دانلود مقاله سیر تحول پلاستیک ها و روش های نوین در تولید و بازیافت

سیر تحول پلاستیک ها و روش های نوین در تولید و بازیافت

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:48

فهرست مطالب :

مقدمه ای بر پلاستیک ها ­_______________________________ 3

تاریخچه پلاستیک ها ___________________________________ 3

سیر تکاملی پلاستیک ها ________________________________ 4

پلیمرها ______________________________________________ 6

دسته بندی پلیمر ها ______________________________________ 7

لاستیک _________________________________________________ 7

آزمون‌های پلاستیک ‌ها _____________________________________ 7

ماشینکاری و عملیات پرداخت نهایی روی قطعات پلاستیکی کامپوز ___11

فرآیند های قالبگیری _____________________________________ 12

قالب گیری مواد ترموست دانه ای و صفحه ای __________________ 15

 انواع محصولات پلاستیکی اکسترود شده _______________________ 17

اصول پایه در طراحی محصولات پلاستیکی _______________________ 18

فهرست بعضی از اصطلاحات فنی ___________________________21

سازمان‌های مربوط به صنعت پلاستیک _______________________ 23

جدول تاریخچه زمانی پلاستیکها ____________________________24

چکیده :

واژه پلاستیک دارای ریشه یونانی و مشتق از واژه یونانی Plastikos به معنی "شکل دادن یا جای دادن درون قالب برای قالبگیری" می باشد. انجمن صنعت پلاستیک SPI یک توضیح بسیار دقیق تر و مشخص تری را در این خصوص ارائه می کند. این انجمن پلاستیک ها را به شرح زیر مشخص و تعریف می کند: "هر یک از گروههای بزرگ و متفاوتی از مواد به طور کامل یا در بخشی از ساختار شیمیایی خود شامل ترکیباتی از کربن با اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن و یا سایر عناصر آلی و معدنی می باشند به طوری که در حالت نهایی خود، حالت جامد به خود می گیرند و در چند مرحله از فرایند ساخت و تولید خود نیز، شکل مایع به خود می گیرند و درنتیجه قادر به تشکیل اجسامی سه بعدی در شکل های گوناگون می باشند که فرایند شکل دادن آ نها، نتیجه استفاده از گروه های مواد به طور منفرد یا متصل شده به هم در کنار یکدیگر تحت تأ ثیر حرارت و فشار
 می باشد."
‏یک شیمیدان انگلیسی به نام جوزف پریستلی (Joseph Priestley)، اولین باو واژه لاستیک Rubber ‏را متداول کرد، پس از اینکه او متوجه شد که تکه ای از لاتکس طبیعی بخوبی نوشته های مدادی را پاک می کند. لاستیک طبیعی را در گروه بزرگی از پلیمرها موسوم به "الاستومرها یا کشپارها Elastomers " می توان جای داد. الاستمرها،مواد پلیمری طبیعی یا سنتتیک می باشند که تا حد %200 طول اولیه خود و در دمای اتاق می توانند کشیده شوند و تقریبا به طور سریعی به طول اولیه خود برگردند.

تاریخچه پلاستیک ها

امروزه تصور زندگی کردن بدون وجود پلاستیک ها بسیار ‏سخت و دشوار می باشد.درفعالیت های روزمره به کالاهای پلاستیکی همانند بطریها، شیشه های عینک، تلفن ها، نایلون ها و بسیاری از اشیا پلاستیکی دیگر وابسته ایم. درهر صورت، بیش از یکصد سال از تاریخچه پلاستیک ها به شکل کنونی در زندگی ما نمی گذرد و صد سال پیش آ نها به صورت امروزی وجود نداشتند. تا مدتها قبل از توسعه پلاستیک های تجاری، برخی از مواد موجود، خواص منحصر به فردی را از خود به نمایش گذارده اند. اگر چه پلاستیک ها قوی، نیمه شفاف، دارای وزن سبک می باشند وقابلیت قالبگیری دار‏ند، فقط تعداد بسیار اندکی از مواد وجود دارند که چنین خواصی را به صورت درهم آمیخته با هم و با کیفیت مطلوب ازخود نشان می دهند. امروزه از این مواد، به عنوان پلاستیک های طبیعی نامبرده می شود.
‏پلاستیک های طبیعی در طی قرون متمادی از ترکیب و تلفیق خواص زیر بهره مند شده اند: وزن سبک، استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر نفوذ آب، مات بودن و نیم شفافیت و قابلیت قالبگیری. توانایی بالقوه آ نها آ شکار بود ولیکن آ نها موادی بودند که جمع آوری شان دشوار بود یا فقط در حجم ها و یا ابعاد محدود در دسترس بودند. در سرتاسر دنیا، افراد بسیاری تلاش کردند تا پلاستیک های طبیعی را بهبود بخشیده، بهینه سازند و یا اینکه جایگزینها یی را برای آ نها پیدا کنند. ‏
در فرایند ساخت و تولید پلاستیک های طبیعی اصلاح شده، مواد خام طبیعی همانند بذرهای پنبه یا کتان یا لاستیک صمغی به شکل های جدید و بهتری مبدل شدند. سلولوئید مزایا و کیفیت افزون تری نسبت به شاخ داشت که برتری آ ن را در عمل نشان می داد. ولیکن مواد اصلاح شده هنوز دو نخستین جزء تشکیل دهنده شان بر پایه منابع طبیعی استوار بودند.تا قبل از توسعه باکلیت امکان ساخت ماده ای که بتواند در کارخانه تهیه و ساخت شود و در عین حال با طبیعت رقابت کند، وجود نداشت. باکلیت، دریچه های توسعه گروهی از پلیمرهای سنتتیک را باز کرد که برای فراهم کردن شرایط خاص، تنظیم و طراحی شدند.
‏کاوش و تحقیق برای مواد بهبود یافته تا به امروز ادامه دارد. بسیاری از الیاف جدید نتیجه تلاش برای ساخت ابریشم مصنوعی(Artificial silk) می باشد. مواد مرکب (Compositematerials) هم اکنون در کلیه کاربردها یی که قبلا مخصوص فلزات بود، مورد استفاده قرار می گیرد. امکانات برای یافتن جانشین های جدید به نظر بی انتها و پایان ناپذیر می ایند.

سیر تکاملی پلاستیک ها

پلاستیک های طبیعیمواد طبیعی اصلاح شدهپلاستیک های سنتتیک یا مصنوعی قدیمیپلاستیک های سنتتیک تجاری

 پلاستیک های طبیعی
       • شاخ
       • لاک شیشه ای
       • گوتاپرشا(نوعی از کائوچوی طبیعی با ساختار ترانس)

‏مواد طبیعی اصلاح شده قدیمی
       • لاستیک
       • ‏سلولوئید

پلاستیک های مصنوعی یا ساخته شده قدیمی

پلاستیک های مصنوعی تجارتی

پلاستیک های طبیعی

نقطه شروع این پلاستیک ها در انگلستان قرون وسطی بود.
      • شاخ

      • لاک شیشه ای یا شلاک (shellac) :
در حوا لی سال های 1290 میلادی وقتی که مارکوپولو از سفر خود به آ سیا، به اروپا بازگشت، لاک شیشه ای را با خود به همراه آورد. او لاک شیشه ای را در هندوستان پیدا کرد، جایی که مردم، قرن ها بود که از آن استفاده می کردند. آنها خواص بی نظیر یک پلیمر طبیعی را که از حشرات به جای شاخ گاو به دست می آمد، کشف کرده بودند.
حشره ای که پلیمر را تولید می کرد، بچه حشره ساس مانندی بود که Lac ‏نامیده می شد که در نواحی هندوستان و آسیای جنوب شرقی زندگی می کند.

      • گوتا وپرشا Gutta percha یا لاستیک طبیعی با ساختار ترانس:
گوتا پرشا، یک پلیمر طبیعی با خواص قابل ملاحظه می باشد. آن از طریق درختان گوتا پلاکوئیوم ( Palaquium gutta trees‏) که یک درخت بومی مخصوص منطقه شبه جزیره مالایا می باشد، تهیه می شود. در سال 1843، William montgomeria گزارش کرد که درMalaya، از گوتا پرشا برای ساختن دستگیره های چاقو استفاده می شود. این ماده در آب داغ نرم می شود و تحت فشار با دست به شکل مطلوب خود در می اید. گزارش وی باعث علاقمندی به این ماده گرد ید و منجربه تشکیل و تاسیس کمپانی Gutta percha گرد ید که تا سال 1930 فعالیت خود را حفظ کرد. این شرکت کالاهای قالب گیری شده را ساخته و تولید کرد.
‏ویژگی های گوتا پرشا غیر معمول می باشد. در درجه حرارت اتاق، جامد می باشد و می تواند دندانه دندانه شده و تورفتگی (Dented) پیدا کند ولیکن به آ سانی نمی شکند. در اثر حرارت آ ن را می توان به صورت نوارهای بلند (Long strips‏) در آ ورد که همانند لاستیک دوباره در اثر کشش به حالت اول خود بر نمی گردد. گوتا پرشا تا حد زیادی خنثی و بی اثر می باشد و در برابر ولکانیزاسیون از خود مقاومت نشان می دهد. مقاومت آ ن نسبت به حمله شیمیایی آ ن را به یک عایق عالی برای سیم های الکتریکی و کابل ها در می آورد. هنگامی که نوارهای بلند گوتا پرشای کشیده شده به طرز بسیار محکمی دو امتداد یک سیم بافته و پیچیده (Wound) شوند، کابل به دست آمده انعطاف پذیر و ضد آب ‏(Waterproof) شده و نسبت به حمله شیمیایی تأثیرناپذیر و نفوذ ناپذیر(Impervious) خواهد شد.
‏نخستین تلگراف زیرآبی در امتداد کاناله انگلیسی از Dover به Calais ساخته شد. موفقیت آن به واسطه عایق بندی با گوتا پرشا بود. در ایالات متحده ، شرکت تلگراف مورس (Morse) یک کابل عایق بندی شده با گوتا پرشا را در عرض رودخانه Hudson‏ در سال 1849 احداث نمود. گوتا پرشا همچنین نخستین کابل ماورای اقیانوس اطلس و عبور کننده از آن را که در سال 1866 احداث شد، محافظت نمود.

مواد طبیعی اصلاح شده

کازئین:
‏کازئین ماده ای است که از شیر دلمه یا شیر بسته شده و منعقد شده ساخته شده است.

      • (Caoutchouc or rubber)لاستیک یا کائوچو:
‏لاستیک طبیعی که به لاستیک صمغی نیز موسوم است، یک شیره (Latex ‏) طبیعی است که در شیره پرورده گیاهی یا عصاره و شیرابه بسیاری از درختان و گیاهان یافت شده است. در مایع سفید و چسبنده حاصل از گیاه ترشح کننده شیره (Milkweed plant)، در صد بالایی از شیره گیاهی وجود دارد. درخت لاستیک، یک تولید کننده نیرومند و سر شار شیره گیاهی می باشد که در حجم بسیار زیادی در هندوستان و مالزی کاشته و پرورش داده می شود.

‏       • سلولوئید (Celluloid) :
‏برای تولید سلولوئید، سلولز در شکل تخمهای پنبه و کتان (Cotton linters)، دستخوش یک سری از اصلاحات شیمیایی می شود. یکی ا‏ز تغییرات، تبدیل کتان به نیتروسلولز می باشد. در سال 1846، یک شیمیدان سوئیسی به نام C.F.Schonbeinکشف کرد که ترکیبی از اسید نیتریک و اسید سولفوریک ، کتان را ‏به ماده منفجره قوی ‏(a high explosive‏) تبدیل می کنند. نیتروسلولز ماده منفجره ای است که تا حد زیادی نیتره شده است. (Moderately nitrated) ماده منفجره نیست ولیکن برای استفاده در روشهای دیگری سودمند می باشد.

پلاستیک های سنتتیک یا مصنوعی قدیمی

دکتر لئو اچ-.بائکلند (Leo h. Baekeland)، یک شیمیدان تحقیقاتی بود که بر روی پیدا کردن جانشینی برای لاک شیشه ای و روغن جلا ((Varnishکار می کرد. در ژوئن 1907 ، وقتی که وی مشغول کار کردن، مطالعه وتحقیق بر روی واکنش شیمیایی میان فنل و فرمالدئید بود، یک ماده پلاستیکی را کشف کرد و نام آ ن را باکلیت (Bakelit) گذاشت. فنل و فرمالدئید از شرکت های شیمیایی به جای طبیعت تهیه می شدند. در نتیجه ، این امر موجب شد تا تفاوت اصلی و مهمی میان باکلیت و پلاستیک های طبیعی اصلاح شده پدیداید. Baekland در دفترچه یاداشت خود با کمی اصلاح ، بهبود و پیشرفت نوشت که "ماده کشف شده توسط او ممکن است جانشینی برای سلولوئید و لاستیک سخت بوده باشد." در سال 1909، وی کشف خود را به واحد نیویورک انجمن شیمی آمریکا American Chemical Society‏(ACS‏) گزارش و ارسال نمود. وی مدعی بود که توپهای بیلیارد ساخته شده از باکلیت خواص بسیارعالی ای دارند چرا که خاصیت کشسانی آنها بسیار شبیه به عاج فیل بود.شرکت جنرال باکلیت در سال 1911‏تاسیس شد.

پلاستیک های سنتتیک تجاری

در جریان پیوسته ، مستمر و طویل پلاستیک های جدید، باکلیت نخستین آ نها بود. پیشگامان توسعه پلاستیک های مصنوعی یا سنتتیک تجاری اولیه با دو مشکل اساسی دست و پنجه نرم کردند، یک مشکل نظری و یک مشکل عملی.
مشکل یا مسئله نظری آ ن بود که آ نها درک صریح و روشنی از ماهیت شیمیایی و ساختاری پلاستیک ها نداشتند. چنین ابهامی تا سال 1924 ادامه داشت. زمانی هرمن اشتودینگر ادعا کرد که "پلیمرها، ملکول‏ های خطی طویلی مشتمل بربسیاری از واحدهای کوچک می باشند که از طریق پیوندهای شیمیایی در کنار هم‏نگه داشته شده اند." چنین نظریه ای به عنوان نقطه شروع توسعه بسیاری از پلاستیک ها بشمار می رود.
2 ‏مسئله عملی مستلزم خلوص (Purity) مواد شیمیایی مورد نیاز برای واکنش های شیمیایی پشتیبانی شده (Sustained) در ساخت پلاستیک ها بود. پس از تلاش های فراوانی که منجربه شکست گرد ید شیمیدان ها فهمیدند که شرایط خلوص بسیار دور و متجاوز از انتظارات آ نها و بسیار فراتر از کنترل آ نها می باشد. در نتیجه مواد شیمیایی با بالاترین میزان خلوص که به طور تجاری قابل دسترس می باشند، مترادف گشتند .
‏در طول دهه 1930 ، راه حل هایی که برای این دو مسئله ارائه گردید،آنها را از حالت ابهام خارج کرده و تا حدودی روشن نمود. نیازهای جنگ جهانی دوم نیز در جریان سریع توسعه پلاستیک های جدید سهیم و مؤثر بود.

     پلیمرها

مولکول های بزرگی هستند که از به هم چسبیدن تعداد زیادی مولکول های کوچکتر تشکیل یافته اند این مولکول های کوچکتر را مونومر و عمل اتصال و پیوند آنها را پلیمر شدن (Polymer insertion)  می گویند. چنانچه واحدهای سازندۀ یک پلیمر (مونومر) از یک نوع باشند آن را همونومر و اگر مونومرهای تشکیل دهندۀ یک پلیمر متفاوت باشند به آن کوپلیمر گفته می شود. وزن مولکولی پلیمرها متناسب با شرایط پلیمرها می باشند اگر تعداد مونومرها کم باشند پلیمرها به حالت گاز و چنانچه بیشتر شود پلیمر به حالت مایع و حتی جامد خواهد بود

دسته بندی پلیمر ها

در مهمترین تقسیم بندی پلیمرها به دو گروه تقسیم می شوند:

الف) پلیمرهای طبیعی: که حاصل فعت و انفعالات طبیعی است؛ مانند: نشاسته، سلولز، کائوچوی طبیعی (لاتکس)، پروتئین ها (مانند نخ ابریشم) و انواع صمغ ها و رزین های طبیعی مثل: کهربا، سقز، کتیرا، مواد نفتی مثل قیر یا پلی ساکارید ها مثل قند.

ب)پلیمرهای مصنوعی (سنتزی): یعنی ترکیباتی که توسط انسان به وجود آمده است؛ مثل: الاستومرها، پلاستیک ه و الیاف مصنوعی، پوشش ها و چسب ها و ...

الاستومرها (کائوچو): از پلیمرهای بسیار مهم بوده که به دو گروه طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند:

الف) کائوچوی طبیعی: جسمی است کاملا کشسان (الاستیک) که از شیرۀ درختی واقع در مناطق گرمسیری بدست می آید (لاتکس). لاتکس مایعی سفید رنگ است که 30 تا 45% کائوچو دارد لذا باید از آن استعمال شود. کائوچوی طبیعی بدست آمده از لاتکس حاوی 93% متیل بوتادی ان یا ایزوپرن است. که در ساخت قطعاتی مانند: دستکش ظرف شویی، پستانک یا سر شیر، که از این ماده به وجود می آیند.

ب) کائوچوی مصنوعی: به روش پلیمر شدن تولید می شوند؛ مانند کائوچوی مصنوعی ایزوبوتیلن.

لاستیک

نوع خاصی از پلاستیک می باشد که مهمترین خصوصیات آن قابلیت کشش، انعطاف پذیری و برگشت به حالت اولیه می باشد برای تهیۀ لاستیک مخلوطی از کائوچو (طبیعی یا مصنوعی) را با گوگرد حرارت داده بنابراین گوگرد در محل اتصال های دو گانه با کائوچو ترکیب شده و خواص ویژه و بسیار مهمی را در کائوچو ایجاد می کند؛ مانند: مقاومت به حرارت، مقاومت در برابر عوامل جوی و شیمیایی و سایش و خاصیت ارتجاعی این اختلاف بسیار مهم گوگرد با کائوچو ، ولگانیزاسیون نام دارد. همچنین علاوه بر گوگرد که مهمترین افزودنی است، نرم کننده (پارافین) و دانه های رنگین (پیگمنت) و تقویت کننده (دوده) و پرکننده ها مثل پودر تالک را هم به لاستیک اضافه می کنند.

آزمون‌های پلاستیک ‌ها

خواص مکانیکیخواص فیزیکیخواص حرارتیخواص محیطیخواص نوریخواص الکتریکی

 هر قسمتی از صنعت پلاستیک بر پایۀ داده‌های حاصل از آزمون‌های فنی استوار است تا بتواند فعالیت‌های خود را جهت بخشد. در طراحی محصول و طراحی فرایند، قالب سازان و تولید کنندگان بسته به عوامل انقباض (Shrinkage factors)، قالب هایی را می‌سازند که قطعات نهایی با استفاده از این نوع قالب‌ها ساخته و تولید شوند که شرایط ابعادی لازم را تأمین خواهند کرد.
در این فصل در مورد آزمون‌های فنی که انجام می‌شود در تولید پلاستیک‌ها مختصر توضیحی می‌دهیم؛ این آزمونها براساس محصول تعیین می شود.
خواص مکانیکی

خواص مکانیکی یک ماده، چگونگی پاسخ یا رفتار یک ماده در برابر اعمال نیرو یا قرار گرفتن در معرض بار گذاری را بیان می‌کند. سه نوع از نیروهای مکانیکی که می‌توانند مواد را تحت تأثیر خود قرار دهند وجود دارند. این نیرو‌ها عبارتند از:
1. نیرو‌های فشاری (‍Compression)
2. نیرو‌های تنشی (Tension)
3. نیرو‌های برشی (Shear)
در این قسمت توضیح مختصری در مورد بعضی از آزمون‌های ذکر شده می‌دهیم.

 آزمون استحکام کششی (ASTM D-638, ISO527-1)

استحکام کششی یکی از مهمترین شاخص‌های قدرت و توانایی یا استحکام یک ماده است. در واقع استحکام کششی، توانایی یک ماده را بری تحمل نیرو هایی که از دو طرف به سمت بیرون در جهات مخالف هم،نمونه تست را می‌کشند، تا پدیده شکست اتفاق بیفتد را نشان می‌دهد.استحکام کششی خارج قسمت بیشترین نیروی اعمال شده بر سطح مقطع قسمت باریک نمونه در اثر کشیده شدن است.

 آزمون استحکام فشاری (ASTM D-695,ISO 75-1,75-2)

استحکام فشاری، مقدار نیرویی است که برای گسیختگی یا خرد کردن و فشردن یک ماده لازم می‌باشد.
 آزمون استحکام برشی (ASTM D-732)

استحکام برشی عبازتست از مقدار بار (تنش) مورد نیاز بری ایجاد یک شکست به طور کامل که بخش قابل حرکت را از بخش ساکن از طریق یک عمل مشترک جدا می‌کند. برای محاسبۀ این استحکام، نیروی اعمال شده را بر سطح لبۀ برش پیدا کرده (Sheared edge) تقسیم می‌کنیم.

 آزمون استحکام ضربه‌ای

استحکام یا قدرت ضربه،مقدار تنش لازم برای شکستن یک نمونه است. در هر صورت قدرت ضربه، میزان انرژی جذب شده توسط نمونه را قبل از شکست آن نشان می‌دهند. قدرت ضربه را به دو صورت تعیین می‌کنند:(a) آزمون جرم در حال سقوط و (b) آزمون آونگ آویزان.

 آزمون استحکام خمشی (D-747.ASTM D-790,ISO 178)

استحکام خمشی، میزان تحمل بار یا تنش توسط یک نمونه تست را قبل از وقوع شکست نشان می‌دهد به عبارت دیگر میزان تنش اعمال شده و توانیی تحمل بار را قبل از ینکه نمونه بشکند را بیان می‌کند. هر نوع تنش کششی و فشاری در "فریند خم شدن نمونه" مؤثر می‌باشد.

 آزمون خستگی(Fatigue) و ابعطاف پذیری(Flexing) (خم شدگی) (ASTM D-813,ASTM D-430,ISO 3358)

استحکام خستگی،اصطلاحی است که برای بیان تعداد چرخه‌هایی که نمونه می تواند تنش یا بار اعمال شده را تحمل کند قبل از اینکه بشکند، به کار می‌رود. شکست‌های ناشی از خستگی وابسته به درجه حرارت، تنش و نیز فرکانس، دامنه و مد اعمال تنش می‌باشند.
 آزمون میرایش و جذب ارتعاشات (Damping)

پلاستیک ها می‌توانند ارتعاشات را جذب نموده یا پراکنده کنند. چنین ویژگی، میرایش نامیده می‌شود.به طور متوسط، ظریب میرایش در پلاستیک ها ده برابر بیشتر از فولاد است. استفاده از پلاستیک ها در ساخت چرخدنده‌ها، یاتاقان‌ها، لوازم خانگی و کاربرد‌های معماری، کاربرد مؤثر آنها را در این خاصیت کاهش ارتعاش به اثبات می‌رساند.
 آزمون سختی
 آزمون مقاومت سایشی (ASTM D-1044)

سایش فرایندی است که طی آن سطح یک ماده از طریق اصطحکاک ساییده می‌شود.ساینده‌ها یا دستگاه‌های سایش مقاومت مواد را در برابر سایش، اندازه می گیرند.

خواص فیزیکی

 آزمون تعیین جرم حجمی یا دانسیته و دانسیتۀ نسبی (ASTM D-792,D-1505,ISO 1183)

دانسیته برابر است با جرم واحد حجم. واحد مناسب و صحیح مشتق شده یا مرکب و به دست آمده از واحدهای SI کمیت‌های جرم و حجم بری دانسیته"کیلوگرم بر متر مکعب" می‌باشد ولیکن آن عموما بر حسب واحد گرم بر سانتی‌متر مکعب بیان می‌شود.
دانسیته نسبی عبارتست از نسبت جرم حجم معینی از ماده به جرم حجم برابری از آب در23˚ C (73˚ F) دانسیتۀ نسبی یک کمیت بدون بعد است که در هر سیستم اندازه گیری ثابت باقی خواهند ماند و تغییری نمی‌کند.
 آزمون انقباض قالب (ASTM D-955,ISO 2577)

انقباض خطی قالب بر روی اندازۀ قطعات قالب تأثیر می گذارد. حفره‌های قالب نوعی از قطعات نهایی شدۀ مطلوب بزرگتر می‌باشد. وقتی که انقباض قطعات کامل باشد، آنها بایستی به مشخصات فنی ابعادی مطلوب برسند.
 آزمون خزش کششی (ASTM D-2990.ISO 899)

وقتی که وزنه ا‌ی از یک نمونه تست آویزان شده باشد و موجب شود تا پس از گذشت زمان شکل نمونه تغییر کند، تغییر طول یا تغییرات ابعادی و کرنش پدید آمده در اثر چنین پدیده ا‌ی را خزش می‌نامند. وقتی که خزش در دمای اتاق انجام شود، به جریان سرد (Cold flow) گویند

 آزمون اندازه گیری گرانروی یا ویسکوزیته

خاصیتی از یک مایع که مقاومت درونی آن را در برابر جریان یافتن توصیف می‌کند به ویسکوزیته یا گرانروی موسوم می‌باشد. هر چه مایع جنبش کمتری داشته باشد، ویسکوزیتۀ آن بزرگتر است. ویسکوزیته را با واحد پاسکال . ثانیه (Pa×s) اندازه‌گیری می‌کنند که پوآز (Poises) نامیده می‌شود.

خواص حرارتی
• آزمون قابلیت هدیت گرمایی (ASTM C-177)
• آزمون اندازه گیری گرمای ویژه (ظرفیت گرمیی)
• آزمون تعیین ضریب انبساط حرارتی (ASTM D-696,D-864)
• آزمون در جه حرارت انحراف (ASTM D-648,ISO 75)
• آزمون مقاومت در برابر سرما
• قابلیت شعله ور شدن یا اشتعال‌پذیری
• آزمون تعیین شاخص ذوب (ASTM D-1238,ISO 1133)
• آزمون تعیین درجه حرارت انتقال شیشه‌ی (Tg)
• آزمون نقطۀ نرم شدن (ASTM D-1525,ISO 306)

خواص محیطی
• خواص شیمیایی
• آزمون قابلیت فرسایش در برابر آب و هوا و یا تحمل شریط نامساعد جوی
• آزمون مقاومت در برابر تابش فرابنفش
• آزمون تراویی یا تعیین قابلیت نفوذ‌پذیری
• آزمون جذب آب
• آزمون تعیین مقاومت بیوشیمیایی
• آزمون ترکزایی ناشی از تنش

خواص نوری
• آزمون تابش آئینه‌ی
• آزمون تعیین میزان عبور نور
• آزمون رنگ
• آزمون ضریب شکست
خواص الکتریکی
• آزمون مقاومت در برابر قوس الکتریکی
• آزمون تعیین مقاومت ویژه
• آزمون استحکام دی‌الکتریک
• آزمون ثابت دی‌الکتریک
• آزمون تعیین ضریب اتلاف

ماشینکاری و عملیات پرداخت نهایی روی قطعات پلاستیکی و کامپوزیتی
 در این قسمت شما به طور مختصر با چند روش ماشین کاری آشنا می شوید. قطعات پلاستیکی قالب گیری شده غالبا به عملیات تکمیلی دیگری نظیر زایده گیری، برشکاری و پوشش کاری و آنیلینگ نیاز دارند.

 برشکاری با اره (Sawing)

تقریبا از همه انواع تیغه اره های Saws می توان برای برشکاری پلاستیک ها استفاده نمود. تیغه اره های پشت دار، اره های فرم بر ( Coping saw) ، اره های دستی معمولی، اره های شمشیری واره های جواهر سازی را می توان برای برشکاری تزیین و محدود پلاستیک ها به کار بردَ، در برشکاری پلاستیک ها با اره،‌فرم دندانه های تیغه اره خیلی با اهمیت است.

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه بررسی تاثیر افزودن مس بر ریز ساختار و خواص مکانیکی چدن داکتیل

بررسی تاثیر افزودن مس بر ریز ساختار و خواص مکانیکی چدن داکتیل

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:94

پایان نامه متالوژی گرایش ذوب فلزات

فهرست مطالب :

فصل اول: مقدمه
هدف آزمایش
چدن با گرافیت کروی
کروی سازی گرافیت
مشکلات افزودن منیزیم
4-1    اهمیت جوانه زایی
انجماد و مکانیزم کروی شدن گرافیت در چدن نشکن
فصل دوم: مروری بر منابع
تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن
1-1-2 تشکیل حلقه های فریت در اثر تجزیه آستنیت
2-1-2 تشکیل پرلیت در اثر تجزیه آستنیت
اثر مس بر سینیتیک تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن
اثر مس منحنی های سرد کردن
1-2-2 اثر مس بر منحنی های تغییر حالت برحسب زمان
اثر عناصر آلیاژی بر مکانیزمهای حاکم بر فرایند تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن
اثر مس بر ریز ساختار چدنهای نشکن
1-3-2 اثر مس بر ساختار زمینه چدنهای نشکن
اثر مس بر مشخصات گرافیتهای کروی
اثر مس بر خواص مکانیکی چدنهای نشکن
اثر مس بر سختی چدنهای نشکن
اثر مس بر مقاومت به ضربه چدنهای نشکن
فصل سوم: روش آزمایش
روش آزمایش
فصل چهارم: نتایج
1-4- نتایج حاصل از بررسی ساختار نمونه های مورد آزمایش
2-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر ریز ساختار نمونه های مورد آزمایش
3-4- نتایج حاصل از بررسی های اثر مس بر درصد کروی شدن
4-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر اندازه گرافیتهای کروی
5-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر تعداد گرافیتهای کروی در واحد سطح
6-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر ساختار زمینه
فصل پنجم: نتیجه گیری
1-5- اثر مس بر ریز ساختار نمونه های مورد آزمایش
1-1-5- اثر مس بر درصد کروی شدن
2-1-5- اثر بر تعداد گرافیتهای کروی در واحد سطح
3-1-5- اثر مس بر اندازه گرافیتهای کروی
4-1-5- اثر مس بر ساختار زمینه
2-5- اثر مس بر خواص مکانیکی نمونه های مورد آزمایش
1-2-5- اثر مس بر خواص کشتی
2-2-5- اثر مس بر انرژی ضربه
2-2-5- اثر مس بر سختی
3-5- نتیجه گیری
منابع و مآخذ
پیوستها

چکیده :

هدف از انجام آزمایش:

در این آزمایش سعی شده که به این سؤال پاسخ داده شود که به علت افزایش سختی در اثر افزودن مس در چدنهای نشکن چیست. لذا لازم می باشد که مختصری در مورد چدنهای نشکن نکاتی یادآوری شود.

چدن با گرافیت کروی:

چدنهای نشکن یا چدنهای گرافیت کروی، خانواده ای از چدنها هستند و همانطور که از اسمشان پیداست شکل گرافیت در آنها کروی است. همین کروی بودن گرافیت ها، باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدنهای با گرافیت ورقه ای می گردد. اصولاً چدن نشکن با افزودن منیزیم Mg در مذاب، تولید می شود. برای کروی شدن گرافیت های قطعاتی که در قالبهای ماسه ای تولید می شوند مقدار 0.07 – 0.04% منیزیم باقیمانده در قطعات ریخته شده کافی می باشد. برای قطعاتی که در قالبهای فلزی تولید می شوند مقدار % 0.02 منیزیم باقیمانده کافی می باشد. همانطور که گفته شد برای کروی نمودن گرافیتها، به منیزیم احتیاج داریم که اگر میزان منیزیم از حد مورد نظر کمی کمتر باشد، گرافیتهای فشرده با استحکام و چقرمگی پائین تری بدست می آید. اصولاً چدن نشکن در مقایسه با چدن گرافیت ورقه ای، تمایل به تبرید بیشتری دارد و برای بدست آوردن ساختار عاری از کار بید مخصوصاً در مقاطع نازک، لازم است جوانه زایی با آلیاژ سیلیسیم si انجام شود.

اندازه گرافیت کروی می تواند روی خواص مکانیکی تأثیر بگذارد. اندازه گرافیت ها به دو پارامتر بستگی دارد:

آهنگ سرد شدن یا اندازه سطح مقطع. چون مقاطع نازک سریع سرد می شوند، تعداد بیشتری گرافیت کروی خواهند داشت.جوانه زنی با آلیاژ سیلیسیم، افزایش تعداد گرافیت کروی و کاهش تمایل به تبریدی بودن مخصوصاً در مقاطع نازک را باعث می شود. افزایش مقدار جوانه زا باعث افزایش تعداد گرافیتهای کروی می شود.

در حین ریخته گری این نوع چدن می توان به ساختار زمینه فریت، پرلیت، مخلوط فریت و پرلیت، آستنیت، بینایت و مار تنزیت دست یافت. چدنهای نشکن پرلینی استحکام بالایی دارند ولی چقرمگی آنها کمتر است. چدنهای نشکن فریتی – استحکام کمتری دارند ولی ازدیاد طول مبنی آنها بیشتر و مقاومت به ضربه شان خوب است.

2-1 کروی سازی گرافیت

در حال حاضر، در تمام کارخانه ها، برای کروی نمودن گرافیتهای چدن نشکن از منیزیم، استفاده می گردد. در ضمن عناصر جزئی مانند سریم و عناصر خاکی نادر موجود در آلیاژ فروسیلیکو منیزیم Fe-Si-Mg برای خنثی کردن عناصر جزیی مضرو راندمال بهتر در عمل جوانه زایی، اهمیت زیادی دارند.

روش افزودن منیزیم به روشهای مختلف اعم از ساده و پیچیده می باشد. در انتخاب یکی از روشها برای یک کارگاه معین باید فاکتور های زیادی مورد نظر قرار گیرد و در بین آنها مهمترین فاکتورها با تعیین اولویتها مشخص گردد. فاکتورهای اصلی به قرار زیر می باشند:

روش انتخاب شده نباید با ایجاد نور و دود همراه باشد.قیمت تمام شده چدن تولیدی باید حداقل باشد.روش نباید احتیاج به سرمایه گذاری زیاد در تجهیزات داشته باشد.کیفیت چدن تولیدی باید مطلوب باشد.روش باید توانایی ریختن قطعات با وزن های مختلف را دارا باشد.

برای تولید چدن نشکن مرغوب باید کنترل دقیق به عمل آید تا مقدار منیزیم باقیمانده کم یا زیاد نباشد. از آنجائیکه دما و ترکیب شیمیای برای بازیابی منیزیم موثر میباشند، فرآیند و مواد مناسب کروی سازی مطلوب، بزرگترین عوامل بالقوه برای تغییرات منیزیم باقیمانده می باشندو

3-1 مشکلات افزودن منیزیم

افزودن منیزیم و آلیاژ آن در مذاب چدن مشکلاتی در پی دارد که تا کنون در تمام روشهای کروی نمودن کاملاً حل نشده است.

میزان پائین حلالیت: منیزیم بمقدار خیلی کم در مذاب چدن حل می شود. بنابراین آلیاژ منیزیم با آهن بصورت فرومنیزیم Fe- Mg به هیچ وجه مورد استفاده قرار نمی گیرد.

نقطه جوش پائین: وارد کردن منیزیم خالص به چدن مذاب مشکل می باشد زیرا منیزیم در درجه حرارت 1102 می جوشد که خیلی پائین تر از حرارت مذاب می باشد. بعلاوه فشار بخار زیاد منیزیم در دمای کروی نمودن، حلالیت را بسیار دشوار می سازد.

وزن مخصوص: وزن مخصوص منیزیم که خیلی پائین تر از وزن مخصوص چدن است. چون منیزیم سبکتر است روی سطح مذاب می آید که باعث جوشیدن و اکسید شدن منیزیم و نتیجتاً کاهش راندمان بازیابی می گردد.

4-1 اهمیت جوانه زایی:

جوانه زایی چدنها با آلیاژ سیلیسیم به دلایل زیر انجام می گیرد.

افزایش تعداد هسته های یوتکتیکیکاهش تبریدی (کاهش مادون انجماد)

استفاده از مواد جوانه زا برای تولید چدن نشکن موجب تشکیل مراکز هسته سازی برای رسوب گرافیت می گردد و با بودن این مراکز در طول انجماد رسوب گرافیت آسانتر انجام می گیرد. وجود هسته های گرافیت به تعداد کافی یکی ار عوامل مهم برای جلوگیری از پدیده مادون انجماد (Undercooking) می باشد. بدون وجود هسته ها، کاربیدها می توانند در قطعات تشکیل شوند. وجود کاربید ها موجب نامرغوبی چدن از دیدگاه قابلیت نشکن بودن و ماشینکاری می گردد. علاوه بر آن، گرافیتی که از تجزیه بعدی کاربید ها به وجود می آید، ممکن است دارای شکل نامنظم باشد. چنانچه تلقیح مواد بشکل مناسب انجام پذیرد. معمولاً هسته های کافی برای انجام عملیات تشکیل می گردد. بطور کلی هسته سازی بیشتر کاربیدها در طول انجماد کمتر بوده است. در حقیقت چنانچه بخواهیم قطعات چدن نشکن می باشد و با انجام این کار ساختار در چدن نشکن ریخته شده، قطعاتی با خواص مکانیکی مناسب خواهیم داشت. این خواص عبارت است از: استحکام کشش و تسلیم، قابلیت انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه می باشند.

5-1   انجماد و مکانیزم کروی شدن گرافیت در چدن نشکن:

در انجماد چدن با گرافیت ورقه ای، یوتکتیک گرافیت و آستنیت تشکیل می شود. در انجماد، این یوتکتیک و گرافیت و آستنیت با مذاب در تماس است. رشد دندریت های آستنیت و هسته های گرافیت ورقه ای تا زمانی که ذوب کاملاً منجمد شود، ادامه خواهد داشت. انجماد یوتکتیک گرافیت در چدن نشکن نسبت به چدن با گرافیت ورقه ای در دمای بالاتری شروع می شود. در حین انجماد چدن نشکن، پوسته ای از آستنیت پیرامون گرافیت کروی تشکیل می شود. و بهمین علت، فقط فاز آستنیت با مذاب در تماس خواهد بود و چنین انجماد انجمادی را نیویوتکتیک می نامند هر واحد گرافیت کروی و پوسته آستنیت دور آن را می توان یک هسته در نظر گرفت که کربن باید به داخل این هسته نفوذ کند تا رشد گرافیت کروی و پوسته آستنیت دور آن را به انجماد چدن خاکستری، با سرعت کمتری انجام می شود و با شروع انجماد نیویوتکتیک هسته سازی گرافیت کروی به اتمام می رسد بنابراین تعداد گرافیتهای کروی در مرحله اول انجماد تعیین می شود. با ادامه انجماد تا دمای یوتکتیک گرافیتهای داخل پوسته های آستینیتی به رشد خود ادامه خواهند داد.

تعداد و میزان کروی شدن گرافیتها بر روی خواص چدن نشکن تأثیر بسزایی دارد. وقتی تعداد هسته یا پوسته های آستنیت کم باشد، مناطق برای نفوذ کردن به داخل پوسته آستنیت کمتر شده، و نتیجتاً تعداد گرافیت های کروی کاهش می یابد. بسته به فرایند تولید احتمال ایجاد گرافیت ورقه ای یا کروی ناقص و یا سمنتیت وجود دارد.

شکل شماره 1-1 انجماد یوتکتیکی را با منحنی خنک شدن بررسی می کند.

مروری بر منابع

1-2) تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن

خواص مکانیکی چدنهای نشکن بستگی به مشخصات ریز ساختار آنها دارد. قسمتی از این ریز ساختار (شکل، اندازه و نحوة توزیع گرافیت) پس از انجماد و یا به عبارتی پس از تغییر حالت یوتکتیک و قسمتی دیگر یعنی ساختار زمینه که نقش عمده را در تعیین خواص مکانیکی چدن نشکن دارا می باشد، پس از تغییر حالت یوتکتوئید شکل می گیرد ]7-1[ و از نیرو می توان تأثیر عناصر آلیاژی بر روی خواص مکانیکی چدنهای نشکن را به اثر آنها بر تغییر حالت یوتکتوئید و مسائل سینتیکی آن دارای اهمیت زیادی می باشد.

بررسی تغییر حالت یوتکتوئید در چدنها نسبت به فولادها پیچیده تر است. زیرا بر خلاف فولادها که واکنش فراپایدار «» در آنها واکنش غالب است، در چدنها این تغییر حالت بوسیلة هر دو واکنش پایدار «»که منجر به تشکیل فریت و گرافیت می شود و واکنش فرا پایدار «» که منجر به تشکیل پرلیت می شود صورت می پذیرد ]5-1[. بنابراین چون تغییر حالت صورت می پذیرد، باید با در نظر گرفتن سینتیک رشدی که هر دو واکنش را در برداشته باشد مورد بررسی قرار گیرد ]2[.

به دلیل طبیعت چند جزیی چدنها، واکنشهای پایدار و فراپایدار در یک درجه حرارت ثابت انجام نمی شوند. بلکه در یک محدودة دمایی صورت می پذیرند. محدودة دمایی انجام این واکنشها بستگی به ترکیب شیمیائی آستنیت داشته و بوسیلة عناصر آلیاژی تحت تأثیر قرار می گیرد. ضمناً محدودة دمایی انجام هر یک از این دو واکنش می تواند بر روی هم قرار گیرد. ]7 و 6 و4[.

همانطور که قبلاً نیز اشاره شد این واکنشها حالت رقابتی دارند، بطوریکه در خلال سرد کردن آهسته از میان محدودة دمایی تغییر حالت یوتکتوئید، فریت در دماهای بالاتر تشکیل شده و به رشد خود همراه با رسوب گرافیت ادامه می دهد. با کاهش بیشتر درجه حرارت و رسیدن به محدودة دمایی تشکیل پرلیت، باقیمانده آستنیت به پرلیت تبدیل می شود. عامل کنترل کنندة سرعت در هر دو حالت نفوذ اتمهای کربن در آستنیت است .

شکل 1-2: مقطعی از نمودار تعادلیسه تایی Fe – C – Si با 2 درصد سیلیسیم ]7[.

شکل 1-2 مقطعی از نمودار تعادلی سه تایی آهن – کربن – سیلیسیم با مقدار ثابت 2 درصد سیلیسیم را نشان می دهد. براساس این نمودار تغییر حالت یوتکوئید در یک نمونه چدن نشکن با ترکیب یوتکتیک را می توان به صورت زیر توضیح داد:

بلافاصله پس از کامل شده انجماد چدن نشکن و درست قبل از رسیدن درجه حرارت به دمای تغییر حالت یوتکتوئید، ساختار چدن شامل ترکیبی از گرافیتهای کروی در زمینه ای از آستنیت است. میزان کربن محلول در آستنیت در این حالت مطابق شکل 1-2 حدود 57/1 درصد می باد (نقطه E). با ادامه سرد کردن حد حلالیت کربن در آستنیت بطور قابل توجهی کاهش می یابد، در نتیجه کربن از زمینة آستنیت خارج شده و با مهاجرت اتمهای کربن از آستنیت به طرف گرافیتهای کروی، درصد کربن آستنیت کاهش پیدا می کند. بطوریکه با رسیدن درجه حرارت به محدودة دمایی تغییر حالت یوتکتوئید، میزان کربن محلول در آستنیت به حدود 67/0 درصد می رسد (نقطه S). تحت این ظرایط تغییر حالت یوتکتوئید آستنیت به «فریت + گرافیت» در یک محدودة دمایی بین درجه حرارتهای  صورت می گیرد ]شکل 1-2[.

1-1-2) تشکیل حلقه های فریت در اثر تجزیه آستنیت

با کاهش درجه حرارت از درجه حرارت پایداری آستنیت به زیر درجة حرارتی که در آن تغییر حالت یوتکتوئید به وقوع می پیوندد، آستنیت از نظر ترمودینامیکی ناپایدار می شود. در این حالت واکنش پایدار«»نیاز به جوانه زنی فریت در فصل مشترک «آستنیت – گرافیت» دارد. جوانه زنی و رشد فریت بایستی با پس زدن اتمهای کربن از حجم استحاله کردة آستنیت همراه باشد، زیرا حلالیت کربن در فریت بمراتب کمتر از آستنیت است. کربن پس زده شده از آستنیت به سمت گرافیتهای کروی نفوذ می کند. در حقیقت این گرافیتها که قبل از تغییر حالت یوتکتوئید شکل گرفته اند (گرافیتهای پرویوتکتوئید) بعنوان یک نوع بانک کربن عمل می کنند، بطوریکه اتمهای کربنی را که در خلال تشکیل فریت از ساختار زمینه پس زده می شوند، می پذیرند و اتمهای کربن لازم را در خلال تشکیل آستینت در حین عملیات آستنیته کردن فراهم می کنند ]7[.

تشکیل فریت بستگی به سرعت نفوذ کربن در ساختار زمینه دارد. در مرحلة جوانه زنی نفوذ در فاز آستنیت صورت می گیرد در حالیکه به محض تشکیل حلقه های فریت پیرامون گرافیتهای کروی، نفوذ کربن بایستی از میان حلقه های فریت صورت گیرد. در یک درجه حرارت ثابت سرعت نفوذ کربن در فریت حدود 10 برابر سرعت نفوذ کربن در آستنیت است ]7 و 4[ در نتیجه نفوذ کربن در آستنیت عامل کنترل کنندة سرعت می باشد. سرعت نفوذ کربن در آستنیت با کاهش درجه حرارت بصورت نمائی کاهش می یابد و بطور کلی با حضور عناصر آلیاژی در چدن نیز کاهش پیدا می کند ]9و4و2و1[.

طرح ارائه شده در شکل 2-2 به درک بهتر مطالبی که در بالا به آن اشاره شد کمک می کن.

و...

NikoFile