دستگاه
5.1 دستگاه دوخت حرارتی:
5.1.1 فکهای دوخت—دو فک گرمشونده با سطوح دوخت مسطح. برای اجرای روش A استفاده از دو فک گرمشونده الزامی است. روش B تنها زمانی میتواند با یک فک گرمشونده اجرا شود که کاربرد موردنظر، شبیهسازی دستگاههای دوخت تجاری با پیکربندی مشابه باشد.
5.1.1.1 کنترل دمای فک—هر فک باید کنترل دمای مستقل داشته باشد. حداقل دقت توصیهشده برای کنترل، 6 1°C است.
5.1.1.2 پوششها یا روکشهای فک—استفاده از پوششها یا روکشهای نچسب یا تراکمپذیر فک، مانند TFE-فلوروکربن، پارچه شیشهای آغشته به TFE-فلوروکربن، لاستیک سیلیکونی یا سایر لاستیکهای مقاوم به حرارت، فیلم پلیاستر و غیره مجاز است؛ اگرچه در برخی موارد ممکن است شرایط آزمون به تنظیم نیاز داشته باشد.
5.1.1.3 سطوح دوخت فک باید قابلیت همراستا شدن بهصورت موازی را داشته باشند.
5.1.1.4 قابلیت تعویض سریع فک با فکهای دندانهدار یا سایر انواع فک، برای افزایش دامنه شبیهسازی آزمون دستگاه مطلوب است.
5.1.2 زمان ماند—کنترل و نمایش متغیر زمان ماند، با محدوده حداقل 100 تا 10 000 ms.
5.1.2.1 زمان بستهشدن فک باید مستقیماً اندازهگیری شود (برای مثال از طریق خروجی حسگر نیرو، میکروسوئیچ، روش نوری و غیره) و کنترل نیز بر همان اساس انجام گیرد.
5.1.2.2 دقت کنترل زمان ماند باید 6 10 ms یا بهتر باشد.
5.1.3 فشار—کنترل متغیر، همراه با نمایش فشار دوخت.
5.1.3.1 دستگاههایی که فقط دارای فشارسنج هوا هستند و فشار دوخت باید از روی آن محاسبه شود، باید به نوموگرافهایی مجهز باشند که فشار دوخت را مستقیماً از روی اندازهگیریهای فشار هوا نشان دهند.
نمونه آزمون
6.1 تعداد نمونههای آزمون باید بهگونهای انتخاب شود که تعیین مناسب عملکرد نماینده امکانپذیر باشد. هنگامی که استحکام دوخت حرارتی در مجموعهای از دماهای دوخت اندازهگیری میشود، برای تعیین مقدار میانگین هر ماده در هر دما، حداقل سه تکرار باید استفاده شود. هنگامی که اندازهگیریها بخشی از مجموعهای نیستند که انتظار میرود روند قابل تشخیصی داشته باشد، باید حداقل پنج تکرار به کار گرفته شود.
6.2 هنگام برنامهریزی تعداد نمونههای آزمون موردنیاز، توجه داشته باشید که از هر دوخت حرارتی فقط باید یک آزمون استحکام انجام شود.
6.3 نمونههای آزمون برای دوخت حرارتی را میتوان با برش ماده آزمون به قطعاتی به ابعاد 15 در 15 cm [6 در 6 in.] آماده کرد. جهت عرضی و سمت دوخت هر قطعه را علامتگذاری کنید. دو قطعهای را که قرار است به هم دوخته شوند، روی یکدیگر قرار دهید؛ بهگونهای که جهتهای عرضی موازی باشند و سطوح دوخت روبهروی یکدیگر قرار گیرند. اگر قرار است گروهی از نمونههای آزمون پیش از دوخت آماده شود، منگنهکردن جفتها مناسب است؛ البته باید دقت شود منگنهها در نواحی دوخت و ناحیهای که بعداً نوار آزمون از آن بریده میشود، قرار نگیرند. نمونههای آزمون را بهگونهای بدوزید که فکها موازی با جهت عرضی باشند. سپس نواری برای آزمون استحکام دوخت، عمود بر دوخت و از مرکز آن بریده میشود و دوخت با کشیدن نوار در جهت دستگاهی وب، جدا خواهد شد.
6.4 بهجای دوختن یک نمونه آزمون عریض و سپس بریدن نوار برای آزمون استحکام، میتوان نوارهایی با عرض مناسب برای آزمون استحکام را در جهت دستگاهی برش داد و آنها را یا به نوارهایی از ماده مشابه یا به نوارهای غیرمشابه دوخت. سپس نوار دوختهشده را میتوان بدون آمادهسازی بیشتر از نظر استحکام آزمون کرد. این روش جایگزین برای آزمون هاتتک الزامی است. مقایسهها باید فقط میان نمونههای آزمونی انجام شود که با روش یکسان دوخته شدهاند.
6.4.1 هنگام استفاده از دستگاههای دوختی که بدون دخالت اپراتور، نوار نمونه آزمون را بهطور خودکار بارگذاری و دوخت میکنند، دوخت مواد غیرمشابه با آمادهسازی یک نوار نمونه آزمون مرکب از دو ماده مورد دوخت انجام میشود؛ دو ماده در مرکز به یکدیگر چسبانده میشوند. برای جزئیات متناسب با دستگاه مورد استفاده، به توصیههای سازنده دستگاه مراجعه کنید.
NOTE 4—احتیاط: هنگام تغییر از دوخت عریض به دوخت نواری، ضریب سطح دوخت را در محاسبه فشار دوخت تنظیم کنید.
6.4.2 عرضهای رایج نوار عبارتاند از 25 mm (1.00 in.) و 15 mm (0.59 in.).
6.5 اگر ماده ناهمسانگرد باشد و انتظار رود دادهها برای شرایطی کاربرد داشته باشند که در آن دوخت ممکن است در جهت عرضی تحت تنش قرار گیرد، نمونههای آزمونی که عمود بر نمونههای شرحدادهشده در 6.3 بریده شدهاند نیز باید تهیه شوند.
روش اجرا
7.1 کالیبراسیون و همراستاسازی—پیش از شروع آزمون، اطمینان حاصل کنید که دستگاه دوخت حرارتی بهدرستی کالیبره شده و فکها برای موازیبودن همراستا شدهاند.
7.2 شرایط دوخت برای آزمون دوختپذیری حرارتی، چه استحکام نهایی دوخت و چه هاتتک، باید برای همه سازندگان و انواع دستگاههای دوخت حرارتی در محدودههای مشخصشده زیر باشد.
7.2.1 روش A، دوختپذیری سطحی: دوختپذیری سطح وب بهعنوان تابعی از دمای فصل مشترک.
7.2.1.1 دما—هر دو فک باید روی دمای یکسان تنظیم شوند.
7.2.1.2 زمان ماند—زمان ماند باید بهاندازهای طولانی باشد که فصل مشترک دوخت به دمای مشخص فکها برسد. این زمان به ضخامت و ساختار وب و همچنین عوامل مربوط به پیکربندی فکها بستگی دارد. زمانهای ماند حداقل معمول (بدون پوشش نچسب فک):
فیلمها: 1 mil (25µ) و کمتر: زمان ماند، 500 ms (.5 s).
فیلمها: 1 تا 2.5 mil (64µ): زمان ماند، 1000 ms (1 s).
حداقل زمان ماند موردنیاز را میتوان با انجام چند چرخه آزمایشی دوخت تعیین کرد. به پیوست A3.1 مراجعه کنید. این روش معمولاً برای فیلمهای ضخیمتر، ساختارهای حاوی کاغذ یا فویل، یا هنگام استفاده از پوششهای نچسب فک ضروری خواهد بود.
7.2.1.3 فشار دوخت—فشار را در محدوده 138–413 kPa (20–60 psi) تنظیم کنید. برای بررسی اثر فشار بر استحکام دوخت حرارتی، به پیوست X1 مراجعه کنید.
7.2.1.4 پیکربندی فک—از فکهای فلزی مسطح، بدون روکش یا روکشدار (مطابق 5.1.1.2) استفاده کنید. فکها میتوانند از جنس فولاد، مس یا آلومینیوم باشند. انتخاب فلز و همچنین استفاده از روکش، ممکن است بر حداقل زمان ماند موردنیاز برای رسیدن فصل مشترک به تعادل با دمای فک اثر بگذارد.
7.2.2 روش B، دوختپذیری وب—دوختپذیری تحت شرایط تجاری.
7.2.2.1 دما—انتخاب تنظیم دمای هر فک (ازجمله فک گرمنشده) به کاربرد دادهها بستگی دارد. در صورت نبود دلایل مخالف، توصیه میشود هر دو فک روی دمای یکسان تنظیم شوند.
7.2.2.2 زمان ماند—برای شبیهسازی دوخت با سرعت بالا یا سایر فواصل زمانی بستهشدن فک، بسته به کاربرد خاص، زمان ماند را روی 100 ms تنظیم کنید.
7.2.2.3 فشار دوخت—فشار را در محدوده
138–413 kPa (20–60 psi) یا در سطح دیگری، بسته به کاربرد خاص، تنظیم کنید. برای بررسی اثر فشار بر استحکام دوخت حرارتی، به پیوست X1 مراجعه کنید.
7.2.2.4 پیکربندی فک—همانند کاربرد تجاری مورد شبیهسازی باشد. در صورت نبود اطلاعات خاص در این زمینه، استفاده از فکهای فولادی مسطح با روکش پارچه شیشهای آغشته به TFE-فلوروکربن توصیه میشود.
7.2.3 چسبیدن نمونه آزمون به فکها—نمونههای آزمونی دارای سطح دوخت حرارتی که دامنه ذوب آن بهطور قابلتوجهی پایینتر از سطح مقابل است، معمولاً میتوانند در بیشتر محدوده دمای دوخت موردنظر، مستقیماً با فکهای فلزی بدون روکش دوخته شوند.
7.2.3.1 اگر نمونه آزمون در سراسر ضخامت همگن باشد یا ساختار ABA داشته باشد، آن را در طول چرخه دوخت داخل قطعهای تاخورده از فیلم پلیاستر 10–15µ (تقریباً 0.5 mil) قرار دهید تا از چسبیدن آن به فکها جلوگیری شود. روش دیگر، پوشاندن فکها با پارچه شیشهای آغشته به TFE-فلوروکربن 75µ (3 mil) یا نوار است. به پیوست A2 مراجعه کنید.
7.3 منحنی دوخت حرارتی—برای ایجاد منحنی، دما معمولاً در فواصل 5–10° تغییر داده میشود؛ اگرچه برای تعیین نقاط بیشینه یا سایر ویژگیها، ممکن است در برخی نواحی گامهای کوچکتری مطلوب باشد. نخستین نقطه دما معمولاً تقریباً در دمای آغاز دوخت قرار دارد. معمولاً آزمون با افزایش سطوح دما ادامه مییابد تا وب دچار کشیدگی بیش از حد، تغییر شکل، جمعشدگی یا سوختگی کامل شود.
7.3.1 در هر دمای انتخابشده فک، حداقل سه دوخت ایجاد کنید.
7.4 اندازهگیریهای تکنقطهای (آزمون کنترل کیفیت)—برای دستورالعمل انتخاب دما، به پیوست A1 مراجعه کنید.
7.5 آمادهسازی—تا زمانی که استحکام دوخت دیگر با گذشت زمان تغییر نکند، نباید آن را آزمون کرد. در طول دوره آمادهسازی، جو استاندارد آزمایشگاه با دمای 23°C و رطوبت نسبی 50 % را حفظ کنید. 7.6 آزمون استحکام—به روشهای آزمون F 88 مراجعه کنید.
دستگاه آزمون دوخت حرارتی (هاتتک)
دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی نقش مهمی در آزمون مواد بستهبندی ایفا میکند و اطمینان میدهد که دوختهای بستهبندی انعطافپذیر، الزامات صنعت را از نظر کیفیت و دوام برآورده میکنند. این دستگاه در صنایعی مانند بستهبندی مواد غذایی، داروسازی، تجهیزات پزشکی و الکترونیک ضروری است. دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی با کنترل عوامل اساسی مانند دما، فشار و زمان، فرایند دوخت را در شرایط کنترلشده بازسازی میکند. عملکرد دوخت حرارتی مستقیماً بر کارایی، ایمنی و یکپارچگی کلی بستهبندی اثر میگذارد.
I. کاربرد دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی
دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی ابزاری ضروری است که در صنایع مختلف برای ارزیابی دوختپذیری حرارتی مواد مانع انعطافپذیر، ازجمله ترموپلاستیکها، فیلمها، لمینیتها و مواد کامپوزیتی استفاده میشود. مواد بستهبندی در بخشهای غذایی، دارویی و پزشکی به دوختهایی نیاز دارند که علاوه بر محکمکردن محتویات، از آنها در برابر عوامل خارجی مانند هوا، رطوبت و آلودگی نیز محافظت کنند.
دستگاههای دوخت حرارتی آزمایشگاهی برای آزمون و بهینهسازی شرایط دوخت حرارتی مواد مختلف طراحی شدهاند. این دستگاهها با تنظیم سه پارامتر مهم—دما، فشار و زمان—به تولیدکنندگان امکان میدهند به نتایج بهینه دوخت دست یابند. یک دوخت مؤثر، هم ایمنی محصول و هم سهولت استفاده مصرفکننده را تضمین میکند؛ زیرا بستهبندیهایی که بهخوبی دوخته نشدهاند ممکن است به فساد یا آلودگی محصول منجر شوند.
II. ویژگیهای فنی دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی
عملکرد دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی به کنترل دقیق دما، فشار و زمان وابسته است. ویژگیهای فنی زیر برای انجام آزمون دقیق و دستیابی به نتایج یکنواخت بسیار مهم هستند:
- کنترل دما: کنترلکننده دمای تناسبی، انتگرالی و مشتقی (P.I.D.) تنظیم دقیق حرارت را تضمین میکند. ساختار آلومینیومی فکهای دوخت بالایی و پایینی، اتلاف حرارت را به حداقل رسانده و یکنواختی را در سراسر سطح دوخت حفظ میکند.
- ثبات فشار: میله دوخت هدایتشده، فشار پایدار و یکنواختی را در سراسر فرایند دوخت فراهم میکند و در نتیجه دوختهایی یکنواخت ایجاد میشوند.
- دقت زمان: زمانسنج دقیق که با حسگر مجاورت همگام شده است، یکنواختی زمان دوخت با حرکت فک را تضمین میکند. این دقت برای دستیابی به نتایج تکرارپذیر در محیطهای آزمون آزمایشگاهی ضروری است.
- ویژگیهای ایمنی کاربر: برای تضمین ایمنی اپراتور، دستگاههای دوخت حرارتی به ویژگیهایی مانند پوششهای ضدسوختگی مجهز هستند و امکان شروع عملکرد بهصورت دستی یا با کلید پایی را فراهم میکنند تا تماس مستقیم با سطوح داغ به حداقل برسد.
III. ASTM F2029: استاندارد آزمون دوخت حرارتی
هنگام انجام آزمونها با استفاده از دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی، پیروی از استانداردهای معتبر ضروری است تا نتایج یکنواخت و قابلاعتماد باشند. یکی از استانداردهای پرکاربرد، ASTM F2029 است. این استاندارد روشهای ایجاد دوختهای حرارتی آزمایشگاهی را برای تعیین دوختپذیری حرارتی مواد مانع انعطافپذیر مشخص میکند.
ASTM F2029 و اهمیت آن
ASTM F2029 رویکردی ساختاریافته برای آزمون ارائه میدهد و عوامل مهمی را که باید در طول فرایند دوخت حرارتی کنترل شوند، یعنی دما، زمان و فشار، مشخص میکند. مطابق ASTM F2029-16(2021)، از این استاندارد برای اندازهگیری استحکام دوخت مواد انعطافپذیر استفاده میشود تا اطمینان حاصل شود فرایند دوخت حرارتی، دوختهایی محکم و قابلاعتماد ایجاد میکند. این استاندارد همچنین دستورالعملهایی برای آمادهسازی نمونههای آزمون، راهاندازی دستگاه دوخت حرارتی و ارزیابی کیفیت دوختهای حاصل ارائه میدهد.
رعایت ASTM F2029 برای تولیدکنندگان فعال در صنایع تحت مقررات، مانند صنایع غذایی و دارویی، اهمیت زیادی دارد. این استاندارد معیاری برای ارزیابی یکپارچگی دوخت مواد بستهبندی فراهم میکند و به تولیدکنندگان کمک میکند فرایندهای دوخت خود را بهینه کرده و اطمینان یابند محصولاتشان الزامات قانونی را برآورده میکنند.
IV. فرایند آزمون با دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی
برای انجام آزمون دوخت حرارتی با استفاده از دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی، نمونهای از ماده بستهبندی بین دو فک دوخت موازی قرار میگیرد. مراحل زیر فرایند معمول آزمون را شرح میدهند:
- قرار دادن نمونه: نمونه ماده را بین فکهای دوخت گرمشونده قرار دهید و از همراستایی یکنواخت آن اطمینان حاصل کنید.
- تنظیم پارامترها: دما، فشار و زمان موردنظر دوخت را مطابق نوع ماده و استانداردهای آزمون تنظیم کنید. دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی امکان تنظیم دقیق این پارامترها را فراهم میکند.
- فرایند دوخت: هنگامی که فکها به دمای ازپیشتنظیمشده میرسند، فک بالایی بهوسیله یک سیلندر گازمحور به سمت پایین و روی نمونه رانده میشود و برای مدت زمان تنظیمشده فشار اعمال میکند.
- تکمیل دوخت: پس از سپریشدن زمان تعیینشده، فک بالایی به موقعیت اولیه خود بازمیگردد و دوخت تکمیل میشود. کل فرایند بهدقت کنترل میشود تا پارامترهای یکسانی روی هر نمونه اعمال شوند و نتایجی تکرارپذیر و قابلاعتماد به دست آید.
V. اهمیت آزمون دوخت حرارتی
آزمون دوخت حرارتی یک اقدام مهم در کنترل کیفیت است، بهویژه در صنایعی که یکپارچگی بستهبندی اهمیت زیادی دارد. دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی به تولیدکنندگان امکان میدهد فرایندهای دوخت حرارتی خود را بهدقت تنظیم کنند و اطمینان یابند که دوختها برای تحمل جابهجایی، حملونقل و انبارش بهاندازه کافی محکم هستند، اما آنقدر قوی نیستند که بازکردن بستهبندی برای مصرفکنندگان دشوار باشد.
تولیدکنندگان با کنترل و آزمون استحکام دوخت میتوانند از مشکلاتی مانند نشتی، آلودگی و فساد محصول جلوگیری کنند. آزمون دوخت حرارتی همچنین به شناسایی شرایط ایدهآل دوخت مواد خاص کمک میکند؛ موضوعی که میتواند بهرهوری بستهبندی را افزایش داده و ضایعات مواد را کاهش دهد.
VI. روشهای ارزیابی دوخت
پس از فرایند دوخت حرارتی، کیفیت دوخت با روشهای مختلف و بر اساس کاربرد و ماده ارزیابی میشود. روشهای رایج ارزیابی عبارتاند از:
- بازرسی بصری: روشی ساده برای بررسی یکنواختی و پیوستگی دوخت.
- آزمون نشت هوا: این روش با شناسایی نشتیها بهوسیله هوای تحت فشار، یکپارچگی دوخت را اندازهگیری میکند.
VII. پارامترهای کلیدی دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی
پارامترهای اصلی مؤثر بر عملکرد دستگاه دوخت حرارتی آزمایشگاهی عبارتاند از:
- دمای دوخت: از دمای محیط تا 300°C، با انحراف ±0.2°C.
- زمان دوخت: قابل تنظیم از 0.1 ثانیه تا 9999 ساعت.
- فشار دوخت: از 0.15 تا 0.7 MPa، که دامنه گستردهای از تنظیمات را برای مواد مختلف فراهم میکند.
- اندازه فک دوخت: 330 mm x 10 mm (L x W).
- الزامات توان: AC 220V, 50Hz.
- فشار گاز: با فشار گاز 0.7 MPa کار میکند و از طریق شیلنگ PU متصل میشود.