پروژه درباره پلاستیک ها

فصل اول : مقدمه

1-1- تاریخچه پلاستیک‌ها

اولین بار در سال 1862 برادران هایت[1] موفق به تولید سلولوئید شدند و در حدود چهل سال بعد شخصی بنام باکلند [2] موفق به تولید باکلیت شد. در حد فاصل سالهای 1921 تا 1928 بعضی از انواع نایلون‌ها و همچنین اوره – فرمالدئید و ... به بازار عرضه شد و در سال 1934 پلی و نییل کلرید (PVC) در میزان تجاری جهت ساخت محصولات مختلف روانه بازار شد. اما مهمترین دوره پیشرفت پلاستیکها در دهه 1950 و در دهه 1960 اتفاق افتاد که در آن زمان اختراع و تولید انواع مختلف پلاستیک با خواصل و کاربردهای متنوع نقطه عطفی در این صنعت نام گرفت. در این زمان اختراع  تولید انواع مختلف پلاستیک با خواص و کاربردهای متنوع اتفاق افتاد که در آن زمان اختراع و تولید انواع مختلف پلاستیک با خواص و کاربردهای متنوع نقطه عطفی در این صنعت نام گرفت. در این زمان دانشمندانی چون زیگلر [3]از آلمان و یا ناتا [4]از ایتالیا اصول و روشهای پلیمریزاسیون را روشن کردند و باعث پیدایش تکنولوژی نوینی در جهت ساخت پلیمرهای مختلفی همچون خانواده پلی اتیلن‌ها و پلی پروپیلن‌ها و پلی اترها و اپوکسی ها و ... شدند . اگر بخواهیم اسمی از اولین پلاستیک ساخته شده بشر نام ببریم باید به سلولز نیترات اشاره کنیم که اولین پلاستیک تجاری بود که به بازار عرضه شد ولی به دلیل ضعف‌هایی که داشت از جمله قابل اشتعال بون زیاد و در نتیجه خطرناک بودن این پلاستیک، تحقیقات برای جایگزین کردن نوع پلاستیک دیگری که این ضعف را نداشته باشد توسط پروفسور مایلز  به تولید پلاستیک سلولزاستات منجر شد که این محصول بازار خوبی را کسب کرد. توسعه گرمانرم های PVC و PE کمک بزرگی به متفقین در جنگ جهانی دوم نمود و این امر باعث شتاب تحقیقات در زمینه پلاستیکها در این کشورها شد و در نتیجه پلی استر غیر اشباع، پلی استایرین و اپوکسی کشف شد و به یکباره توجه به صنعت پلاستیک جلب شد.در دهه 1960 نه تنها رشد سریع پلاستیکهای گرمانرم مثل PVC ، PE ، PP ، PS شکل گرفت بلکه دهه ظهور پلاستیک سوپر مثل پلی کربنات، پلی استال فنوکسی‌ها، پلی فنیلین اکسید نیز نام گرفته این پلاستیکها را که مخصوص می‌باشند معمولاً پلاستیکهای مهندسی می‌نامند که به عنوان جایزگین آلیاژهای فلزی در مقایس صنعتی پذیرفته شده‌اند.

در حال حاضر با توجه به پیشرفت های جدید در صنایع خودرو سازی و یا لوازم خانگی قطعات پلاستیکی بخاطر کاهش وزن و افزایش بازدهی، جایگزین مناسبی برای قطعات فلزی شده‌اند. امروزه از انواع پلاستیکهای پلیمری در بازار در حدود 70 درصد آنها مختص به چهار گروه PVC ، PP , PE و پلیمرهای نوع پلی استایرنی (PS) می باشد  برای تولید این چهار زمینه کالا رقابت شدیدی بین شرکتهای شیمیایی مونسافتو، شرکت داو، شل، یونیون کار باید و شرکت پونت و بی‌اف گودریچ و اکسون و فیلپس وجود دارد. در موارد خاصی نیز پلاستکیهای خاص توسط یک یا دو تولید کننده تولید می شوند و جنبه رقابتی بودن از بین می رود.

2-1- هدف پروژه

تنوع تعداد پلاستیکهایی که در جهان تولید می شوند به قدری زیاد است که اگر قرار باشد مخشصات و کاربردهای تمامی آنها را روی کاغذ بیاوریم کتابی با هزارات برگ خواهد شد. از سوی دیگر آمار روزانه میزان توید و مصرف انواع پلاستیکها در جهان سر به ارقام نجومی می زند. همین مسأله نشانگر میزن اهمیت پلاستیکها در صنعت و زندگی روزمره بشر در سالهای اخیر است و باز هب همین علت است که می توان به جرأت اعلام نمود که در سالهای اخیر در برخی زمینه ها پلاستیکها توانسته اند به راحتی جانشین فلزات شده و با آنان به رقابت برخیزند لذا همانقدر که تکنولوژی جوشکاری و اتصال فلزات در صنعت حائز اهمیت است جوشکاری پلاستیکها نیز در جای خود باید مورد توجه قرار گیرد. امروزه با استفاده از روشهای مختلف جوشکاری، اتصال و نهایتاً شکل دادن پلاستیکها می توان اشکال و قعطات پیچیده‌ای را تهیه نمود که با استفاده از مواد دیگری مثل چوب و فلز و غیره امکان دستیابی به آنها غیر ممکن و نسبتاٌ مشکل می باشد.

در این میان نقش تفلون به عنوان یک پلاستیک صنعتی بسیار نمایان است. همان گونه که می دانید تفلون یکی از انواع پلاستیک است که امروزه نقش مهمی را در صنایع ایفا می کند و در بسیاری موارد و شرایط استراتژیک جایزگزین قطعات فلزی شده است. خواص ویژه این پلاستیک و قابلیت تراشکاری آن و همخوانی با محیط های جوی متفاوت ما را بر آن داشت که مطالعه و تحقیقی داشته باشیم بر نحوه اتصال و جوشکاری و مونتاژ قطعات تفلون و انواع روشهای جوشکاری پلاستیکها و در نهایت هدف، ارائه نتایج حاصل از آزمایشات تجربی و ارائه نظر رو راهکار در مورد نحوه جوشکاری تفلون به روش ابزار داغ می باشد. در این میان تلاش خواهد شد تأثیر نوع طرح پخ و یا عملیات حرارتی تکمیلی برروی استحکام جوش حاصله نمایان گردد.

فصل دوم : مروری بر منابع

1-2- جوشکاری و اتصال حرارتی پلاستیکها

قطعات پلاستیکی را می توان به طرق مختف بررویهم سوار کرد. بطور کلی این روشها در 3 گروه طبقه بندی می شوند که عبارتنداز:

در فرآیند چسباندن قطعات پلاستیکی سطوحی را که قرار است بهم چسبانده شوند بالایه‌ای از چسب پوشانده و سپس آنها را روی هم گذاشته و با اعمال فشار متوسطی به یکدیگر می چسبانند. نوع چسب مورد استفاده در هر حالت بستگی به نوع ماده‌ای دارد که قرار است چسبانده شود.

2-2- ایجاد اتصال از طریق چسباندن

ایجاد اتصال از طریق چسباندن یکی از راههای موثر مونتاژ پلاستیکها در سرعتهای بالا است. این اتصال باعث آمیختن مولکولهای بین قطعات نمی شود. بلکه قطعات را به یکدیگر می‌چسباند. چسباندن چوب ، کاغذ و فلزات نمونه‌هایی از این نوع اتصال می‌باشد. چسبهای مذاب داغ نمونه‌هایی از این مواد هستند که با سرد شدن سخت می­شوند. در این بحث هیچ تمایزی بین چسبهای دائمی، موقت یا جدا شونده نخواهد بود . همه آنها به عنوان موادی که باعث چسبندگی سطح قطعات به یکدیگر می شوند مورد توجه خواهند بود. چسبها در صنایع اتومبیل، نساجی، هوافضا، ساختمان، بسته بندی و الکترونیک استفاده می شود. .

3-2- چسبندگی امتزاجی

در اتصالات چسبندگی امتزاجی مولکولهای بین قطعات با یکدیگر آمیخته می شوند. سطوحی از قطعات که به یکدیگر متصل می شوند باید قبلاً بوسیله حرارت یا حلال، نرم یا روان شوند چسبندگی امتزجی نوع چسبندگی شیمیایی است که قطعات را کنار هم نگه می دارد. پیوند با ملات حل کننده، پیوند چرخشی، پیوند جوشکاری با گاز داغ، پیوند با کمک ابزار داغ، پیوند ضربه‌ای ، پیوند دی الکتریک، پیوند ماورای صوت، و پیوند الکترو مغناطیسی روشهایی از چسبندگی امتزاجی می باشند [1] .

4-2- پیوند ملاتی

ملاتهای حل کننده و ملاتهای چسبناک دو نوع ملاتی هستند که کاربرد رایجی دارند . ملاتهای حل کننده حلالها یا مخلوطهایی از حلالها هستند که مواد را حل نموده و سپس با تبخیر حلال، مواد در یکدیگر روان شده و می‌امیزند. ملاتهای غلیظ که گاهی ملاتهای لایه‌ای یا مخلوطهای حلالی نیز خوانده می شوند. متشکل از حلالها و مقایدر کمی از پلاستیکهایی هستند که باید به یکدیگرمتصل شوند. این ملات ماده ویسکوزی است که پس از خشک شدن لایه نازکی از پلاستیکهای مادر را در محل اتصال باقی می گذارد.

ایجاد پیوند با ملات حل کننده فقط برای بعضی پلاستیکهای گرمانرم امکانپذیر است و برای پلاستیکهای گرما سخت چنین پیوندی امکانپذیر نیست. حلالهای دارای نقطه جوش پایین بسرعت تبخیر می شوند. بنابراین تا قبل از تبخیر تمام حلال محل متصل شده باید ثابت بماند. مثالی در این مورد متیل کلراید است با نقطه جوش 104 درجه فار نهایت . (40 درجه سانتیگراد). ملاتهای حل کننده با روشهای متعددی برای اتصال پلاستیک ها بکار می روند. صرفنظر از روش بکار رفته تمام اتصالات باید تمیز و صاف باشند. بسیار از صنعتگران اتصال جناقی شکل را برای ایجاد اتصال مستقیم دو لبه ترجیح می دهند .در روشن خیساندن، محل اتصال باید با حلال خیسانده شود تا سطح نرمی بدست آید. سپس قطعات در کنار هم با فشار جزئی قرار می گیرند تا حلال تبخیر گردد. اگر فشار بیش از حد بکار برده شود ممکن است بخشهای نرم خارج از نقطه اتصال فشرده شده و اتصال ضعیفی ایجاد شود.سطوح بزرگ ممکن است در ملاتها روی آنها اسپری گردد . با نفوذ حلال به داخل درز یا ترک محل شکستگی نیز می توان اتصال امتزاجی ایجاد نمود. قلموی کوچک نقاشی یا سرنگهای زیرجلدی ابزارهای دستی تزریق ملات می باشند.

5-2- اتصالات مکانیکی

قطعات پلاستیکی را می توان با استفاده از اتصالات مکانیکی ماند پیج، پرچ، بست، مهره، مفصل، چفت فنری و غیره نیز برروی هم سوار کرد. مزیت اصلی استفاده از اتصالات مکانیکی برای سوار کردن قطعات پلاستیکی اولاً امکان اتصال قطعات غیر همجنس برروی هم و ثانیا امکان اتصال قطعات ساخته شده از پلاستیکهای ترموست علاوه بر ترموپلاستیک ها می باشد. بست های مکانیکی متعددی برای استفاده در پلاستیکها وجود دارد . پیچهای خودکار زمانی بکار می روند که بست غالباً‌ نباید باز شود ولی زمانی که نیاز به باز کردن مرتب اتصال باشد مهره فلزی در پلاستیک ممکن است در قالب قرار گرفته یا پس از قالب گیری نصب شوند. پیچها و پرچهای پلاستیکی یا فلزی برای مونتاژ دائمی بکار می‌روند و پیچهای ماشینی ، مهره ها و پیچهای استاندارد که از پلاستیک یا فلز ساخته شده‌اند در روشهای معمول مونتاژ بکار می روند [1] .

اتصال حرارتی اولین روش برای سوار کردن ورقها و لوله‌ های پلاستیکی بخصوص انواع ترموپلاستیکی ان می باشد. در این روش که بیشتر برای اتصال ورقها و لوله های پلاستیکی مورد استفاده قرار می گیرد. از اعمال همزمان فشار و حرارت به موضع اتصال استفاده می شود. ساده ترین روش برای اینکار شامل لوله های فلزیی است که المنت‌های حرارتی برق در داخل آنها جای گرفته باشد. وسیله دیگری که در این زمینه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد شامل المان های اتصال حرارتی الکترونیکی و با فرکانس بالا است.

روش دیگری از اتصال حرارتی که برای سوار کردن پلی اتیلن‌ ها به کار می رود شامل اکستروژن یک رشته داغ از حسب مابین سطوح مورد اتصال می باشد که با اعمال فشار دنبال می شود. ساده ترین روش برای متصل کردن ورق‌ها یا قطعات پلاستیکی با استفاده از حرارت است. تعیین نوع سیستم اتصال با در نظر گیری فاکتورهای زیر انجام می‌گیرد:

(a ماهیت ماده‌ای که قرار است رویهم متصل شود.

(b شکل محصول

(c ملزومات مورد نیاز

(d چگونگی کیفیت محصول

در حالیکه تجهیزات الکترونیکی پیشرفته‌ای برای اتصال حرارتی پلاستیک ها طراحی شده است، می توان از اتصال دهنده‌های دستی ساده آهنی برای متصل کردن ورقهای نازک پلاستیکی به ضخامت (1-5/0) میلی متر برای برخی کاربردهای ویژه نیز استفاده کرد.