پایان نامه بررسي انواع روشهاي جوشكاري پلاستيكها
مقدمه:
اولين بار در سال 1862 برادران هايت[1] موفق به توليد سلولوئيد شدند و در حدود چهل سال بعد شخصي بنام باكلند [2] موفق به توليد باكليت شد. در حد فاصل سالهاي 1921 تا 1928 بعضي از انواع نايلونها و همچنين اوره – فرمالدئيد و … به بازار عرضه شد و در سال 1934 پلي و نييل كلريد (PVC) در ميزان تجاري جهت ساخت محصولات مختلف روانه بازار شد. اما مهمترين دوره پيشرفت پلاستيكها در دهه 1950 و در دهه 1960 اتفاق افتاد كه در آن زمان اختراع و توليد انواع مختلف پلاستيك با خواصل و كاربردهاي متنوع نقطه عطفي در اين صنعت نام گرفت. در اين زمان اختراع توليد انواع مختلف پلاستيك با خواص و كاربردهاي متنوع اتفاق افتاد كه در آن زمان اختراع و توليد انواع مختلف پلاستيك با خواص و كاربردهاي متنوع نقطه عطفي در اين صنعت نام گرفت. در اين زمان دانشمنداني چون زيگلر [3]از آلمان و يا ناتا [4]از ايتاليا اصول و روشهاي پليمريزاسيون را روشن كردند و باعث پيدايش تكنولوژي نويني در جهت ساخت پليمرهاي مختلفي همچون خانواده پلي اتيلنها و پلي پروپيلنها و پلي اترها و اپوكسي ها و … شدند . اگر بخواهيم اسمي از اولين پلاستيك ساخته شده بشر نام ببريم بايد به سلولز نيترات اشاره كنيم كه اولين پلاستيك تجاري بود كه به بازار عرضه شد ولي به دليل ضعفهايي كه داشت از جمله قابل اشتعال بون زياد و در نتيجه خطرناك بودن اين پلاستيك، تحقيقات براي جايگزين كردن نوع پلاستيك ديگري كه اين ضعف را نداشته باشد توسط پروفسور مايلز به توليد پلاستيك سلولزاستات منجر شد كه اين محصول بازار خوبي را كسب كرد. توسعه گرمانرم هاي PVC و PE كمك بزرگي به متفقين در جنگ جهاني دوم نمود و اين امر باعث شتاب تحقيقات در زمينه پلاستيكها در اين كشورها شد و در نتيجه پلي استر غير اشباع، پلي استايرين و اپوكسي كشف شد و به يكباره توجه به صنعت پلاستيك جلب شد.در دهه 1960 نه تنها رشد سريع پلاستيكهاي گرمانرم مثل PVC ، PE ، PP ، PS شكل گرفت بلكه دهه ظهور پلاستيك سوپر مثل پلي كربنات، پلي استال فنوكسيها، پلي فنيلين اكسيد نيز نام گرفته اين پلاستيكها را كه مخصوص ميباشند معمولاً پلاستيكهاي مهندسي مينامند كه به عنوان جايزگين آلياژهاي فلزي در مقايس صنعتي پذيرفته شدهاند.
در حال حاضر با توجه به پيشرفت هاي جديد در صنايع خودرو سازي و يا لوازم خانگي قطعات پلاستيكي بخاطر كاهش وزن و افزايش بازدهي، جايگزين مناسبي براي قطعات فلزي شدهاند. امروزه از انواع پلاستيكهاي پليمري در بازار در حدود 70 درصد آنها مختص به چهار گروه PVC ، PP , PE و پليمرهاي نوع پلي استايرني (PS) مي باشد براي توليد اين چهار زمينه كالا رقابت شديدي بين شركتهاي شيميايي مونسافتو، شركت داو، شل، يونيون كار بايد و شركت پونت و بياف گودريچ و اكسون و فيلپس وجود دارد. در موارد خاصي نيز پلاستكيهاي خاص توسط يك يا دو توليد كننده توليد مي شوند و جنبه رقابتي بودن از بين مي رود.
2-1- هدف پروژه
تنوع تعداد پلاستيكهايي كه در جهان توليد مي شوند به قدري زياد است كه اگر قرار باشد مخشصات و كاربردهاي تمامي آنها را روي كاغذ بياوريم كتابي با هزارات برگ خواهد شد. از سوي ديگر آمار روزانه ميزان تويد و مصرف انواع پلاستيكها در جهان سر به ارقام نجومي مي زند. همين مسأله نشانگر ميزن اهميت پلاستيكها در صنعت و زندگي روزمره بشر در سالهاي اخير است و باز هب همين علت است كه مي توان به جرأت اعلام نمود كه در سالهاي اخير در برخي زمينه ها پلاستيكها توانسته اند به راحتي جانشين فلزات شده و با آنان به رقابت برخيزند لذا همانقدر كه تكنولوژي جوشكاري و اتصال فلزات در صنعت حائز اهميت است جوشكاري پلاستيكها نيز در جاي خود بايد مورد توجه قرار گيرد. امروزه با استفاده از روشهاي مختلف جوشكاري، اتصال و نهايتاً شكل دادن پلاستيكها مي توان اشكال و قعطات پيچيدهاي را تهيه نمود كه با استفاده از مواد ديگري مثل چوب و فلز و غيره امكان دستيابي به آنها غير ممكن و نسبتاٌ مشكل مي باشد.
در اين ميان نقش تفلون به عنوان يك پلاستيك صنعتي بسيار نمايان است. همان گونه كه مي دانيد تفلون يكي از انواع پلاستيك است كه امروزه نقش مهمي را در صنايع ايفا مي كند و در بسياري موارد و شرايط استراتژيك جايزگزين قطعات فلزي شده است. خواص ويژه اين پلاستيك و قابليت تراشكاري آن و همخواني با محيط هاي جوي متفاوت ما را بر آن داشت كه مطالعه و تحقيقي داشته باشيم بر نحوه اتصال و جوشكاري و مونتاژ قطعات تفلون و انواع روشهاي جوشكاري پلاستيكها و در نهايت هدف، ارائه نتايج حاصل از آزمايشات تجربي و ارائه نظر رو راهكار در مورد نحوه جوشكاري تفلون به روش ابزار داغ مي باشد. در اين ميان تلاش خواهد شد تأثير نوع طرح پخ و يا عمليات حرارتي تكميلي برروي استحكام جوش حاصله نمايان گردد.
فصل دوم : مروري بر منابع
1-2- جوشكاري و اتصال حرارتي پلاستيكها
قطعات پلاستيكي را مي توان به طرق مختف بررويهم سوار كرد. بطور كلي اين روشها در 3 گروه طبقه بندي مي شوند كه عبارتنداز:
- چسباندن پلاستيكها برروي هم.
- سوار كردن قطعات پلاستيكي به طريقه مكانيكي.
- جوشكاري و اتصال حرارتي پلاستيكها
در فرآيند چسباندن قطعات پلاستيكي سطوحي را كه قرار است بهم چسبانده شوند بالايهاي از چسب پوشانده و سپس آنها را روي هم گذاشته و با اعمال فشار متوسطي به يكديگر مي چسبانند. نوع چسب مورد استفاده در هر حالت بستگي به نوع مادهاي دارد كه قرار است چسبانده شود.
2-2- ايجاد اتصال از طريق چسباندن
ايجاد اتصال از طريق چسباندن يكي از راههاي موثر مونتاژ پلاستيكها در سرعتهاي بالا است. اين اتصال باعث آميختن مولكولهاي بين قطعات نمي شود. بلكه قطعات را به يكديگر ميچسباند. چسباندن چوب ، كاغذ و فلزات نمونههايي از اين نوع اتصال ميباشد. چسبهاي مذاب داغ نمونههايي از اين مواد هستند كه با سرد شدن سخت ميشوند. در اين بحث هيچ تمايزي بين چسبهاي دائمي، موقت يا جدا شونده نخواهد بود . همه آنها به عنوان موادي كه باعث چسبندگي سطح قطعات به يكديگر مي شوند مورد توجه خواهند بود. چسبها در صنايع اتومبيل، نساجي، هوافضا، ساختمان، بسته بندي و الكترونيك استفاده مي شود. .
3-2- چسبندگي امتزاجي
در اتصالات چسبندگي امتزاجي مولكولهاي بين قطعات با يكديگر آميخته مي شوند. سطوحي از قطعات كه به يكديگر متصل مي شوند بايد قبلاً بوسيله حرارت يا حلال، نرم يا روان شوند چسبندگي امتزجي نوع چسبندگي شيميايي است كه قطعات را كنار هم نگه مي دارد. پيوند با ملات حل كننده، پيوند چرخشي، پيوند جوشكاري با گاز داغ، پيوند با كمك ابزار داغ، پيوند ضربهاي ، پيوند دي الكتريك، پيوند ماوراي صوت، و پيوند الكترو مغناطيسي روشهايي از چسبندگي امتزاجي مي باشند [1] .
4-2- پيوند ملاتي
ملاتهاي حل كننده و ملاتهاي چسبناك دو نوع ملاتي هستند كه كاربرد رايجي دارند . ملاتهاي حل كننده حلالها يا مخلوطهايي از حلالها هستند كه مواد را حل نموده و سپس با تبخير حلال، مواد در يكديگر روان شده و مياميزند. ملاتهاي غليظ كه گاهي ملاتهاي لايهاي يا مخلوطهاي حلالي نيز خوانده مي شوند. متشكل از حلالها و مقايدر كمي از پلاستيكهايي هستند كه بايد به يكديگرمتصل شوند. اين ملات ماده ويسكوزي است كه پس از خشك شدن لايه نازكي از پلاستيكهاي مادر را در محل اتصال باقي مي گذارد.
ايجاد پيوند با ملات حل كننده فقط براي بعضي پلاستيكهاي گرمانرم امكانپذير است و براي پلاستيكهاي گرما سخت چنين پيوندي امكانپذير نيست. حلالهاي داراي نقطه جوش پايين بسرعت تبخير مي شوند. بنابراين تا قبل از تبخير تمام حلال محل متصل شده بايد ثابت بماند. مثالي در اين مورد متيل كلرايد است با نقطه جوش 104 درجه فار نهايت . (40 درجه سانتيگراد). ملاتهاي حل كننده با روشهاي متعددي براي اتصال پلاستيكها بكار مي روند. صرفنظر از روش بكار رفته تمام اتصالات بايد تميز و صاف باشند. بسيار از صنعتگران اتصال جناقي شكل را براي ايجاد اتصال مستقيم دو لبه ترجيح مي دهند .در روشن خيساندن، محل اتصال بايد با حلال خيسانده شود تا سطح نرمي بدست آيد. سپس قطعات در كنار هم با فشار جزئي قرار مي گيرند تا حلال تبخير گردد. اگر فشار بيش از حد بكار برده شود ممكن است بخشهاي نرم خارج از نقطه اتصال فشرده شده و اتصال ضعيفي ايجاد شود.سطوح بزرگ ممكن است در ملاتها روي آنها اسپري گردد . با نفوذ حلال به داخل درز يا ترك محل شكستگي نيز مي توان اتصال امتزاجي ايجاد نمود. قلموي كوچك نقاشي يا سرنگهاي زيرجلدي ابزارهاي دستي تزريق ملات مي باشند.
5-2- اتصالات مكانيكي
قطعات پلاستيكي را مي توان با استفاده از اتصالات مكانيكي ماند پيج، پرچ، بست، مهره، مفصل، چفت فنري و غيره نيز برروي هم سوار كرد. مزيت اصلي استفاده از اتصالات مكانيكي براي سوار كردن قطعات پلاستيكي اولاً امكان اتصال قطعات غير همجنس برروي هم و ثانيا امكان اتصال قطعات ساخته شده از پلاستيكهاي ترموست علاوه بر ترموپلاستيك ها مي باشد. بست هاي مكانيكي متعددي براي استفاده در پلاستيكها وجود دارد . پيچهاي خودكار زماني بكار مي روند كه بست غالباً نبايد باز شود ولي زماني كه نياز به باز كردن مرتب اتصال باشد مهره فلزي در پلاستيك ممكن است در قالب قرار گرفته يا پس از قالب گيري نصب شوند. پيچها و پرچهاي پلاستيكي يا فلزي براي مونتاژ دائمي بكار ميروند و پيچهاي ماشيني ، مهره ها و پيچهاي استاندارد كه از پلاستيك يا فلز ساخته شدهاند در روشهاي معمول مونتاژ بكار مي روند [1] .
اتصال حرارتي اولين روش براي سوار كردن ورقها و لولههاي پلاستيكي بخصوص انواع ترموپلاستيكي ان مي باشد. در اين روش كه بيشتر براي اتصال ورقها و لوله هاي پلاستيكي مورد استفاده قرار مي گيرد. از اعمال همزمان فشار و حرارت به موضع اتصال استفاده مي شود. ساده ترين روش براي اينكار شامل لوله هاي فلزيي است كه المنتهاي حرارتي برق در داخل آنها جاي گرفته باشد. وسيله ديگري كه در اين زمينه بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد شامل المانهاي اتصال حرارتي الكترونيكي و با فركانس بالا است.
روش ديگري از اتصال حرارتي كه براي سوار كردن پلي اتيلنها به كار مي رود شامل اكستروژن يك رشته داغ از حسب مابين سطوح مورد اتصال مي باشد كه با اعمال فشار دنبال مي شود. ساده ترين روش براي متصل كردن ورقها يا قطعات پلاستيكي با استفاده از حرارت است. تعيين نوع سيستم اتصال با در نظر گيري فاكتورهاي زير انجام ميگيرد:
(a ماهيت مادهاي كه قرار است رويهم متصل شود.
(b شكل محصول
(c ملزومات مورد نياز
(d چگونگي كيفيت محصول
در حاليكه تجهيزات الكترونيكي پيشرفتهاي براي اتصال حرارتي پلاستيك ها طراحي شده است، مي توان از اتصال دهندههاي دستي ساده آهني براي متصل كردن ورقهاي نازك پلاستيكي به ضخامت (1-5/0) ميلي متر براي برخي كاربردهاي ويژه نيز استفاده كرد.
لازم به ذكر است كه جوشكاري پلاستيكها از بسياري جنبهها مشابه با جوشكاري فلزات است به استثناي برخي موارد كه ذكر خواهد شد. اما اتصال حرارتي پلاستيكها روشهايي را در بر مي گيرد كه در آن با استفاده از اعمال حرارت و فشار مي توان دو جزء مورد نظر را به يكديگر متصل نمود.
6-2- انواع جوشها و فرآيندهاي مختلف جوشكاري پلاستيك
در جوشكاري ترموپلاستيكها نوع جوش بكار رفته مشابه انواع آن در جوشكاري فلزات است. همان روشهاي آماده سازي لبه هاي اتصال شام پخ زني، انطباق و جفت كردن ، تعيين و تنظيم ريشه جوش و غيره كه در جوشكاري فلزات بكار ميرفت براي جوشكاري پلاستيكها نيز لازم هستند.در صورتيكه نياز به جوش با كيفيت خوب داشته باشيم، اهميت پخ زني لبههاي جوش بيشتر خواهد بود. حتي مي توان گفت كه اهميت پخ زني در جوشكاري پلاستيكها بيش از جوشكاري فلزات است، از آنجا كه خواص فيزيكي ترموپلاستيكها و فلزات با يكديگر متفاوتند، اختلافات قابل توجهي در روشهاي مورد استفاده در جوشكاري ايندو به چشم مي خورد. در جوشكاري فلزات فلز سيم جوش و فلز زمينه با يكديگر تركيب شده و درز جوش را پر مي كنند و در جوشكاري ترموپلاستيكها ذوب شدن و جريان يافتن مذاب به داخل درز جوش عملي نشده بلكه سيم جوش يا پلاستيك جوش نرم شده و با اعمال فشار كمي كه توسط وسيله جوشكاري به آن وارد مي شود اين دو عامل با يكديگر پيوند دائمي و ثابتي بوجود ميآورند. برخي از مواد ترموپلاستيكي در حين جوشكاري توليد گازها و بخارات سمي ميكنند لذا پيشگيري ها و موارد احتياطي كه توسط سازندگان اينگونه مواد خاطرنشان ميشوند بايد همواره مورد توجه قرار گيرند. براي پيشگيري از هرگونه خطا و اشتباه مخاطره آميز و استشاق گازهاي سمي بايد عمليات جوشكاري را در محيط هاي روباز يا كارگاههاي مجهز به تهويههاي بسيار خوب انجام داد.
[1] (Hyatt)
[2] (Backle land)
[3] (Ziegler)
[4] (Na tta)
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.