مدت زمان قرار گرفتن در معرض دمای بالا
- سرعت افزایش دما
- وجود رزین پایه
- هندسه بخش
کاربردهای دمای انحراف حرارتی فلزات
از دیگر موضوعات مهمی که نیاز به بررسی بیشتر در این راستا دارد، کاربردهای مختلف این معیار است. همان‌طور که می‌دانیم صنعت پلیمر و پلاستیک، این روزها تا حد زیادی گسترش پیدا کرده است. از این رو می‌توانیم ادعا کنیم که از این فاکتور و اطلاعات همراه با آن، معمولا در زمینه‌های مختلفی استفاده می‌شود. غربالگری مواد برای پیشرفت‌های قالب گیری تزریقی یکی از کاربردهای گسترده این فاکتور محسوب می‌شود. هر اندازه این معیار بالاتر باشد، نشان‌دهنده فرایند قالب گیری سریع‌تر خواهد بود.
به صورت کلی از این فاکتور در بسیاری از بخش‌های طراحی محصول، مهندسی و ساخت انواع محصولات استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای این معیار می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
- اجزای مختلف ترموپلاستیک
- تعریف استفاده از مواد در عناصر گرمایش
- مشخص کردن مقدار کاربردی از هر ماده در مقایسه با یکدیگر
محدودیت‌های موجود در تعیین HDT
در کنار کاربردهای متعدد و گوناگونی که برای این فاکتور مشخص می‌شود، لازم است تا درباره محدودیت‌های آن نیز اطلاعات کاملی در اختیار داشته باشید. امروزه در برخی از مواقع ممکن است برای تعیین این فاکتور با محدودیت‌هایی درگیر باشید که برخی از آن‌ها به شرح زیر هستند.
- همسان نبودن نمونه از نظر حرارتی
- وجود گرادیان دما برای نمونه‌های ضخیم
تفاوت‌های موجود در میان HDT و VST و Tg
در این بخش قصد داریم تا این معیار را با پارامترهای دیگری که در این صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله VST و TG، مورد بررسی قرار دهیم. در بخش‌های قبلی با دمای انحراف حرارتی یا همان HDT به صورت کامل آشنا شدیم. در این قسمت برای اینکه بتوانیم تفاوت‌های موجود در این راستا را به صورت کامل مورد بررسی قرار دهیم، نیاز داریم تا برای این مفاهیم هم تعریف‌های کلی در نظر بگیریم.
VST چیست؟
VST در واقع به معنای دمای نرم شدن ویکات است. این تست برای شناسایی دمایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن یک سوزن با ابعاد مشخص به یک نمونه پلاستیکی در فاصله معینی تحت یک بار مشخص شده، نفوذ می‌کنند. در این تست دمایی که نمونه مورد نظر فرم پایدار خود را از دست داده و نرم می‌شود، اندازه‌گیری خواهد شد. از این رو نقطه ذوب ویکات در واقع نقطه نرم یا ذوب شدن واقعی پلیمر بوده که باید در نظر گرفته شود. مقدار و یا عدد ویکات معمولا بیشتر از دمای انحراف حرارتی بوده که به عنوان اصلی‌ترین تفاوت در میان این دو پارامتر در نظر گرفته می‌شود.
TG چیست؟
دمای TG به عنوان دمای انتقال شیشه‌ای شناخته شده و به معنای دمایی است که در آن یک بخش کریستالی و یا نیمه کریستالی پلیمر، ذوب می‌شود. در این حالت پلیمر از یک ساختار منظم، تبدیل به یک ساختار بی‌شکل خواهد شد. در برخی از مواقع ماده می‌تواند بیشتر از یک TG داشته باشد. این معیار نسبت به دمای انحراف حرارتی، وابستگی به مراتب کمتری به عوامل خارجی مانند افزودن تقویت کننده، پرکننده و یا نرم کننده دارد. دلیل این امر وابستگی بالای این فاکتور به ساختار یا مورفولوژی پلیمر است.
مقادیر HDT برخی از پلاستیک‌ها
| نام پلاستیک | کمترین مقدار در بار 0.46 MPa | بیشترین مقدار در بار 0.46 MPa | کمترین مقدار در بار 1.8 MPa | بیشترین مقدار در بار 1.8 MPa |
|---|---|---|---|---|
| مواد ABS اکریلونیتریل بوتادین استایرن | 68.0 | 100.0 | 88.0 | 100.0 |
| ABS ضد شعله | 90.0 | 120.0 | 80.0 | 110.0 |
| آمورف TPI مخلوط مقاوم در برابر مواد شیمیایی | 263.0 | 263.0 | 240.0 | 240.0 |
| آمورف حرارت بالا قابل لحیم‌کاری | 237.0 | 237.0 | 230.0 | 230.0 |
| ASA آکریلونیتریل استایرن آکریلات | 80 | 95 | 75 | 80 |
| سلولز استات | 50 | 100 | 44 | 90 |
| کوپلیمر الفین دایره‌ای | 127 | 170 | 116 | 151 |
| پلی وینیل کلرید | 100 | 120 | 85 | 110 |
| اتیلن کلروتری فلوئورواتیلن | 90 | 92 | 63 | 67 |
| پلی استایرن با ضربه بالا | 80 | 100 | 75 | 80 |
| آینومر | 34 | 75 | 40 | 40 |
| پلیمر کریستال مایع | 220 | 220 | 190 | 190 |
| پلی ایتسلن کم چگالی | 40 | 50 | 30 | 40 |
| پلی آمید | 150 | 190 | 60 | 80 |
| الیاف شیشه | 235 | 231 | 178 | 180 |
| پلی اریلات | 180 | 180 | 110 | 174 |
| پلی تیریمید | 195 | 210 | 190 | 200 |
| پلی اتر سولفون | 205 | 212 | 195 | 203 |
| پرفلروآلکوکسی | 70 | 75 | 90 | 90 |
| پلی اکتید | 53 | 56 | – | – |
| پلی متیل پنتن | 80 | 90 | 49 | 55 |
| پلی اکسی متیلن | 158 | 172 | 110 | 136 |
| پلی پروپیلن | 85 | 104 | 50 | 60 |
| پلی فتالامید | – | – | 120 | 138 |
| پلی فنیلن اتر | 110 | 138 | 90 | 130 |
| پلی وینیلیدین کلراید | 80 | 90 | 54 | 65 |
| پلی استایرن | 82 | 113 | 77 | 122 |
| استایرن مالئیک انیدرید | – | – | 35 | 45 |
| پلی فنیلن | – | – | 154 | 159 |
روش های اندازه‌گیری HDT پلاستیک‌ها
حال که با موضوعات مختلف مرتبط با این معیار آشنا شدیم، لازم است تا با انواع روش‌های آزمایشگاهی که معمولا برای اندازه‌گیری آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند هم آشنا شده و اطلاعات بیشتری در این باره به دست آوریم. کاربردی‌ترین روشی که در این حالت مورد استفاده قرار می‌گیرد به شرح زیر بوده و در طی این مراحل اجرا خواهد شد.
- یک نوار آزمایشی با ابعاد و ضخامت خاص قالب‌گیری خواهد شد.
- نمونه آزمایش مورد نظر در روغن غوطه ور شده و دمای آن با سرعت یکنواخت معمولا دو درجه سانتی گراد در دقیقه، افزایش پیدا می‌کند.
- بار مورد نظر به نقطه وسط نوار تست در نزدیکی هر دو انتها نگه داشته شده و اعمال می‌شود
- در نهایت دمایی که میله مورد نظر، به میزان 0.25 میلی متر تغییر شکل داده شود، به عنوان HDT، ثبت خواهد شد.
سخن پایانی
امروزه صنعت پلیمر گسترش بسیار زیادی پیدا کرده است. از پلاستیک‌های مختلف معمولا برای ساخت ابزار و لوازم متعدد و گوناگونی استفاده می‌شود که هر کدام از آن‌ها قابلیت‌ها و ویژگی‌های مخصوص به خود را دارند. در ساخت پلیمر، نیاز به رعایت نکات خاص و استانداردهای ویژه‌ای وجود دارد که می‌توانند به صورت کاملا مستقیم بر روی کیفیت محصول نهایی ساخته شده، اثرگذار باشند. در بخش‌های قبلی به صورت کامل با دمای انحراف حرارتی، کاربردهای آن، روش‌های اندازه‌گیری و سایر موضوعات مرتبط با این فاکتور پرداختیم تا شما اطلاعات کاملی با مطالعه این مطالب به دست آورید.
سوالات متداول
اصلی‌ترین تفاوت میان VST و HDT در چیست؟
عمده‌ترین تفاوتی که میان این دو پارامتر وجود دارد، این است که مقدار VST از دمای انحراف حرارتی بالاتر است.
برای اندازه‌گیری دمای انحراف حرارتی، افزایش دما به چه صورتی اعمال می‌شود؟
در روند اندازه‌گیری این معیار، افزایش دما با سرعت یکنواخت به‌صورت دو درجه سانتی‌گراد در یک دقیقه اعمال می‌شود تا خطای آزمون را به حد امکان، کاهش دهد.