new5

بررسي تجربی تاثير پارامترهای مختلف عمليات‌حرارتی بر روی استحکام مکانيکی قطعات ترموپلاستيکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پليت

49.000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دزفول
گروه تحصيلات تکميلی
پايان¬نامه برای دريافت درجه کارشناسی ارشد « M.Sc»
گرايش: ساخت و توليد
عنوان:
بررسي تجربی تاثير پارامترهای مختلف عمليات‌حرارتی بر روی استحکام مکانيکی قطعات ترموپلاستيکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پليت
استاد راهنما:
سيد عبدالمحمد رضاوند
استاد مشاور:
مجيد پورانوری
نگارش:
…………………..
تابستان 90

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دزفول
گروه تحصيلات تکميلی
پايان¬نامه برای دريافت درجه کارشناسی ارشد « M.Sc»
گرايش: ساخت و توليد
عنوان:
بررسي تجربی تاثير پارامترهای مختلف عمليات‌حرارتی بر روی استحکام مکانيکی قطعات ترموپلاستيکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پليت

نگارش:
…………………..
تابستان 90
هيات داوران:
1- دکتر سید عبدالمحمد رضاوند
2- دکتر مجید پورانوری
3- دکتر طاهر ازدست
4- دکتر عبدالحسین جلالی
تعهد نامه اصالت رساله دكتري يا پايان نامه كارشناسي ارشد دانشگاه آزاد اسلامي

اينجانب ……………………………. دانش آموخته مقطع كارشناسي ارشد در رشته مهندسی مکانیک- ساخت و تولید كه در تاريخ 31/6/1390 از پايان نامه خود تحت عنوان” بررسي تجربی تاثير پارامترهای مختلف عمليات‌حرارتی بر روی استحکام مکانيکی قطعات ترموپلاستيکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پليت ” با كسب نمره 75/18 و درجه عالي دفاع نموده¬ام بدينوسيله متعهد مي شوم :
1 – اين پايان نامه حاصل تحقيق و پژوهش انجام شده توسط اينجانب بوده و در مواردي كه از دستاوردهاي علمي و پژوهشي ديگران ( اعم از پايان نامه، كتاب، مقاله و ……….) استفاده نموده¬ام، مطابق ضوابط و رويه موجود، نام منبع مورد استفاه و ساير مشخصات آن را در فهرست مربوطه ذكر و درج كرده¬ام.
2 – اين پايان نامه/ رساله قبلاً براي دريافت هيچ مدرك تحصيلي ( هم سطح، پائين تر يا بالاتر ) در ساير دانشگاه¬ها و موسسات آموزش عالي ارائه نشده است.
3 چنانچه بعد از فراغت از تحصيل، قصد استفاده و هرگونه بهره برداري اعم چاپ كتاب، ثبت اختراع، و………. از اين پايان نامه را داشته باشم، از حوزه معاونت پژوهشي واحد مجوزه¬هاي مربوطه را اخذ نمايم.
4 – چنانچه در هر مقطع زماني خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشي از آن را مي پذيرم و واحد دانشگاهي مجاز است با اينجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرك تحصيلي¬ام هيچگونه ادعايي نخواهم داشت.

…………………………….

فهرست

چکیده 1
1-1: تعریف پلاستیکها 3
۲-۱: پلیمرها 3
۱-۲-۱: دسته بندی پلیمر‌ها 4
4-۱: انواع پلاستيك‌ها 4
1-5: اصلاح خواص در پلاستیکها 5
1-5-1: افزودنی‌ها 5
1-5-2: عملیات حرارتی 6
1-5-3: لزوم انجام عملیات حرارتی روی پلاستیک‌ها 6
1-6: انواع عملیات حرارتی مورد استفاده برای پلاستیک‌ها 10
1-6-1: آنیلینگ 10
1-6-2: ترک تنشی 11
1-6-3: نمونه‌ای از فرایند آنیلینگ 12
1-6-4: پخت نهایی 12
1-6-5:اجینگ 14
1-7: مروری بر فصلهای پایان‌نامه 14
2-1: مقدمه 16
2-2: ترموپلاستیک پلی اتیلن سنگین 17
2-3: فرایند اکستروژن 19
2-4 اتصال قطعات پلاستیکی به روش جوش هاتپلیت 22
2-5: تحقیقات انجام‌شده در زمینه آنیلینگ 23
2-5-1 آنیلینگ اتصالات پلاستیکها 38
2-6 تحقیقات انجام‌شده در زمینه AGING 42
2-6-1 کاربرد AGING در اتصالات پلاستیک‌ها 42
2-7 بیان مسئله 45
3-1: مقدمه 47
3-2: توضیح مراحل انجام کار 48
4-1 مقدمه: 58
5-1:نتيجه‌گيري 66
مراجع 68

چکیده
در کار صورت گرفته در این پایان¬نامه به چگونگی بهبود خواص پلاستیک‌ها به کمک عملیات حرارتی پرداخته شده است. ابتدا مختصری در مورد پلیمر‌ها، پلاستیک‌ها و زیر شاخه‌های آنها و عملیات حرارتی روی آنها صحبت شده و بعد از آن به بیان اثر عملیات حرارتی آنیلینگ بر روی ورقهایی از جنس پلی اتیلن سنگین میپردازیم که به روش هات¬پلیت جوشکاری شده¬اند.
ابتدا ورق پلی‌اتیلنی که با ضخامت 2/۳ میلی‌متر و به صورت رول تهیه شده بود، در ابعاد کوچکتر برش داده شده تا بتوان به وسیله دستگاه جوشکاری هات‌پلیت Elumatec® آنها را جوش داد. برای رسیدن به سرعت عمل بالاتر و اطمینان بیشتر از یکسان بودن شرایط جوش، از فیکسچرهای ساخته شده از فیبر چوبی استفاده می‌شود تا بتوان در هر مرحله چند نمونه را با هم جوش داد و علاوه بر آن ورقها اعوجاج پیدا نکنند. به این ترتیب تمام قطعه‌ها تحت یک شرایط جوشکاری می‌شوند و سپس تحت شرایط مختلف آنیل می‌شوند. قطعات ورق در فشار گیره bar 7، دمای صفحه 230درجه سانتی‌گراد و زمان نگهداری 15 ثانیه جوش داده شده و سپس در شرایط مختلف از نظر دما، فشار، زمان نگهداری و نرخ سردشدن عملیات‌حرارتی آنیلینگ شده‌اند. برای اطمینان از نتایج، برای هر حالت آنیلینگ سه نمونه در نظر گرفته شده که نتیجه نهایی برای هر حالت، با میانگین‌گیری از این ۳ نمونه تعیین می‌شود. برای آنیلینگ قطعات نیز از اجاق خشک‌کن استفاده شده که فن موجود در آن باعث گردش یکسان هوای درون اجاق و در نتیجه انتقال حرارت یکسان می¬شود. بعد از آنیلینگ، نمونه‌ها طبق استاندارد ASTM برای تست ضربه برش داده آماده شده و تست انجام می‌گیرد. نمونه‌های لازم برای انجام آزمایش استحکام‌ به ضربه ایزود شکاف¬دار طبق استاندارد ASTM D256 برش داده شده و مقاومت به ضربه آنها توسط دستگاه تعیین مقاومت به ضربه دارای پاندول 5 ژول اندازه‌گیری گردید. نتایج نشان می‌دهند که بعضی از نمونه‌های آنیل‌ شده به طرز چشمگیری مقاومت به ضربه بالاتری نسبت به نمونه‌های عملیات‌حرارتی نشده دارند. برای مقایسه نتایج با حالت آنیل نشده، یک نمونه را نیزبدون آنیلینگ تست می‌کنیم. درنهایت نیز تاثیر پارامترهای مختلف آنیلینگ بر روی استحکام قطعات، شناسایی و استخراج شده¬اند.
کلمات کلیدی: HDPE – اکستروژن – عملیات حرارتی – آنیلینگ

فصل اول: مقدمه

1-1: تعریف پلاستیکها
واژه پلاستیک دارای ریشه یونانی و مشتق از واژه Plastikos به معنی “شکل‌دادن یا جای‌دادن درون قالب برای قالبگیری” می‌باشد. انجمن صنعت پلاستیک SPI یک توضیح بسیار دقیق‌تر و مشخص‌‌تر به صورت زیر را ارائه نموده است:
پلاستیکها گروهی از مواد بوده که 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 می‌باشند. این مواد و در حالت نهایی خود، به حالت جامد تبدیل می‌شوند. در چند مرحله از فرایند ساخت و تولید خود نیز، شکل مایع به خود گرفته و درنتیجه قادر به تشکیل اجسامی سه‌بعدی در شکل‌های گوناگون می‌باشند. فرآیند شکل‌دادن آنها با استفاده از حرارت و فشار می‌باشد.
در حقیقت پلاستیک‌ها موادی جامد و پایدار با منشاء نفت و گاز بوده که امروزه جایگزین بسیار مناسبی برای چوب و فلز و شیشه وسرامیک‌ها می‌باشند. پلاستیک‌ها بخشی از خانواده‌ای بزرگتر از مواد به نام پلیمرها هستند.

۲-۱: پلیمرها
ساختار پلیمرها متشکل از مولکول‌های بزرگی بوده که از به هم چسبیدن تعداد زیادی مولکول کوچکتر تشکیل یافته‌اند. این مولکول‌های کوچکتر را مونومر و عمل اتصال و پیوند آنها را پلیمر شدن یا جایگیری مونومرها monomer insertion می‌گویند.
چنانچه واحدهای سازندۀ یک پلیمر (مونومر) از یک نوع باشند، آن را هموپلیمر (homopolymer) و اگر مونومرهای تشکیل دهندۀ یک پلیمر متفاوت باشند به آن کوپلیمر (copolymer) گفته می‌شود.

شکل 1-1 کهرباAmber) ). به شیره فسیل شده درخت گفته می‌شود که معمولاً به خاطر رنگ زیبایش دارای ارزش است. معمولاً ازاین ماده برای ساخت اشیاء تزئینی و جواهر استفاده می‌شود.

۱-۲-۱: دسته بندی پلیمر‌ها
در مهمترین تقسیم بندی پلیمرها به دو گروه تقسیم می‌شوند:
الف) پلیمرهای طبیعی: که حاصل فعل و انفعالات طبیعی هستند. مانند نشاسته، سلولز، کائوچوی طبیعی‌ (لاتکس)، پروتئین‌ها (مانند نخ ابریشم) و انواع صمغ‌ها و رزین‌های طبیعی مثل کهربا(شکل1-1)، سقز،کتیرا، مواد نفتی مثل قیر یا پلی‌ساکارید‌ها مثل قند.
ب)پلیمرهای مصنوعی (سنتزی): یعنی ترکیباتی که توسط انسان به وجود آمده است. مثل الاستومرها، پلاستیک و الیاف مصنوعی، پوشش‌ها و چسب‌ها و …
4-۱: انواع پلاستيك‌ها
پلاستيك‌ها به دو گروه عمده گرماسخت يا ترموست (Thermoset) و گرمانرم يا ترموپلاست (Thermoplastic) تقسيم مي‌شوند. پلاستيك‌هاي ترموست يا گرماسخت با واكنش شمیایی و عمليات حرارتي يا شيميايي سخت شده، به شكل دائمي درآمده و نمي‌توان آنها را مجددا” نرم نمود. ترموست‌ها دارای سختی بالا، سفتی، مقاومت در برابر حرارت و حلال¬های شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالایی هستند. ترموست‌ها بر خلاف ترموپلاست‌ها از لحاظ شیمیایی پایدار نبوده و فعالند و با گذشت زمان در آنها اتصالات عرضی ایجاد می‌شود. معمولا به ترموست ها مواد افزودنی از جمله : خاک اره، خاک رس، خاک چینی و الیاف پنبه اضافه می‌کنند. ترموست ها معمولا شکننده هستند اما لاستیک با آنکه یک ترموست می باشد به علت وجود اتصالات عرضی در مولکول های زنجیره ای که به آن “ولگانیزه” می‌گویند و عامل ایجاد اتصال آن گوگرد است؛ شکننده نبوده و توانایی حرکت داشته و کاملا ارتجاعی است. در حقیقت مهمترین خصوصیات آن قابلیت کشش، انعطاف پذیری و برگشت به حالت اولیه می‌باشد برای تهیۀ لاستیک مخلوطی از کائوچو (طبیعی یا مصنوعی) را با گوگرد حرارت داده تا گوگرد در محل اتصال‌های دو گانه با کائوچو ترکیب شده و خواص ویژه و بسیار مهمی را در کائوچو ایجاد می‌کند؛ مانند: مقاومت به حرارت، مقاومت در برابر عوامل جوی و شیمیایی و سایش و خاصیت ارتجاعی. 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 می‌کنند.
پلاستيكهاي ترموپلاست يا گرمانرم موادي بوده كه در هنگام سردسازي، سخت شده و با حرارت دادن دوباره مي‌توان آنها را نرم و قالب‌گيري نمود.
1-5: اصلاح خواص در پلاستیک‌ها
از قابلیت‌های دیگر پلاستیک‌ها این است که می توان خواص آنها را بهبود بخشید. این عمل با استفاده از افزودنی‌ها و انجام عملیات حرارتی امکان‌پذیر می‌باشد.

1-5-1: افزودنی‌ها
به كمك مواد افزودني، ‌عمر مواد و قطعات، افزايش یافته، ويژگي‌هاي فيزيكي و مكانيكي آنها اصلاح شده، فرآيند آنها به ميزان قابل توجه آسان گردیده، افت کیفیت آنها كنترل شده، و از آسيب‌پذيري مواد در برابر امواج گوناگون جلوگيري به عمل مي‌آيد. همچنين مي‌توان به نسبت موارد مورد نياز،‌ آنها را به الكتريسيته و حرارت، رسانا يا نارسانا نمود و آنها را از حملات ميكروبيولوژيكي مصون داشت. این مواد عبارت از پايداركننده‌ها، پركننده‌ها، رنگدانه‌ها، مواد رهاكننده از قالب، مواد ضد ميكروب، مواد اصلاح كننده ضربه پذيري، كمك فرايندها، مواد ضد الكتريسيته ساكن، مواد ضد آتش و دود، پراكسيدهاي آلي، ضد اكسيدكننده‌ها، نرم كننده‌ها، مواد اسفنجي كننده، مواد فعال كننده سطحي، پايدار كننده‌ها بوده که هرکدام جهت ایجاد خصوصیات مطلوب به پلاستیکها اضافه می‌شود.
1-5-2: عملیات حرارتی
یکی دیگر از روش‌های بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلاستیک‌ها، استفاده از عملیات حرارتی می‌باشد. در عملیات قالب‌گیری، ماشینكاری، پرداخت‌كاری و دیگر عملیات تولیدی كه بر روی پلاستیك‌ها و كامپوزیت‌ها انجام می‌شود، تنش‌های داخلی در آنها به وجود می‌آید. استفاده از مواد شیمیایی(مثل چسب¬ها) در این عملیات نیز باعث حساس شدن و ترك خوردن قطعات خواهد‌شد.
سرد شدن سریع قطعات پلاستیكی قالب‌گیری شده پس از خروج از قالب یا پس از انجام عملیات بازپخت (در تولید قطعات از مواد ترموست) نیز در آنها تنش‌های داخلی به وجود می‌آورد. زیرا پس از اتمام این عملیات هنوز واكنش‌های شیمیایی پلیمریزاسیون ادامه دارد. قطعات كامپوزیتی را معمولا” پس از فرم دادن، درون قالب با جیگ مخصوص قرار می‌دهند تا كلیه عملیات بازپخت بر روی آنها انجام شده و واكنش‌های شیمیایی درون آنها به اتمام برسد و با محیط هم دما شوند.
1-5-3: لزوم انجام عملیات حرارتی روی پلاستیک‌ها
برای رفع تنش‌های داخلی بوجودآمده در قطعات پلاستیكی و كامپوزیتی، می‌توان از عملیات حرارتی استفاده نمود. برای این منظور قطعه را با استفاده از یک سیکل زمانی و دمایی مشخص گرم و سپس سرد می‌نمایند. روند سرد کردن مواد نیز دارای اهمیت زیادی بوده و باید ماده را با یک سیکل مشخص به آرامی سرد نمود. قطعات ماشینكاری شده پلاستیكی و جوشکاری شده معمولا قبل از مونتاژ یا استفاده نهایی، نیاز به انجام عملیات حرارتی دارند زیرا در عملیات قالب‌گیری، ماشینكاری،پرداخت‌كاری و دیگر عملیات تولیدی نظیر جوشکاری هات‌پلیت كه بر روی پلاستیك‌ها و كامپوزیت‌ها انجام می‌شود، امکان ایجاد تنش‌های داخلی وجود دارد. سرد شدن سریع قطعات پلاستیكی قالب‌گیری شده پس از خروج از قالب یا پس از انجام عملیات بازپخت نیز در آنها تنش‌های داخلی به وجود می‌آورد، به این دلیل که پس از اتمام این عملیات هنوز واكنش‌های شیمیایی پلیمریزاسیون ادامه دارد. آنیلینگ علاوه بر بهبود خواص مکانیکی می‌تواند باعث بهبود خواص ظاهری قطعات یا الیاف نیز شود .
بنابراین یکی از مهمترین نتایج انجام عملیات حرارتی، از میان بردن تنش‌های پسماند است. در مواردی هدف از آنیل‌کردن قطعات، رفع تنشهای پسماند (برای رسیدن به پایداری ابعاد و عمر بیشتر قطعه) و گاهی نیز با اینکه به علل دیگر عملیات‌حرارتی آنیل انجام می‌شود. به عنوان مثال پلیمر به کار رفته در پوشش صفحات خورشیدی آنیل شده تا با از بین‌بردن پدیده‌ای به‌نام شکست مضاعف (Birefringence)، نور بیشتری از خود عبور داده و راندمان آن بالاتر رود. یا اینکه در صنعت نساجی نیز با انجام عملیات‌حرارتی، و از میان بردن شکست مضاعف، الیاف با کیفیت ظاهری بهتر و شفاف‌تر تولید شده و از چروکیدگی انقباضی (Shrinkage) الیاف کاسته می‌شود.
با کمک عملیات حرارتی می‌توان به خواص مکانیکی بهتر مثلا چقرمگی بیشتر و مقاومت به ضربه بالاتر دست یافت که البته سیکل عملیات وابسته به نوع ماده بوده و باید به طور دقیق انتخاب شود. زیرادر غیر این صورت امکان ایجاد نتیجه برعکس وجود دارد. انتخاب دمای بالا – بیش از چیزی که مورد نیاز است- باعث افت کیفیت پلاستیک بر اثر از هم پاشیده شدن ساختار آن و اکسیداسیون (دگر‌شوی) شده که معمولا” سیکل حرارتی بهینه برای رسیدن به این منظور توسط شرکت تولید‌کننده پلاستیک به صورت کاتالوگ عرضه شده که می‌توان از آن برای رسیدن به نتیجه بهتر استفاده کرد.
به عنوان مثال، ترموپلاستیک پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) که یکی از ترموپلاستیک‌های پر‌مصرف بوده، به دلیل خواص آب‌بندی خوب، پایداری شیمیایی و عملکرد مناسب در دماهای زیر صفر و در عین حال قیمت ارزان، گزینه مناسبی برای تهیه ظروف آب و دیگر نوشیدنی‌ها می‌باشد.ولی مشکلی که این ماده دارد مقاومت به ضربه کم آن بوده که برای رفع آن هم می‌توان از مواد افزودنی و کوپلیمر کردن آن استفاده نموده و هم از عملیات‌حرارتی استفاده نمود. در صنعت به این منظور از کوره‌های خاصی استفاده می‌نمایند که می‌توان آنها را بسته به روش گرمایش و تعداد بطری در ساعت دسته‌بندی کرد. (شکل‌های 1-2و 1-3). شکل 1-2 کوره¬هایی ساخت شرکت Radiant Energy Systems,Inc را نشان می¬دهد که قادر به آنیلینگ بطری¬های پلاستیکی با نرخ ۱۴۰ بطری در ساعت می¬باشند. الف:استفاده از اشعه فروسرخ و ب:استفاده از هوای داغ.
شکل1-3 نیز کوره¬های دیگری ساخت همین شرکت را نشان می¬دهد که الف: از تابش فروسرخ برای آنیلینگ بطری¬های پنج گالنی و ب: از هوای داغ برای آنیلینگ استفاده میکند و مخصوص بطری‌های آب از جنس پلی‌کربنات که با روش قالب‌گیری دمشی ساخته شده‌اند.

شکل 1-2- کوره‌های آنیلینگ پلاستیک Annealing ovens

شکل 1-3- کوره‌های آنیلینگ پلاستیک Annealing ovens

افزایش مقاومت کششی و کاهش یا از میان بردن حفره‌های میکروسکوپی موجود در قطعه که در فرایندهای تولید مانند قالب‌گیری تزریقی ایجاد می‌شوند نیز از دیگر دلایل انجام عملیات حرارتی می‌باشند.
در اتصالات پلاستیک‌ها نیز به طور گسترده از عملیات حرارتی استفاده می‌شود. عملیات حرارتی، در اتصالاتی که در آنها از رزین‌های دوقلو(رزین‌های دوقلویی که در هوای اتاق سخت می‌شوند) به عنوان ماده چسبنده استفاده می‌شود، برای رسیدن به حالت نهایی و کامل شدن واکنش‌های شیمیایی آن و در انواع جوشکاری پلاستیک‌ها، برای از میان بردن عیوب و ترکها و بالابردن استحکام و کیفیت جوش، بسیار معمول بوده که در بخش‌های بعدی به طور کامل پیرامون این موارد بحث خواهد گردید.

1-6: انواع عملیات حرارتی مورد استفاده برای پلاستیک‌ها
به طور معمول سه نوع عملیات حرارتی بازپخت یا آنیلینگ (Annealing)، پخت نهایی (Post Curing) و پیرسختی (Aging) روی پلاستیک‌ها انجام می‌شود. این سه عملیات‌حرارتی به طور خلاصه در ادامه توضیح داده می‌شوند.
1-6-1: آنیلینگ
آنیلینگ فرایندی بوده که در آن یک ماده مانند پلاستیک، فلز یا شیشه، گرما داده شده و سپس به آهستگی سرد می‌شود. از این فرآیند برای کاهش تنش باقیمانده تولیدشده در زمان ساخت، استفاده می‌شود. پلاستیک تا دمایی گرما داده شده که مولکول‌های آن آنقدر آزادی حرکت بیابند که بتوانند دوباره به صورت ساختاری با تنش پسماند کمتر جهت‌گیری کنند. پلیمرهای شبه کریستالی تا دمایی حرارت داده شده که تبلور مجدد صورت پذیرد.

درمورد اتصالات پلاستیکها، گرمای بوجود آمده بر اثر ماشینکاری و/یا شکل دادنهای حرارتی ، مواد را هنگام تماس یافتن با حلالهای خاص یا بعضی از چسب‌ها، مستعد ترک برداشتن می‌کند که در صورت وجود این تنشها می‌توان از عملیات حرارتی برای از میان بردن آنها استفاده کرد.
در روش جوشکاری به کمک حلال دو قطعه پلاستیک به کمک یک حلال در دمای اتاق حل می¬شوند که در این حالت زنجیره¬های پلیمری می¬توانند آزادنه حرکت کنند و با زنجیره¬های طرف مقابل، پیوند¬هایی مشابه پیوند¬هایی که در قطعه اولیه داشتندایجاد کنند. بعد از مدتی نیز با تبخیر حلال اتصال کامل می¬شود.از این روش معمولا برای اتصال لوله¬های PVCو ABS استفاده می¬شود. در این روش نیز اگر قطعات قالبگیری شده دارای تنش پسماند باشند،این احتمال وجود دارد که چسب یا حلال بعد از کاربرد ترک بردارد که برای جلوگیری از این مشکل، در صورت امکان نقاطی از قطعه را که در فرآیند قالبگیری تزریقی گلویی شده و دارای تنش پسماند زیادی هستند، از نقطه اتصال دور نگه می‌دارند. در این حالت نیز آنیلینگ قطعات می‌تواند تنش پسماند را کاهش دهد. ولی ممکن است به ایجاد اعوجاج در قطعه واز بین رفتن ابعاد دقیق آن منجر شود. پلیمرهایی مانند آکریلیکها،PS،PC،ABS ، پلی سولفونها(PSO) وپلی پروپیلن اکسید (PPO) با شکست در اثر وجود تنش پسماند حساس‌تر بوده و همچنین در حلالهایی مانند استرها، کتونها و هیدروکربن‌های آروماتیک، احتمال ایجاد ترک ناشی از تنش بیشتر می‌باشد.
1-6-2: ترک تنشی
بسیاری از پلاستیک‌ها به ترک ناشی از تنشی حساس‌اند. منظور ترکهای داخلی یا خارجی بوده که بر اثر تنشی کمتر از مقاومت مکانیکی کوتاه مدت پلاستیک ایجاد می‌شوند. در این بین بعضی از پلاستیک‌ها نیز به طور طبیعی نسبت به ترک تنشی مقاوم‌ترند. ترموستها، استال‌ها، PPS، پلی الفین‌ها، پلی آمیدها، PVC جامدوPBT (پلی بوتیلن ترفئالات) از این دسته هستند. همچنین همانطور که گفته شد در بعضی پلیمرها و حلال‌ها این احتمال بیشتر بوده که نام برخی از آنها در بالا آمده است. در حقیقت خواص منحصر به فرد و مفید پلاستیک¬ها به علت زنجیره بلند مولکولهای آنها می¬باشد که هرگونه کاهش این طول می¬تواند به کاهش خواص مکانیکی انها منجر شود که این کاهش، دلیل اصلی به وجود آمدن ترک نیز هست.
ترک تنشی بر اثر دمای بیش از حد یا شرایط غلط قالبگیری، عملیات ماشینکاری و یا شکل‌دادن‌حرارتی در دمای پایین، ایجاد می‌شود. برای ترموپلاستیکی نظیر HDPE، به دلیل ساختار نیمه کریستالی، بوجود آمدن این ترکها کاملا معمول است. در چنین حالتی وقتی در فرایندهای بعدی وقتی چسب مایع به‌کار می‌رود، ممکن است چسب به داخل قطعه نفوذ کند و خرابی را بدتر کند. این حالت زمانی که پلاستیک در محیطی قرار بگیرد که با مواد شیمیایی دیگر خصوصا دترجنتها، سفیدکننده¬ها و روغن موتور در تماس باشد نیز اتفاق می¬افتد.
ترک سرانجام به تمام قطعه گسترش پیدا می‌کند و موجب خرابی ناگهانی و پیش¬بینی نشده می‌شود. تنش‌های ایجاد شده در فرآیند قالبگیری را می‌توان با تغییرات در سیکل قالبگیری یا با آنیل کردن قطعات بعد از قالبگیری، از بین برد و به این روش احتمال ایجاد ترک تنشی را کاهش داد.

1-6-3: نمونه‌ای از فرایند آنیلینگ
فرایند اتصال صفحات آکریلیک می‌تواند مثال خوبی از آنیلینگ باشد. ورقه‌های آکریلیکی FF (FF acrylic) را می‌توان به کمک حلال‌های گوناگون موجود به خود یا دیگر سطوح آکریلیکی متصل کرد.
برای انجام این کار ابتدا باید مرحله آماده‌سازی را انجام داد. لبه‌ها باید به دقت بریده شده باشد و/یا ماشینکاری شده باشد. اگر از یک اره کند برای این کار استفاده شده باشد، باعث ذوب‌شدن یا لب‌پر شدن گوشه‌ها شده که تماس حلال با این قسمت ممکن است باعث ترک برداشتن مواد شود. بنابراین سطوح باید پرداخت شوند. ولی نباید صیقلی باشند زیرا باعث ضعیف‌شدن اتصال می‌گردد. علاوه بر آن، همانطور که گفته شد ترکهای مویی ممکن است بر اثر تنشهای داخلی نیز به‌وجود آید. برای خنثی سازی چنین تنش‌هایی قطعه را در دمای Cº ۸۰ (F º۱۸۰) آنیل نموده که تا ضخامت ۶ میلی‌متر، ساعات سرد و گرم کردن فرایند آنیلینگ باید برابر ضخامت ورق به میلی‌متر باشد. یعنی ورق به ضخامت ۳ میلی‌متر باید ۳ ساعت گرم و ۳ ساعت سرد شود. برای صفحات نازک، زمان آنیلینگ(گرمایش) نباید کمتر از دو ساعت باشد[1].

1-6-4: پخت نهایی
رزین‌هایی که در دمای پایین واکنش‌های شیمیایی خود را سپری نمی‌کنند، غالبا نمی‌توانند به حالت واکنش‌دهی کامل بر مبنای ساختار شیمیایی خود برسند، از این رو پس از پخت در دمای محیط آنها را داخل اجاق‌ها و کوره‌ها قرار داده تا در دمای بالاتر به طور کامل پخت شوند و به نهایت واکنش شیمیایی خود برسند . این فرآیند پخت نهایی (Post Curing) گفته می‌شود.
اپوکسی‌هایی که در دمای اتاق کاربرد داشته و دوقسمتی (دو قلو) می‌باشند، از یک بخش مونومر اپوکسی و بخش دیگر aliphatic amine به عنوان عامل سخت کننده، تشکیل شده‌اند. این دو بخش به طور جداگانه تهیه شده و دارای عمر نگهداری مشخصی می‌باشند. این دو قسمت قبل از استفاده در دمای اتاق مخلوط شده و در این حالت دارای فرصت کاربری (عمر مفید در ظرف سرباز) از چند دقیقه تا چند ساعت می‌باشند. موادی که در دمای اتاق سخت می‌شوند، معمولا POST-CURING می‌شوند. معمولا شرایط POST CURING برای چنین چسبهایی یک ساعت در دمای °C 100 (F °212) و یا ۴-۶ ساعت در دمای °C60 (°F140) می‌باشد.
نرخ سخت‌شدن را می‌توان با افزودن مواد شـتاب‌دهنده به واکنـش و یا با بالا بــردن دمــا، افزایـش داد. در حقیقت POST-CURING، مواد نیمه سخت‌شده را تحت تاثیر دمایی برابر یا بیشتر از ماکزیمم دمایی که اتصال در آن مورد استفاده قرار خواهد گرفت، قرار می‌دهد تا خواص ساختاری آن رابهبود بدهد. POST-CURING تنشها را آزاد می‌کند، پایداری ابعاد را بهبود می‌بخشد و تبخیر قطعه را کاهش می‌دهد[28].

اپوکسی‌هایی که سریع سرد می‌شوند معمولا دارای استحکام کمی هستند؛ به‌ویژه آنهایی که در دمای بالاتر ازC(120°F) °50 سخت می‌شوند. علاوه بر آن دارای مقاومت به حلال پایینی بوده که اغلـب نــمی‌توان این خصوصیات را بـا POST-CURING بهبود داد. گستره‌ مقاومت به دمای آنها نیز به عامل سخت کننده، دمای سخت شدن، ورویه POST-CURING بستگی دارد.
چسب‌های Anaerobic )تشکیل شده از مونومرهای dimethacrylate) فقط در غیاب هوا سخت می‌شوند و فرایند سخت‌شدن آنها، از کمتر از ۳۰ ثانیه تا بیش از ۳۰ دقیقه طول می‌کشد که می‌توان در این بین از حرارت همراه/به‌جای فعال‌کننده‌ها بهره برد.
1-6-5:اجینگ

مراجع

1. Acrylite FF Fabrication Tech Brief, Part 8. Cementing, Supplier design guide (1319(8F)-899-5RA), CYRO Industries, 1999.
2. Amodel Polyphthalamide Design Guide , Supplier design guide (AM-50477), Solvay Advanced Polymers,2002.
3. Andrews E.H.,”Developments in polymer fracture”, V.1, Applied science publisher,1979,p 246.
4. Bassett D. C., “Principle of polymer morphology”, Technology & Engineering, 1981, p 229.
5. Butler M. F., Donald A. M.,” A Real-Time Simultaneous Small- and Wide-Angle X-ray Scattering Study of In-Situ Deformation of Isotropic Polyethylene“, Macromolecules, 28, 6383,1995.
6. CHEN J., “Influence of heat treatment on toughening of polyehtylene-octene copolymer (POE)/poly(ethylene terephthalate) (PET) blends”, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, NO.39, P. 4049, 4051, 2004.
7. DuPont Engineering Polymers , “General Design Principles”, The miracles of science™.
8. Engineering Polymers. Joining Techniques. A Design Guide, Supplier design guide (5241 (7.5M) 3/01), Bayer Corporation, 2001.
9. Giles, Harold F.; Wagner, John R.; Mount, Eldridge M. (2005), Extrusion: the definitive processing guide and handbook, William Andrew, p. 151.
10. Grant La Fontaine, Sheet Products Service Manager, CYRO Industries, “MINIMIZE IMPACT OF STRESS ON ACRYLIC SHEET THROUGH ANNEALING”, Plastics Distributor® & Fabricator Magazine , Volume 21 , Issue 1, Article No. 2514.
11. Grimm, Robert AWelding processes for plastics. (thermoplastic welding),Advanced Materials & Processes, March 1, 1995.
12. Karakas H.C., “A Comparison between the Thermo mechanical and Structural Changes in Textured PET Yarns after Superheated Steam and Dry Heat Treatment”, Fibers and Polymers Vol.5, No.1, 19-24, 2004.
13. Krishnan C., Benatar A,“ANALYSIS OF RESIDUAL STRESS IN HOT PLATE WELDED POLYCARBONATE”, ANTEC 1149-1153, 2004.
14. Ktao k.,”A study of brittle-ductile transition in polyethylene”,Polymer engineering & science, May 1997, Vol 3, No. 5.
15. Michler G.H., Balta-Calleja F.J., “Mechanical properties of polymer based on nanostracture and morphology”, CRC press, USA, 2005, p 176-179.
16. Physical Properties Acrylite AR Acrylic Sheet And Cyrolon AR Polycarbonate Sheet, Supplier design guide (1632B-0193-10BP), Cyro Industries, 1993.
17. Physical Properties of Acrylite GP Acrylic Sheet Supplier design guide (1235D-1192-10BP)—CYRO Industries 1988.
18. Plexiglas Acrylic Sheet General Information , Supplier technical report (PL-1p), Rohm and Haas Company, 1985.
19. Poopat B., Wu C., Benatar A., “OPTIMIZATION OF CONTACT HOT PLATE WELDING OF HDPE”, ANTEC 1999.
20. Poopat B., Wu C., Benatar A., “OPTIMIZATION OF CONTACT HOT PLATE WELDING OF HDPE”, ANTEC 1999.
21. Ramazani S.A., “Investigation of vacuum annealing effects on physical–mechanical properties of thermoplastic parts”, Materials and Design, NO. 26 , P. 89–93 ,2005.
22. Rosato, Marlene G. (2000), Concise encyclopedia of plastics, Springer, p. 245.
23. Ryan D., “Annealing polyethylen pipe”, Akatherm International BV,Netgherlands, 2008.
24. Rynite Design Handbook for DuPont Engineering Plastics , Supplier design guide (E-62620), DuPont Company, 1987.
25. Suwanprateeb J., “Rapid examination of annealing condition for HDPE using indentation microhardness test”,polymer testing 23, 2004.
26. Tavakoli SM., “Effects of ageing on tensile properties and structure of linear friction and hot plate welds in polyethersulphone”, ANTEC 1995, Conference proceedings, Society of Plastics Engineers, Boston, May 1995.
27. Tavakoli SM., “The effect of ageing on structure and properties of hot plate welds in acrylonitrile-butadienestyrene” ANTEC 1994, Conference proceedings, Society of Plastics Engineers, San Francisco, May 1994.
28. The Loctite Design Guide for Bonding Plastics,Vol. 4, Supplier design guide, Henkel Corporation,2006.
29. Troughton M. J., Handbook of plastics joining , United States of America, by William Andrew Inc, 2008.

Abstract

Extruded HDPE samples are annealed by heating in the oven with various parameters, including annealing time, annealing temperature and post annealing cooling rate. This process helps reduce in internal stresses formed during fabrication (e.g. extrusion) and eliminate macromolecules orientation resulting in more homogenous mechanical properties. These samples are heated to a temperature at which the macromolecules have enough mobility to allow them to reorient to a configuration with less residual stress. Because the HDPE is a semi-crystalline polymer, should be heated to a temperature at which retarded crystallization or recrystallization. After this process, samples for impact test are prepared according to ASTM D256. The results show that annealing can increase the impact strength of samples in some cases.

Keywords: Annealing; Hotplate welding; Impact strength

ISLAMIC AZAD UNIVERSITY
Dezfoul Branch
Mechanical Engineering Department,
<> Thesis
On Manufacturing & Production
Subject:
Experimental study on the effect of heat treatment parameters on the mechanical strength of thermoplastics parts that welded by hotplate welding

Thesis Advisor:
Rezavand Ph.D.
Consulting Advisor:
pouranvari Ph.D.
By:
Amin Behshad
Summer 2011

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسي تجربی تاثير پارامترهای مختلف عمليات‌حرارتی بر روی استحکام مکانيکی قطعات ترموپلاستيکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پليت”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

+ 78 = 84