يموت بشكل رائع

في ديناميكا الموائع وعلم البوليمرات ، يُعرف تمدد القالب (ويُسمى أيضًا تمدد المادة المبثوقة أو تأثير باروس ) بأنه ما يحدث عندما يخرج مصهور البوليمر من قالب البثق بشكل أوسع من الفتحة التي مر من خلالها. قد يبدو هذا غير منطقي، فالمادة تُدفع عبر قناة ضيقة، لذا قد تتوقع أن تبقى ضيقة. لكنها بدلًا من ذلك تتمدد، وأحيانًا بشكل كبير. سُمي تأثير باروس نسبةً إلى الفيزيائي كارل باروس ، الذي وصفه عام 1893. ^{[ 1 ]}

بالنسبة لأي شخص يصمم قالبًا أو يحاول الحفاظ على دقة عالية في تصنيع الأنابيب أو الأغشية المبثوقة، فإن انتفاخ القالب ليس مجرد فضول أكاديمي، بل هو مشكلة عملية يجب مراعاتها في التصميم في كل مرة. ^{[ 2 ]}

نسبة تمدد القالب B هي الطريقة القياسية لوضع رقم على التأثير:

${\displaystyle B={\frac {D_{\text{ex}}}{D_{0}}}}$

حيث D _{_ex} هو قطر المادة المبثوقة بعد خروجها، و D _₀ هو قطر فتحة القالب. ^{[ 2 ]} يتمدد سائل نيوتوني بسيط قليلاً نتيجةً لإعادة ترتيب توزيع السرعة، مما يعطي قيمة B تتراوح بين 1.1 و1.2. أما مصهورات البوليمر فهي مسألة مختلفة تمامًا. نظرًا لكونها لزجة مرنة ، فإن الاستعادة المرنة هي السائدة، وعادةً ما تتراوح قيمة B بين 2 و3، مما يعني أن مساحة المقطع العرضي يمكن أن تزداد بنسبة تتراوح بين 50 و300 بالمائة. ^{[ 3 ]}

يرجع السبب إلى الذاكرة. سلاسل البوليمر جزيئات طويلة متشابكة، وتحتفظ بشكلها السابق. قبل القالب، تكون في هيئة كروية تقريبًا في حالة استرخاء، مما يزيد من الإنتروبيا . داخل القالب، يؤدي التسارع المفاجئ والانقباض إلى تمددها ومحاذاتها على طول اتجاه التدفق. تتراكم الطاقة المرنة. تعمل تشابكات السلاسل التي لم تتح لها فرصة الانزلاق كروابط عرضية مؤقتة، تحافظ على هذا الإجهاد المخزن. ^{[ 4 ]}

عندما تتجاوز السلاسل القالب وتختفي الجدران، تنطلق الطاقة المخزنة ويرتدّ المعدن للخارج. كلما زاد طول السلاسل وسرعة دفعها، قلّ الوقت المتاح لتفكك التشابكات داخل القالب، وازدادت قوة ارتداد المعدن المنصهر عند خروجه. يتيح القالب الطويل جدًا ذو معدل التدفق البطيء للسلاسل وقتًا كافيًا للتفكك والاستقرار، مما يقلل من التورم. أما القالب القصير ذو معدل التدفق السريع فلا يمنحها أي وقت تقريبًا، فيكون التورم في أسوأ حالاته.

تؤثر عدة متغيرات على النتيجة:

• الوزن الجزيئي وتوزيع الوزن الجزيئي: سلاسل أطول وتوزيع أوسع يعنيان مرونة أكبر وتورمًا أكبر. ^{[ 2 ]}
• نسبة طول القالب إلى قطره (L/D) ː القالب الأطول يعني وقت إقامة أطول، مما يعني مزيدًا من الاسترخاء وتورمًا أقل.
• معدل التدفق ː يدفع بقوة أكبر، ويخزن المزيد من الطاقة المرنة، ويزيد من التورم، حتى النقطة التي يبدأ عندها تشقق الذوبان .
• كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما استرخى المصهور بشكل أسرع، لذا يميل التورم إلى الانخفاض مع ارتفاع درجة الحرارة.
• زاوية دخول القالب: يؤدي الدخول الحاد والمفاجئ إلى تشوه تمددي أكبر من التناقص التدريجي، مما يحمّل المصهور بمزيد من الإجهاد المخزن قبل أن يصل حتى إلى منطقة التماس. ^{[ 2 ]}
• تعمل الحشوات والمواد النانوية المركبة على تقييد حركة السلسلة وتقليل التورم بشكل عام مقارنة بالمادة غير المحشوة. ^{[ 5 ]}

الطريقة القياسية هي قياس اللزوجة الشعرية . يُصهر البوليمر ويُدفع عبر أنبوب شعري أسطواني بمعدل قص معروف، ويُقاس قطر المادة المبثوقة مباشرة بعد الخروج، عادةً باستخدام ميكرومتر ليزري أو نظام تصوير. ومن هذين الرقمين، يُمكن الحصول على قيمة B مباشرةً. ^{[ 6 ]}

يبدو قياسه بسيطاً. لكن في الواقع، الأمر معقد، لأن المادة المبثوقة تستمر في التمدد والانكماش بعد خروجها، والنقطة التي تقيس عندها مهمة.

يُعدّ تمدد القالب السبب الرئيسي لعدم دقة أبعاد قوالب البثق في مطابقة أبعاد المنتج النهائي. يجب أن تكون فتحة القالب أصغر من الحجم المطلوب حتى يصل المنتج المبثوق إلى الحجم الصحيح بعد التمدد. يؤدي الخطأ في هذه العملية إلى جدران أنابيب سميكة أو رقيقة جدًا، وأغشية غير مطابقة للمقاسات المطلوبة، ومقاطع جانبية لا تتناسب مع التطبيق المقصود. يتحكم مهندسو العمليات في هذه العملية من خلال ضبط نسبة الطول إلى القطر للقالب، ودرجة حرارة الانصهار، وسرعة البرغي، بالإضافة إلى إضافة آلية سحب بعد القالب لإعادة المنتج المبثوق إلى الأبعاد المستهدفة. ^{[ 2 ]}

• بثق البوليمر
• انصهار الكسر
• جدار انزلاقي
• اللزوجة المرنة
• اختلافات الإجهاد الطبيعية
• تأثير وايسنبرغ