شرینکیج در محصولات پلیمری
شرینکیج چیست ؟
شرینکیج، نتیجه ای نامطلوب (در برخی کاربردها مطلوب) در تولید محصولات پلاستیکی از طریق فرایند های مختلف شکل دهی است. شرینکیج در لغت به معنای انقباض حجم است. هر ماده ای بر اثر حرارت انبساط ابعادی پیدا میکند. مثلا خط آهن در روز به هم نزدیک و در شب از هم دور میشوند. به همین دلیل بین دو خط ریل آهن فاصله وجود دارد. در محصولات پلیمری هم بر اثر حرارت، افزایش ابعاد پیدا میشود که در هنگام خنک شدن با کاهش ابعاد خودش را نشان میدهد. این فرایند در پلاستیک ها شرینکیج نام دارد.
شرینکیج چه زمانی اتفاق میفتد ؟
این پدیده در هنگام خنک کاری و پس از تزریق شدن و شکل گرفتن محصول در قالب رخ میدهد. دلیل اصلی این انقضباض تفاوت چگالی پلیمر در حالت مذاب و جامد است. شرینکیج بیشتر هنگامی که مذاب درون قالب در حال خنک شدن است صورت میگیرد. درصد کمی از شرینکیج مربوط به زمان خروج محصول از خط تولید است و تا زمانی که حرارت و درصد رطوبت به حالت عادی نرسد ادامه دارد.
اهمیت شرینکیج در چیست ؟
میزان شرینکیج محصول، نکته ای است که باید به خوبی مورد بررسی قرار گیرد تا در عملکرد محصول نهایی به مشکل نخوریم. در نظر داشته باشید که میخواهیم یک لوله استاندارد با سایز 16 داشته باشیم، اگر لوله را با همان سایز 16 تولید کنیم، پس از خنک شدن و شرینکیج لوله قطر آن کمتر میشود. روش منطقی این است که در طراحی قالب و کالیبراتور، قطر لوله را کمی بزرگ تر در نظر بگیریم(بسته به پلیمر مورد استفاده) تا پس از شرینکیج به قطر مورد نظر محصول برسیم.
مزایا و معایب شرینکیج چیست ؟
مهم ترین عیب در شرینکیج، عدم وجود ثبات ابعادی مورد نظر در محصول نهایی تولید شده می باشد. در برخی پلیمرها شرینکیج حتی تا چندین روز ادامه دارد. رفع این نقیصه در ساخت قطعات و محصولات بسیار حائز اهمیت است. برای مثال در ساخت پروفیل پنجره برای جلوگیری از ترک برداشتن شیشه، از PVC استفاده میشود که میزان شرینکیج نامحسوسی دارد.
یکی از مزایای شرینکیج، جدا شدن راحت قطعه از قالب است.
دومین مزیت یا کاربرد آن در صنعت بسته بندی است. در بسته بندی محصولات به روش wrap shrinkage ، با حرارت دادن به فیلم پلیمری، مشاهده میشود فیلم به دور محصولی که روی آن قرار دارد جمع میشود و آن را پوشش میدهد
برای مثال از این اتفاق در بسته بندی باکس های نوشابه، بسته های پالت مواد پتروشیمی، پوشش دور حلقه های نوار آبیاری و بسته بندی بسیاری از مواد دیگر استفاده میشود. در بازار نایلون تولیدی برای این منظور اصطلاحا ” شرینک ” نامیده میشود.
محاسبه شرینکیج
اکثر محصولات پلیمری در هنگام سرد شدن تغییر ابعادی پیدا کرده و کوچک میشوند. دانستن درصد این تغییرات بسیار حائز اهمیت است و باعث میشود در ساخت قالب این نکته را در نظر داشته باشیم تا قالب به میزان مورد نظر بزرگ تر ساخته شود. در این صورت پس از انجام فرایند سرد شدن محصول، نتیجه نهایی مطابق چیزی باشد که مطلوب ماست. در طراحی قالب باید به این نکته توجه داشت که در محل هایی از قطعه که ضخامت بیشتری دارد، میبایست میزان شرینکیج بیشتری را مد نظر قرار داد. و در محل هایی که ضخامت قطعه کمتر اسن بالطبع شرینکیج کمتری مشاهده میشود. شناخت مشخصات و ویژگی های مواد اولیه مورد استفاده نیز تاثیر به سزایی در محاسبه میزان شرینکیج محصول ما دارد.
پس از پابان پروسه ساخت قالب، باید به تست و اصلاح آن بپردازیم. اگر نسبت به مشخصات مواد و علل شرینکیج تسلط نداشته باشیم، قالب با آزمون خطای زیاد به مرحله نهایی میرسد. هر تست قالب پرهزینه و وقت گیر است.
ممکن است هیچ گاه به نتیجه مطلوبی در تولید محصول نرسیم زیرا قالب از پایه و بدون توجه به علم جریان مذاب های پلیمری طراحی شده است و قابلیت اصلاح وجود ندارد. بدیهی است که در مسیر ساخت قالب ، قالب سازان باید علم و آگاهی خود را در زمینه مواد پلیمری و میزان شرینکیج آن، میزان تفاوت شرینکیج در نقاط ضخیم و نازک محصول بالا ببرند تا از متحمل شدن ضرر های مالی و زمانی جلوگیری کنند.
برای مثال در تولید لوله پلی اتیلن سنگین( HDPE pipe grade) میزان شرینکیج برای طراحی قالب و کالیبراتور( مخصوصا کالیبراتور) 3 درصد درنظر گرفته میشود. البته باید توجه داشت هرچه ضخامت لوله ما بیشتر شود ( SDR پایین یا PN بالا) باید ضریب 3 درصد را افزایش دهیم یا اگر لوله ما نازک تر از حد معمول باشد(SDR بالا یا PN پایین) باید ضریب کمتر از 3 را به کار بگیریم.
معمولا در این زمینه برای رسیدن به قطر مطلوب لوله از فشار منفی تانک وکیوم هم بهره برده میشود. البته تعداد و متراژ تانک وکیوم نیز در تولید لوله مطلوب موثر است. دانستن این تجربیات هنوز توسط کسی فرموله نشده است.
تست محاسبه شرینکیج چگونه انجام میشود ؟
شرینکیج یک پلیمر به صورت محدوده ای بیان میشود زیرا با توجه به جهت کشیدگی زنجیر های پلیمری، میزان شرینکیج متفاوت است. در برخی پلیمرها مانند HDPE میزان شرینکیج در جهت عمود بر کشیدگی زنجیرها بیشتر از میزان شرینکیج در جهت کشیدگی زنجیر ها است. در برخی پلیمرها این امر برعکس هست. بنابراین نمیتوان یک عدد ثابت را به عنوان میزان شرینکیج یک پلیمر ارائه داد. میزان شرینکیج پلیمر ها در هندبوک ها آورده شده که به تعدادی از آن ها در انتهای مقاله اشاره میشود.
همانطور که ذکر شد، میزان شرینکیج بصورت درصدی و در یک بازه بیان میشود. روش محسابه آن به طور کلی به این صورت است که ابعاد نهایی قطعه بعد از شرینکیج را از ابعاد ایده آل قطعه که قالب بر اساس آن ساخته شده کم میکنند و تقسیم بر همان ابعاد ایده آل میکنند.
البته همیشه شرینکیج به صورت کاهش مستقیم طول خودش را نشان نمیدهد و بسیاری از مواقع به صورت یک تو رفتگی یا برآمدگی در محصول دیده میشود و این دفرمگی نتیجه عدم شناخت کافی سازنده و طراح قالب می باشد.
میزان شرینکیج تابع چیست؟
| علت | مثال |
| ترکیبات پلیمر و خواص آن ها (دانسیته، MFI) | ,PVTخواص حرارتی |
| شرایط اعمالی بر فرآیند | دما، فشار |
| هندسه و ابعاد قطعه و قالب | ضخامت قطعه، محل قرارگیری gate |
جدول یک: توابع میزان شرینکیج
کریستالینیتی و ساختار پلیمر: پلیمرهای نیمه کریستالی میزان شرینکیج بیشتری از خود نشان میدهند زیرا در حین خنک کاری بخشی از زنجیر های آن به صورت مرتب و بلوری در میآید. بلوری شدن زنجیرها موجب میشود که آن ها حجم کمتری در یک فضای مشخص داشته باشند. از سری پلیمرهای نیمه کریستالی میتوان به PP و PBT اشاره کرد. بنابراین در پلیمرهایی که شاخه های جانبی از کریستالی شدن جلوگیری میکنند، شاهد شرینکیج کمتری هستیم.
وزن مولکولی: میزان شرینکیج به وزن مولکولی پلیمر نیز مرتبط است. وزن مولکولی بالاتر موجب شرینکیج بیشتر میشود. باید توجه داشت برای از بین بردن شرینکیج در فرایند تزریق بهتر است فشار هولد را افزایش دهیم.
افزودنی ها: افزودنی ها به طور معمول برای بهبود سختی و مقاومت در برابر خزش به پلیمرها افزوده میشوند. معمولا از آنجایی که اکثر افزودنی ها ضریب حرارتی پایینی دارند، در هنگام خنک شدن قطعه شرینکیج قابل توجهی از خود نشان میدهند. معمولا در پلیمرهای حاوی الیاف، میزان شرینکیج در جهت کشیدگی الیاف کمتر از جهت عمود بر آن است.
پیگمنت: پیگمنت ها به طور کل موجب افزایش شرینکیج میشود زیرا میتوانند به عنوان عامل هسته زا فعالیت داشته باشند. پیگمنت های آلی در مجموع تاثیر بیشتری روی افزایش شرینکیج نسبت به پیگمنت های معدنی دارند.
میزان جذب رطوبت: پلیمر ها در برابر رطوبت رفتار متفاوتی دارند. اما بسیاری از آن ها جاذب رطوبت هستند( حتی به مقدار کم) که این امر باعث افزایش حجم محصول میشود. برای مثال هنگامی که میزان رطوبت نایلون 610 به 3 درصد برسد، حجم آن به میزان 2 درصد افزایش میابد.
نتیجه گیری: میزان شرینکیج به عوامل متفاوتی بستگی دارد که با مرتفع کردن هر یک از آن ها مشکل شرینکیج تا حدی مرتفع میشود. از جمله این مشکلات میتوان به فشار تزریق پایین، زمان خنک کاری پایین، دمای بالای مذاب، دمای بالای قالب، فشار هولد پایین اشاره کرد.
البته باید توجه داشت بهترین راه برای تولید محصولی با بالاترین کیفیت، داشتن دانش و تجارب کافی برای انجام این فرایند میباشد.
| حداکثر درصد شرینکیج | حداقل درصد شرینکیج | نام پلیمر | |
| 1.60 | 0.7 | ABS | |
| 3.50 | 0.4 | EVA | |
| 4.00 | 1.50 | HDPE | |
| 4.00 | 2.00 | LDPE | |
| 2.50 | 2.00 | LLDPE | |
| جدول 2: درصد شرینکیج برخی پلیمرها ( منبع: Handbook of Molded Part Shrinkage and Warpage) | |||
برای دریافت مشاوره راه اندازی، عیب یابی و یا خرید انواع قطعات خطوط اکستروژنی و تزریق با ما در ارتباط باشید.
دفتر: 02188001006
مرادخانی : 09212546782