پالی کاربونیٹ کا پگھلنے کا درجہ حرارت: حرارتی مزاحمت کی حدود

پالی کاربونیٹ کے حرارتی رویے کو سمجھنا: پگھلنے کی حد، Tg، اور تحلیل کی حدود

کیوں پالی کاربونیٹ کی ایک واضح پگھلنے کی حد نہیں ہوتی کیونکہ اس کی غیر مرتب ساخت ہوتی ہے

پولی کاربونیٹ، یا عام طور پر صنعت میں اسے جس طرح کہا جاتا ہے PC، ایمرفیس پولیمرز کی زمرے سے تعلق رکھتا ہے جہاں مالیکیولز منظم طریقے سے لائن میں نہیں بیٹھتے بلکہ بلوری مواد کی طرح منظم طریقے سے نہیں ہوتے۔ اس بے ترتیب ترتیب کی وجہ سے، جب گرم کیا جاتا ہے تو PC کے ٹھوس سے مائع میں تبدیل ہونے کا کوئی واضح نقطہ نہیں ہوتا۔ اچانک پگھلنے کے بجائے، درجہ حرارت بڑھنے کے ساتھ یہ تدریجی طور پر نرم ہونا شروع ہو جاتا ہے۔ اگلے مرحلے میں دلچسپ چیز یہ ہوتی ہے کہ مواد پہلے ہم اسے ربری اسٹیج کہتے ہیں اس سے گزرتا ہے اور پھر آخر کار پیداواری عمل کے لیے کافی حد تک قابل کار ہو جاتا ہے۔ جو کوئی بھی باقاعدگی سے PC کے ساتھ کام کرتا ہے، درجہ حرارت کو درست طریقے سے کنٹرول کرنا انتہائی ضروری ہوتا ہے۔ اگر اسے زیادہ گرم کیا جائے تو مواد خراب ہو جاتا ہے، لیکن اگر اسے بہت ٹھنڈا رکھا جائے تو موڈلنگ بھی درست طریقے سے نہیں ہوتی۔ وہ میٹھی جگہ تلاش کرنا تجربہ اور اچھی مشین کی کیلیبریشن کا متقاضی ہوتا ہے۔

پگھلنے کی حد (295°C–315°C) کو گلاس ٹرانزیشن درجہ حرارت (Tg ~ 145–150°C) سے علیحدہ کرنا

گلاس ٹرانزیشن درجہ حرارت، یا Tg، عام طور پر ریگولر پالی کاربونیٹ کے لیے تقریباً 145 سے 150 ڈگری سیلسیئس ہوتا ہے، جب مالیکیولز کافی حد تک حرکت شروع کر دیتے ہیں۔ جب مواد اس درجہ حرارت تک پہنچتے ہیں، تو وہ سخت اور جما ہوا ہونے کی حالت سے نرم، تقریباً چمڑے یا ربڑ جیسی حالت میں تبدیل ہو جاتے ہیں، اور اپنی اصلی سختی کا تقریباً 80 فیصد کھو دیتے ہیں۔ یہاں ایک اہم نوٹ: یہ واقعی پگھلنا نہیں ہے، بلکہ صرف ایک اہم نقطہ ہے جہاں وزن ڈالنے پر چیزوں کی استحکام ختم ہو جاتی ہے۔ اصل پگھلنا بہت بعد میں 295 سے 315 ڈگری سیلسیئس کے درمیان ہوتا ہے، جہاں پالی کاربونیٹ ایکسٹریوژن یا ان جیکشن ماڈلنگ جیسے عمل کے لیے استعمال میں لانے کے قابل حالت میں آ جاتا ہے۔ ان دونوں درجہ حرارت کو الجھانا ڈیزائن میں مسائل کا باعث بنتا ہے۔ اگر اجزاء Tg کی حد کے بہت قریب کام کریں تو وہ ان بلند درجہ حرارت تک پہنچنے سے پہلے ہی ہی ٹیڑھے یا مڑ سکتے ہیں۔ 315 ڈگری سے کم پروسیسنگ کے درجہ حرارت کو برقرار رکھنا مواد کو حرارتی نقصان کی وجہ سے خراب ہونے سے بچاتا ہے۔

حرارتی تخریب کا آغاز اور پروسیسنگ کی حفاظت اور مواد کی سالمیت کے لیے اس کے نتائج

پالی کاربونیٹ تقریباً 350 درجہ سیلسیس سے زیادہ گرم ہونے پر ٹوٹنا شروع ہو جاتا ہے۔ اس مرحلے پر، مالیکیولز الگ ہونا شروع ہو جاتے ہیں اور بس فینول A اور کاربن مونو آکسائیڈ جیسی نقصان دہ چیزوں کو خارج کرتے ہی ہیں۔ اس مواد کے ساتھ کام کرنے والے ہر شخص کے لیے، 340C سے کم پگھلنے کے درجہ حرارت کو برقرار رکھنا بہت ضروری ہے۔ کچھ ماہرین تو ایکستروژن یا ڈھالائی جیسے عمل کے دوران 320C سے بھی کم رہنے کی سفارش کرتے ہیں۔ ان محفوظ حدود سے آگے بڑھ جانے پر مسائل تیزی سے پیدا ہوتے ہیں۔ نمی اسے مزید خراب بنا دیتی ہے۔ اب کیا ہوتا ہے؟ پولیمر چینیں ہائیڈرولیٹک چین سسیشن کے نام سے جانے جانے والے عمل کے ذریعے کٹ جاتی ہیں۔ مواد زردی مائل ہو جاتا ہے، کاربنائل گروپس تشکیل پاتے ہیں، اور اپنی ضرب کی طاقت کا تقریباً آدھا حصہ 40% سے 60% کے درمیان کھو دیتا ہے۔ ایک بار جب یہ تبدیلیاں واقع ہو جاتی ہیں، تو انہیں واپس نہیں کیا جا سکتا اور یقیناً وقت کے ساتھ مصنوعات کی کارکردگی متاثر ہوتی ہے۔ اسی وجہ سے مناسب رال سوکھنے کی بہت اہمیت ہے۔ پروسیسنگ کے دوران بیرل کے درجہ حرارت کو کنٹرول کرنا ہمارے لیے ضروری مالیکیولر وزن اور تمام اہم میکانی خصوصیات کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے۔

حرارتی مزاحمت کی حدود: پائیداری کے لیے محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت کا تعین

پولی کاربونیٹ 120–130°C کے درمیان مسلسل استعمال کے دوران اپنی بہترین پائیداری برقرار رکھتا ہے۔ اس حد سے تجاوز کرنے پر حرارتی بُڑھاپا تیز ہو جاتا ہے، جس کے نتیجے میں میکانیکی کارکردگی میں قابل ناپ کمی واقع ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، 135°C پر 100 گھنٹے تک مسلسل استعمال سے کشیدگی کی طاقت میں 40% تک کمی واقع ہو سکتی ہے (میٹیریل پرفارمنس انڈیکس 2023)۔ محفوظ حرارتی آپریشن کو تین اہم پیرامیٹرز کنٹرول کرتے ہیں:

تقریباً 145 درجہ سینٹی گریڈ پر گلاس ٹرانزیشن درجہ حرارت پولیمرز کے لیے ایک حقیقی حد نشان کرتا ہے۔ اس حد سے تجاوز کرنے کے بعد، لمبی مالیکیولر زنجیریں اپنی جگہ سے حرکت کرنا شروع کر دیتی ہیں، جس کی وجہ سے مستقل شکل میں تبدیلی آ جاتی ہے جو واپس نہیں ہو سکتی۔ مختصر عرصے کے لیے درجہ حرارت کا 130C سے زیادہ ہونا عام طور پر زیادہ نقصان دہ نہیں ہوتا، لیکن اگر درجہ حرارت Tg کے قریب یا اس پر طویل عرصے تک برقرار رہے، تو مواد ڈھلنے لگتا ہے اور اپنی عملی خصوصیات کھونا شروع کر دیتا ہے۔ تاہم جب تک ہم حالات کو محفوظ حدود میں رکھیں، پولی کاربونیٹ اپنی اثرات کے خلاف اصلی مضبوطی کا زیادہ تر حصہ برقرار رکھتا ہے۔ تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ یہ اپنی ابتدائی مضبوطی کا تقریباً 9/10 حصہ برقرار رکھتا ہے، جو یہ وضاحت کرتا ہے کہ مشکل حالات کے باوجود بھی کئی صنعتی درخواستیں سالوں تک اس مواد پر انحصار کرتی ہیں۔

بوجھ اور وقت کے تحت کارکردگی: HDT، مسلسل استعمال، اور حرارتی متغیرات

1.8 MPa اور 0.45 MPa پر حرارتی تشکیل تبدیلی کا درجہ حرارت (HDT): ساختی درخواستوں کے لیے عملی اثرات

حرارتی تشکیل کا درجہ حرارت، یا مختصر میں HDT، بنیادی طور پر ہمیں یہ بتاتا ہے کہ مواد اعلیٰ درجہ حرارت پر وزن ڈالنے کے تحت اپنی شکل کو کتنی اچھی طرح برقرار رکھ سکتا ہے۔ جب ہم خاص طور پر پولی کاربونیٹ مواد کو دیکھتے ہیں، تو ہم دیکھتے ہیں کہ ان کا HDT بہت حد تک اس دباؤ کی قسم پر منحصر ہوتا ہے جس کا سامنا وہ کر رہے ہوتے ہیں۔ تقریباً 0.45 MPa کے نسبتاً ہلکے دباؤ کے تحت، HDT تقریباً 145 ڈگری سیلسیئس تک پہنچ جاتا ہے، جو شیشے کے گزر کے درجہ حرارت (Tg) کے قریب ہوتا ہے۔ لیکن جب دباؤ بڑھ کر 1.8 MPa تک پہنچ جاتا ہے تو حالات دلچسپ ہو جاتے ہیں، جہاں HDT گر کر تقریباً 132°C رہ جاتا ہے۔ یہ 13°C کا فرق گاڑیوں کے ماؤنٹنگ بریکٹس یا الیکٹرانکس آلات کے ہاؤسنگ یونٹس جیسے حصوں پر کام کرنے والے ڈیزائنرز کے لیے دنیا بھر میں فرق پیدا کرتا ہے۔ ان اجزاء کا اندازہ 1.8 MPa کی زیادہ تناؤ والی درجہ بندی کے مقابلے میں کم والی کے بجائے کیا جانا چاہیے۔ اگر کوئی چیز اس حد سے آگے کام کرے، تو وہ اپنی شکل سے نکلنے لگ سکتی ہے، ابعادی طور پر غیر مستحکم ہو سکتی ہے، یا بدتر صورتحال یہ ہو سکتی ہے کہ مکمل طور پر ناکام ہو جائے، حالانکہ درجہ حرارت تکنیکی طور پر Tg کی حد سے تجاوز نہیں کرتا۔ اچھے انجینئرز ہمیشہ اس بات کو یقینی بنانے کے لیے HDT کی تفصیلات کا موازنہ کرتے ہیں کہ حصہ عام آپریشن کے دوران حقیقت میں کیا سامنا کرے گا تاکہ یقینی بنایا جا سکے کہ وقت کے ساتھ سب کچھ برقرار رہے۔

مسلسل استعمال کی چھت (130°C تک) بمقابلہ مختصر مدت کے دورے – فعل اور طویل مدتی پائیداری کے درمیان توازن

پالی کاربونیٹ مواد عام طور پر تقریباً 130 درجہ سیلسیس کے درجہ حرارت پر مسلسل کام کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ مختصر مدت کے لیے تقریباً 150 درجہ تک کی اضافی بڑھوتری بھی قابلِ برداشت ہوتی ہے، خاص طور پر جب اسے ایسی چیزوں میں استعمال کیا جائے جیسے میڈیکل سٹیریلائزرز یا انجن جو عارضی طور پر گرم ہو جاتے ہیں۔ لیکن اس بات کا خیال رکھیں کہ جب یہ مواد بار بار زیادہ گرم ہو یا طویل مدت تک زیادہ حرارت میں رہے تو اس کے ساتھ کیا ہوتا ہے۔ مواد ایک عمل کے ذریعے ٹوٹنا شروع ہو جاتا ہے جسے ہائیڈرولیسس کہتے ہیں، جو 2023 میں پولیمر ڈیگریڈیشن اسٹڈیز کی تحقیق کے مطابق 135 درجہ سے بالاتر ہر 100 گھنٹوں میں اس کے مالیکیولر وزن کو تقریباً 15 فیصد تک کم کر دیتا ہے۔ عملی طور پر اس کا کیا مطلب ہے؟ اچھا، وقتاً فوقتاً پلاسٹک ناگہانی ہو جاتا ہے اور اگر اس کی عمر کے دوران اسے درجہ حرارت کی انتہا کا پانچ سے زائد بار سامنا کرنا پڑے تو صرف کچھ ماہ میں ہی اس کی ضربِ برداشت کی صلاحیت میں 30 سے 40 فیصد تک کمی آ جاتی ہے۔ جو کوئی بھی پالی کاربونیٹ کے ساتھ مصنوعات ڈیزائن کر رہا ہو، اس کے لیے 130 درجہ کے جادوئی نمبر سے کم درجہ حرارت پر آپریشن جاری رکھنا نہ صرف کارکردگی بلکہ پائیداری کے لحاظ سے بھی مناسب ہوتا ہے۔ اور جب 140 درجہ کے قریب کام کرنا ہو تو ہیٹ سنکس کے استعمال یا اجزاء کے اوپر ہوا پھونکنے جیسے مناسب تبریدی طریقوں کو نافذ کرنا اس قسم کی تدریجی خرابی کو روکنے کے لیے بالکل ضروری ہو جاتا ہے۔

طویل مدتی پائیداری پر حرارتی بڑھاپے کے اثرات

100°C سے زیادہ درجہ حرارت پر کشیدگی شدّت اور صدمے کے مقابلے میں مزاحمت کا تدریجی نقصان

پالی کاربونیٹ درجہ حرارت صرف 100 ڈگری سیلسیس سے تھوڑا زیادہ ہونے پر حرارتی بُڑھاپے کی علامات ظاہر کرنا شروع کر دیتا ہے۔ جب اس مواد کو ان حالات میں طویل عرصے تک چھوڑ دیا جاتا ہے، تو یہ ہائیڈرولیسس اور آکسیڈیشن جیسے عمل کے ذریعے ٹوٹنا شروع ہو جاتا ہے۔ اس تخریب کی وجہ سے کششِ کشی (tensile strength) تقریباً 40 فیصد تک کم ہو سکتی ہے اور طویل استعمال کے بعد اثر کے خلاف مزاحمت اس سے بھی زیادہ نصف تک کم ہو سکتی ہے۔ تقریباً 110 ڈگری پر، تقریباً 1,000 گھنٹوں کے آپریشن کے بعد مواد محسوس کرنے لائق ناشائستہ ہو جاتا ہے، جس کی وجہ سے وزن سہارنے والے اجزاء میں دباؤ کے تحت دراڑ پڑنے کا امکان کافی بڑھ جاتا ہے۔ یہ مسئلہ ان گاڑیوں اور برقی آلات میں واقعی اہمیت رکھتا ہے جہاں وقت کے ساتھ ساتھ گرمی مسلسل جمع ہوتی رہتی ہے۔ مصنوعات کی ڈیزائن پر کام کرنے والے انجینئرز کو یہ بتدریج کمزوری مدنظر رکھتے ہوئے یہ طے کرنا چاہیے کہ کوئی چیز کتنی دیر تک چلے گی۔ معمول کے آپریشن کے دوران درجہ حرارت کو مخصوص حدود سے نیچے رکھنا مطلوبہ عمر تک مواد کی مضبوطی کی خصوصیات کو برقرار رکھنے میں مدد دیتا ہے۔

ظاہری اور مائیکرو ساختی اشارے: زردی، دھندلا پن، اور سطح کی مائیکرو دراڑیں پائیداری کی انتباہی علامت کے طور پر

پولی کاربونیٹ میں حرارتی تخریب کی بڑھتی ہوئی علامت کے طور پر تین ظاہری نشانیاں ہیں:

• زردی : آکسیڈیٹیو رد عمل کی وجہ سے کروموفورز کی تشکیل کی بنا پر ہوتی ہے، جس کی شدت جمعی حرارت اور یو وی تابکاری کے ساتھ بڑھ جاتی ہے
• ضبابیت : زنجیر کے انکوائل ہونے کی وجہ سے سطح کی مائیکرو-کھردری کی بنا پر ہوتا ہے، جو بصری وضاحت کو کم کرتا ہے اور مواد کی خرابی کی نشاندہی کرتا ہے
• مائیکرو دراڑیں : تناؤ والے مراکز پر تشکیل پاتی ہیں، جن میں 0.5µm سے کم دراڑیں تباہ کن ٹوٹنے کی ابتدا ہوتی ہیں

زیادہ تر اوقات ہمیں مسلسل 100 درجہ سیلسیس پر مشین چلانے کے تقریباً 6 سے 12 ماہ بعد یہ تبدیلیاں نظر آنی شروع ہوتی ہیں۔ مواد میں باریک مائیکرو دراڑیں تشکیل پاتی ہیں جو بڑی دراڑوں کے پھیلنے کا نقطہ آغاز بن جاتی ہیں، جس کے نتیجے میں آخرکار عُضو خراب ہو جاتا ہے۔ ان چھوٹی علامتوں پر نظر رکھنا صفائی ستھرائی کی ٹیموں کو مسائل کو ابتدائی مرحلے میں پکڑنے اور اجزاء کو بالکل خراب ہونے سے پہلے تبدیل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ جب درجہ حرارت باقاعدگی سے محفوظ حد سے زیادہ ہو جاتا ہے، تو چیزوں کی فرسودگی بہت تیزی سے ہوتی ہے۔ اسی وجہ سے طویل عرصے تک استعمال کے لیے ڈیزائن کردہ کسی بھی نظام کے لیے مناسب حرارت کنٹرول کا ہونا بہت اہم رہتا ہے۔

اکثر پوچھے جانے والے سوالات کا سیکشن

پولی کاربونیٹ کا گلاس ٹرانزیشن درجہ حرارت (Tg) کیا ہے؟

پولی کاربونیٹ کا گلاس ٹرانزیشن درجہ حرارت عام طور پر 145 سے 150 درجہ سیلسیس کے درمیان ہوتا ہے۔ اس درجہ حرارت پر، پولی کاربونیٹ ایک سخت اور سخت حالت سے زیادہ لچکدار اور لچکدار حالت میں تبدیل ہو جاتا ہے۔

کس درجہ حرارت پر پولی کاربونیٹ کا تخریب شروع ہوتا ہے؟

پالی کاربونیٹ 350 درجہ سیلسیس سے زیادہ درجہ حرارت پر حرارتی خرابی کا شکار ہونا شروع ہوتا ہے۔ خرابی سے بچنے کے لیے پروسیسنگ کے درجہ حرارت کو 340 درجہ سے کم رکھنے کی سفارش کی جاتی ہے۔

پالی کاربونیٹ کے محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت سے تجاوز کرنے کے کیا نتائج ہیں؟

پالی کاربونیٹ کے محفوظ آپریٹنگ درجہ حرارت سے تجاوز کرنا، خاص طور پر طویل عرصے تک 130°C سے زیادہ درجہ حرارت پر، حرارتی عمر بڑھنے کا سبب بن سکتا ہے جس سے اس کی کشیدگی کی طاقت، دھکّے کی مزاحمت کم ہو جاتی ہے، اور مواد ہشyar ہو جاتا ہے۔

میں کیسے پتہ چلا سکتا ہوں کہ کیا پالی کاربونیٹ نے حرارتی خرابی کا سامنا کیا ہے؟

پالی کاربونیٹ میں حرارتی خرابی کی علامات میں زردی، دھندلاپن، اور سطح پر مائیکرو دراڑیں شامل ہیں، جو نظری وضاحت اور میکانیکی طاقت دونوں کو کم کر سکتی ہیں۔