دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی

دستگاه اندازه گیری نقطه نرمی

خواص حرارتی مواد پلاستیکی به اندازه خواص مکانیکی اهمیت داشته و برخلاف فلزات، پلیمرها نسبت به تغییرات دما بسیار حساس هستند و عوامل زیادی در تأثیر رفتار حرارتی آن‌ها، که یک خاصیت نسبتاً پیچیده است، نقش دارند. بنابراین طراحان باید به طور مداوم عملکرد پلاستیک‌ها  در دمای بالا را بررسی کرده و درک درستی از تأثیر کوتاه مدت دما بر روی مواد انتخابی داشته باشند. از آنجاییکه خواص پلیمرها تحت تاثیر تغییرات دما است و بسیاری از آن‌ها دمای ذوب دقیق ندارند. بسیاری از عوامل مانند جهت گیری مولکولی، وزن، پیوند بین مولکولی، تبلور و درجه آمورف، تأثیر قابل توجهی در خاصیت حرارتی دارند و مشخص می‌شود که رفتار حرارتی مواد پلیمری کاملاً پیچیده است. در انتخاب یک پلاستیک برای کاربرد در درجه حرارت بالا، باید عوامل بسیاری در نظر گرفته شود.

 کنترل کیفیت خواص حرارتی و مکانیکی ابزاری برای بهینه‌سازی پلاستیک‌ها در کاربردهای خاص است. درجه حرارت پیچش و همچنین نقطه نرمی وایکات معمولاً برای کنترل کیفیت، غربالگری و رتبه بندی مواد در برابر حرارت مورد استفاده قرار می‌گیرند. دستگاه اندازه گيری نقطه نرمی  HDT/VICATبرای ارزیابی خواص حرارتی و مکانیکی طیف گستردهای از مواد پلاستیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم‌های HDT/VICAT این امکان را می‌دهند تا بین موادی که استحکام مکانیکی خود را طی یک رنج دمای محدود از دست می‌دهند و آن‌هایی که قادر به تحمل بار در دمای بالا هستند، تمایز قائل شوند. دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی و دمای واپیچش برای بررسی دمای کارایی و خواص گرمانرمی پلیمرها، با اندازه‌گیری دمای نرم شوندگی وایکات (Vicat softening Point)  و دمای خمش گرمایی تحت بار (Heat Deflection Temperature) استفاده می‌شود.

نقطه نرم شدگی وایکات، دمایی است که در آن یک سوزن با انتهای صاف به سطح مقطعmm2   1به شکل دایروی یا مربعی تحت یک نیروی معین در نمونه آزمون به عمق 1mm  نفوذ می کند. دمای نرم شدگی (VST) ماده پلیمری در نزدیکترین نقطه به محل نفوذ سوزن اندازه گیری می‌شود. به این طریق می توان مقاومت نمونه را از جهت اعمال نیرو همراه با افزایش دما بررسی نمود. دمای تغییر شکل تحت فشار (HDT)، دمای که در آن نمونه به ازای اعمال یک بار مشخص، تغییر شکل می‌دهد در نتیجه دچار خمش می‌شود. بنابر مفاهیمی که بیان شد در دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی و دمای واپیچش، آن دمای ارزیابی خواهد شد که در آن یک تغییر شکل و یک عمق فرو رفتگی بدست آید. به شرطی که در این دو روش نتایج مختلفی اندازه‌گیری شود.

 

کاربرد دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی HDT/VICAT :

خواص پلیمرها تحت تاثیر تغییرات دما است بنابراین دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی HDT/ VICAT برای مشخص کردن کارایی پلیمرها در دماهای مختلف کاربرد دارد. در واقع این آزمایش محدوده دمایی که خواص مکانیکی ثابت می‌ماند را مشخص می‌کند. همچنین دستگاه اندازه گيری نقطه نرمی و دمای واپیچش روشی برای تعیین نقطه نرم شدن موادی ( پلاستیک‌ها) که نقطه ذوب معینی ندارند و مقایسه خواص گرمانرمی (ترموپلاستیک‌ها) استفاده می‌شود. مقدار نقطه نرمی وایکات نزدیک نقطه ذوب پلاستیک‌ها است، که در آن نقطه پلیمر توانایی تحمل بار را از دست می‌دهد. در نتیجه این نقطه معیار مهم در انتخاب پلاستیک‌ها برای کاربرد در برابر بار و دمای بالا محسوب می‌شود. استفاده از دستگاه HDT/ VICAT می‌توان میزان تاثیر افزودن ترکیبات مقاوم کننده در برابر حرارت را مورد سنجش قرار داد. همچنین این دستگاه به منظور تأیید حفظ خصوصیات مکانیکی و حرارتی مکانیکی پس از فرآیند بازیافت کاربرد دارد.

اجزای دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی HDT/VICAT :

دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی و دمای واپیچش از سه قسمت اصلی تشکیل شده است. قسمت اول استراکچر دستگاه از جنس فلزی با انبساط حرارتی پایین و ساختار محکم که سایر اجزا دستگاه روی آن قرار می‌گیرند. قسمت دوم شامل میله متصل به صفحه حمل بار از جنسی با ضریب انبساط حرارتی پایین، وزنه‌های استاندارد، سوزن فرو رونده و گیج اندازه‌گیری جابجایی سوزن فرو رونده می باشد. صفحه حمل بار مجهز به میکرومتر و وزنه‌هایی برای ایجاد بار که  با قاب فلزی نگه داشته شده است. میکرومتر برای اندازه‌گیری نفوذ سوزن در داخل نمونه استفاده می‌شود. میله باید وزنه‌ها را تحمل و بتواند در جهت عمودی حرکت کند. سوزن فرورونده از جنس فولاد سخت با سطح مقطع دایره یا مربع به طول 3 میلی‌متر، این سوزن به صورت عمود به انتهای میله حمل بار متصل شده است.

قسمت سوم دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمیHDT/VICAT از یک مخزن از جنس استنلس استیل، حاوی مایع‌ای که در حرارت مورد نظر ثابت و روی نمونه تاثیر نگذارد (روغن سلیکون، آب، روغن مبدل و غیره)، همزن، وسیله کنترل میزان دما، سرعت افزایش یکنواخت دما و  ایستگاه‌های آزمایش که تعداد آن بسته به نیاز از یک تا دوازده ایستگاه قابل ارایه می‌باشد و هر یک از آن‌ها می‌توانند برای روش HDT یا VICAT مورد استفاده قرار گیرند. گروه طراحی مجموعه ADO تبادل حرارتی خوبی را با طراحی، ساخت و ارزیابی دقیق حجم مخزن برای دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی و دمای واپیچش تضمین کرده است. اجزای میله و قاب دارای ضریب انبساط حرارتی خطی یکسان هستند. مکانیزم بارگذاری وزن، بطور کاملا عمودی و ثابت وزن تعریف شده را اعمال می‌نماید. نمونه های آزمایش به دو روش خودکار و دستی بر اساس مدل دستگاه به داخل حمام روغن پایین آورده می‌شوند.

بررسی عملکرد دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی HDT/VICAT :

در آزمون VICAT نمونه‌های آزمایش به صورت صاف، افقی و زیر نوک سوزن فرو رونده در تماس با پایه دستگاه داخل مجموعه نگهدارنده قرار می‌گیرد. سپس کل مجموعه توسط یک مکانیزم قفل کن داخل حمام روغن  فرو رفته و تحت یک بار معین به وسیله وزنه‌های استاندارد قرار می‌گیرند. دمای روغن به وسیله PID کنترل و با سرعت مشخص شده افزایش می‌یابد. مایع درون مخزن باید در حین آزمایش به خوبی هم زده شود همچنین یک سنسور در مجاورت نمونه قرار دارد تا با نشانگر دیجیتالی یا نرم افزار کامپیوتری مربوطه دمای نمونه اندازه‌گیری و ثبت شود. در آزمون HDT نمونه‌های آزمایش به صورت افقی روی قسمت نگهدارنده نمونه قرار می‌گیرند، سپس مانند روال تست وایکات وارد حمام روغن شده به ‌وسیله پلانجر و زنه‌های استاندارد تحت اعمال نیرو همرا با افزایش دما قرار گرفته و نمونه تغییر شکل می‌یابد.

میزان مقاومت در برابر گرما مواد پلاستیکی به دست آمده ازدستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی و دمای واپیچش به منظور توصیف عملکرد، کنترل کیفیت و همچنین برای ارزیابی محصول به کار برده می شود. طراحی سلول‌های انفرادی و مجزا از هم دارای شرایط یکسان دمایی باعث دست یابی به نتایج با دقت بالا، صرفه جویی در زمان و هزینه می‌شود.

مشخصات دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی HDT/VICAT :

  • سیستم مکانیکی- پنوماتیک برای بالا بردن و پایین آوردن نمونه‌ها به داخل حمام در طی یک چرخه آزمایش
  • استفاده از ساعت اندیکاتور دیجیتال با دقت یک میکرو (001/0 میلی‌متر)و دماسنج‌های مستقل در هر ایستگاه برای ارائه نتایج با دقت بالا و نتایج قابل تکرار
    • مخزن از جنس استنلس استیل، دوجداره و همچنین ظرفیت حجم مخزن طراحی شده تبادل حرارتی خوبی را ایجاد
  • مجهز به شیر سلونوئیدی برای کنترل خنک کاری روغن، بصورت پمپ کردن مایع خنک کننده (آب) در کویل واقع در حمام روغن
  • استفاده از روغن سلیکونی که بر خواص مکانیکی نمونه اثری نداشته و ایجاد محیطی خنثی اطراف نمونه برای افزایش دمای کاربری روغن
  • استفاده از سیستم خنک کن دمای روغن با سیستم گردش آب یا چیلر خنک کننده
  • استفاده از ترموستات ایمنی به منظور حفاظت در برابر خطاهای سیستم کنترل و جلوگیری از بالا رفتن نا خواسته دمای روغن
  • دستگاه مجهز به جایگاهایی برای ازمایش هر دو روش HDT یا VICAT بصورت مجزا می‌باشد همچنین ایجاد شرایط یکسان آزمایش به واسطه سلول‌های مختلف در هر بار آزمایش برای هر دو روش HDT یا VICAT به منظور دستیابی به نتایج با دقت بالا، صرفه جویی در زمان و هزینه
  • تجزیه و تحلیل توسط نرم افزار که به کاربر اجازه می‌دهد تا دو روش تست مختلف را به طور همزمان اعمال کند
  • مجهز به plc جهت کنترل دما و ارایه مقادیر اندازه‌گیری شده به کامپیوتر یا صفحه نمایش لمسی(HMI)
  • کنترل دمای PID حرفه‌ای جهت اندازه‌گیری دمای روغن، تنظیم سرعت گرم کردن روغن و همچنین یک سنسور اندازه گیری دما در مجاورت هر نمونه
  • قابلیت نصب سیستم نرم افزاری اختیاری امکان نمایش نمودارها براساس تغییر شکل هر نمونه و افزایش دما در مقابل زمان
  • اتصال دستگاه به PCاز طریق رابط، برای ارسال، ذخیره نتایج و تجزیه و تحلیل دادها
  • استفاده از نمایشگر لمسی برای کنترل آزمون، گزارش دادها با کیفیت بالا و کنترل سریع پارامترها

دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی HDT/VICA شرکت ADO مطابق استانداردهای زیر طراحی و ساخته شده است :

:ASTM D 1525 (VICAT) روش تست استاندارد برای تعیین دمای نرم شوندگی پلاستیک‌ها

 :ASTM D648 ( HDT) روش تست استاندارد برای دمای انحراف پلاستیکها تحت بار خمشی

:ISO 75 (HDT)  تعیین انحراف درجه حرارت تحت بار برای پلاستیک‌ها، پلاستیک تقویت شده با فیبر، لمینت‌های گرمازا و ابونیت

:ISO 306 (VICAT) روش تست برای تعیین دمای نرم شوندگی ترموپلاستیک‌ها که در دمای تعیین شده شروع به نرم شدن می‌کنند با دو بار 1 و 5 کیلوگرم

:ISIRI 6982 استاندارد تعیین دمای نرمی وایکات برای پلاستیک‌ها- گرمانرم

:ISIRI 6845-1 استاندارد تعیین دماي تغییر شكل-خمشي تحت بار برای پلاستیک (روش کلی آزمون)

: ISIRI 6845-2 استاندارد تعیین دماي تغییر شكل-خمشي تحت بار برای پلاستیک‌ها و ابونیت

:ISIRI 6845-3 استاندارد تعیین دماي تغییر شكل خمشي تحت بار برای پلاستیک‌های چند لایه گرماسخت با استحکام بالا و تقویت شده با الیاف بلند

مشخصات فنی دستگاه اندازه‌گيری نقطه نرمی HDT/VICAT :