مقدمة
يُعد القولبة بالحقن واحدة من أسرع عمليات التصنيع بكميات كبيرة. مع أزمنة دورة في بعض الأحيان في حدود أجزاء من الثانية، يمكن إنتاج عدد كبير من الأجزاء في فترة زمنية قصيرة. إن زمن الدورة مهم ليس فقط لربحية إنتاج الأجزاء، ولكن أيضًا لتجنب تدهور المواد في ماكينة القولبة بالحقن. إذا كان وقت المكوث في الماكينة طويلًا جدًا، تبدأ المادة في التدهور، مما يؤدي إلى عواقب ليس فقط على المظهر البصري، ولكن أيضًا على الخواص الميكانيكية. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي فترات التوقف الطويلة إلى تطور الغازات في بعض البوليمرات التي قد تكون ضارة للمشغل أو البيئة.
إحدى هذه المواد هي بولي أوكسي ميثيلين (POM أو بولي أسيتال)، والذي يستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات والإلكترونيات الاستهلاكية. إن صلابته وصلابته ومتانته العالية بالإضافة إلى خصائص الانزلاق والاحتكاك الرائعة التي يتميز بها تجعله مادة مناسبة للعديد من التطبيقات التقنية. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يتميز بمقاومة كيميائية جيدة وخصائص عزل كهربائية. إنها المادة المستخدمة في التروس الميكانيكية، والعناصر المنزلقة والموجهة، وأجزاء الإسكان، والبراغي، والعوازل والبكرات. تمت الموافقة على بعض الدرجات من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) لاستخدامها في مضخات الحليب وأغلفة المرشحات.
عندما يتم الاحتفاظ بـ POM في درجات حرارة المعالجة لفترات زمنية أطول، على سبيل المثال، خلال فترة تعطل الماكينة لمدة 30 دقيقة، تنبعث من المادة الفورمالديهايد. ولذلك، يجب خفض درجة حرارة البرغي بمجرد أن يتضح أن الخطأ سيستغرق بعض الوقت لحل المشكلة. يمكن دراسة انبعاث الفورمالدهايد واعتماده الزمني باستخدام تحليل TGA-FT-IR، والذي يسمح بدراسة التحلل في شكل فقدان الكتلة والتحليل اللاحق للغازات المتصاعدة.
تحليل آثار الفورمالدهايد في البوم باستخدام TGA-FT- IR
بالنسبة لهذه الدراسة، تم اختيار مادتي POM ذات سلوك تدفق متشابه (كلاهما من درجات حقن الحقن متوسطة اللزوجة) وخصائص فيزيائية. تتوافق كلتاهما مع معايير RoHS، ولكن POM1 فقط هي التي حصلت على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية؛ انظر الجدول 1.
الجدول 1: المواد المدروسة
الاسم | الخواص | مؤشر MFI [جم/ 10 دقيقة] أيزو 1133 | متوافقة مع RoHS | معتمد من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية |
|---|---|---|---|---|
| بوم1 | صلابة وصلابة ومتانة عالية, مقاومة جيدة للمواد الكيميائية; درجة القولبة بالحقن | 9 | نعم | نعم نعم |
| بوم2 | صلابة وصلابة ومتانة عالية, مقاومة للقلويات والمواد الكيميائية العضوية والمواد الكيميائية العضوية; درجة القولبة بالحقن | 10 | نعم | لا يوجد |
أُجريت القياسات باستخدام جهاز NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® بكتلة عينة تبلغ حوالي 70 مجم تم تسخينها من 25 درجة مئوية إلى 210 درجة مئوية بمعدل تسخين سريع 80 كلفن/دقيقة في جو من النيتروجين. نظرًا لفقد العينة الصغير المتوقع، تم اختيار كتلة عينة أعلى لتوصيف واضح. ثم تم الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة لمدة 30 دقيقة على الأقل لمراقبة تغيرات الكتلة في المواد.
يُظهر الشكل 1 منحنيات TGA لدرجتي POM المختلفتين عند درجة حرارة 210 درجة مئوية كدالة للزمن. على المحور Y الأيسر، يمكن رؤية فقدان الكتلة بالنسبة المئوية. يمكن ملاحظة أن فقدان الكتلة في POM2 أعلى قليلًا من POM1.
ويوضح الشكل 2 أطياف الأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء المقيسة لكلا درجتي POM عند 4 دقائق مقارنةً بالأطياف المكتبية لغاز الفورمالدهايد (الوردي) والماء (الأسود). يمكن ملاحظة أن POM1 يطلق الماء فقط بينما يُظهر POM 2 إطلاق الفورمالدهايد والماء خلال نفس المعالجة الحرارية. لتوليد الآثار المعتمدة على التوقيت، الموضحة في الشكل 1، تم أخذ المناطق الملونة في الشكل 2 كنطاقات متكاملة للفورمالدهايد (3170 سم-1 - 2462 سم-1) والماء (4168 سم-1 - 3353 سم-1).
يمكن تقدير بداية إطلاق الفورمالديهايد عند دقيقتين ودرجة حرارة 118 درجة مئوية.
كيف يرتبط القياس المخبري بالمعالجة ؟
تتم معالجة كلتا الدرجتين من POM عند درجة حرارة 210 درجة مئوية. تشير النتائج الموضحة هنا إلى أنه بعد بضع دقائق فقط من وقت المكوث عند درجة الحرارة هذه، يطلق POM2 الفورمالديهايد. لذلك، سيكون من المهم خفض درجة حرارة البرميل فور حدوث أي خطأ. ويُنصح بذلك من ناحية لأن أي خطأ قد يستغرق أكثر من دقيقتين حتى يتم حله، ومن ناحية أخرى يستغرق الأمر عدة دقائق حتى يبرد الذوبان إلى درجة حرارة أقل.
وعلاوة على ذلك، يمكن ملاحظة أنه على الرغم من أن كلا الدرجتين متوافقة مع معايير RoHS، إلا أن الدرجة المعتمدة من إدارة الأغذية والعقاقير (FDA)، POM1، هي الوحيدة التي لا تطلق أي كميات قابلة للقياس من الفورمالديهايد.