مفهوم شرینکیج یا جمع شدگی shrinkage در پلاستیک ها و پلیمرها

جمع شدگی یا شرینکیج یا shrinkage به معنی انقباض حجم پلیمرها در مرحله خنک کاری فرایندشکل دهی پلیمرها است. این جمع شدگی تا قسمتی مربوط به اختلاف دانسیته پلیمرها در حالت جامد و مذاب می باشد.

در فرایندهای تولید محصولات پلیمری، شرینکیج shrinkage بیشتر در قالب گیری تزریقی رخ می دهد. هنگامی که محصول قالب گیری شده در حال خنک شدن است، ممکن است تا به شرایط تثبیت دمایی و رطوبت برسد، مقداری جمع شدگی از خود نشان بدهد. در موادی مانند نایلون ها و استال این جمع شدگی یا شرینکیج بیشتر است.

اگر جمع شدگی در قطعات پلیمری نایکنواخت باشد، ایجاد تنش هایی می کند که بعدا در استفاده قطعه ممکن است باعث ترک شود.

اهمیت شرینکیج shrinkage:

مقدار جمع شدگی باید به طور دقیق پیش بینی شود و در هنگام طراحی قطعات پلاستیکی مورد توجه باشد. شرینکیج در بعضی کاربردها بسیار حیاتی تر است، مثلا در قطعاتی که ممکن است دارای بردهای الکتریکی باشند، شرینکیج می تواند منجر به آسیب به بردها شود.

روش های تعیین شرینکیج shrinkage در قطعات پلیمری:

استاندارد های اندازه گیری شرینکیج و جمع شدگی عبارتند از ASTM D955، ISO294-4 و ISO 2577.

دلایل شرینکیج Shrinkage در قطعات پلیمری:

ترکیب پلیمر تشکیل دهنده محصول:

پلیمرهای نیمه بلوری، مانند پلی پروپیلن و ...، جمع شدگی بالاتری نسبت به پلیمرهای آمورف (پلی کربنات، پلی متیل متاکریلات، آکریلونیتریل بوتادین استایرن و...) از خود نشان می دهند. این به این علت است که پلیمرهای نیمه بلورین، زمانی که خنک می شوند، بخشی از زنجیره های ماکرومولکولی خود را دوباره مرتب سازی می کنند تا بتوانند دوباره نظم گرفته و تشکیل بلور دهند، در نتیجه فضای کمتری برای همان تعداد از اتم نیاز است.

هرچه سرعت کریستالیزاسیون پایین باشد یا درجه تبلور پایین باشد باعث کاهش شرینکیج می شود. پس یک راه برای کاهش جمع شدگی، کم کردن سرعت تبلور است.

همچنین وجود زنجیره های جانبی در ساختار مولکولی، از آرایش یافتگی و بلورینگی پلیمر جلوگیری می کند. بنابراین، درهم تنیدگی و گره خوردگی بالای زنجیره ها در پلیمرهایی با شاخه های زیاد نیز سبب جلوگیری از تبلور می شود و شرینکیج shrinkage را کم می کند.

وزن مولکولی:

مقدار شرینکیج یا shrinkage همچنین تحت تاثیر وزن مولکولی نیز می باشد. پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا، ویسکوزیته بالایی دارند و در نتیجه نیاز به فشار تزریق بالاتری برای پرکردن قالب در فرایند تزریق است. فشار مذاب پایین منجر به شرینکیج و جمع شدگی بیشتر در محصول نهایی خواهد شد.

فیلر (پرکننده) و الیاف:

فیلرها معمولا برای اصلاح بعضی خواص مانند مدول یا سفتی، خزش و ... به پلیمر ها اضافه می شوند. همچنین این مواد باعث تغییر در شرینکیج یا جمع شدگی پلیمرها خواهند شد. اکثر فیلرها و الیاف، ضریب انبساط حرارتی نسبتا پایینی هستند، پس در هنگامی که در فرایند خنک می شوند، این افزودنی های به مقدار کمی شرینک می کنند و شرینکیج کل محصول به غلظت این مواد وابسته است.

رنگدانه ها:

رنگدانه ها به طور کلی سبب افزایش شرینکیج پلاستیک ها میشوند. در واقع رنگدانه ها سبب افزایش جمع شدگی یا شرینکیج با عمل کرن به عنوان عوامل هسته زا می شوند. در واقع در پلیمرهای نیمه بلوری سبب افزایش قابل توجهی خواهند شد.

رنگدانه های آلی، سبب تشکیل هسته های بلوری می شوند که بلور ها از آن ها رشد می کنند. در نیجه سبب شروع سریع تبلور و همچنین افزایش سرعت آن می شوند که در نهایت مقدار کریستال بالا، سبب افزایش جمع شدگی شرینکیج shrinkage می شود.

رنگدانه های معدنی نیز، سبب همین تغییر ولی به مقدار کمتری خواهند شد.

زمان و تنش - پایداری ابعادی:

در پلاستیک ها، سرعت تغییرات ابعادی توسط تنش اعمالی و دمایی که در آن تنش به پلاستیک وارد می شود، اندازه گیری می شود. وقتی زمان افزایش پیدا می کند، قطعه پلاستیکی تحت بار، به علت بار و تنش اعمالی تغییر شکل می دهد.

از دست دادن مواد فرار و سیال در محصول نیز باعث جمع شدگی می شود. مثلا مهاجرت مواد نرم کننده به سطح.

دلایل احتمالی شرینکیج shrinkage بالا در محصولات پلاستیکی:

1- فشار تزریق کم

2- زمان کم خنک سازی (افزایش سرعت خنک سازی)

3- دمای مذاب بالا

4- دمای قالب بالا

5- فشار هولدینگ پایین

مقدار شرینکیج Shrinkage در چند پلیمر تجاری:

نام پلیمر	حداقل جمع شدگی (%)	حداکثر جمع شدگی (%)
ABS	0.7	1.6
HDPE	1.5	4.0
HIPS	0.2	0.8
LDPE	2.0	4.0
LLDPE	2.0	2.5
PC	0.7	1.0
PMMA	0.2	0.8
PP	1.0	3.0
PVC-U	0.1	0.6
PVC-P	0.8	5.0