پایان نامه ارشد: بررسی تجربی تاثیر پارامترهای مختلف عملیات‌حرارتی بر روی استحکام مکانیکی قطعات ترموپلاستیکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پلیت

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک

گرایش : ساخت و تولید

عنوان : بررسی تجربی تاثیر پارامترهای مختلف عملیات‌حرارتی بر روی استحکام مکانیکی قطعات ترموپلاستیکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پلیت

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد دزفول

گروه تحصیلات تکمیلی

پایان ­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد «  M.Sc»

گرایش: ساخت و تولید

عنوان:

بررسی تجربی تاثیر پارامترهای مختلف عملیات‌حرارتی بر روی استحکام مکانیکی قطعات ترموپلاستیکی جوشکاری‌شده به روش هات‌پلیت

استاد راهنما:

سید عبدالمحمد رضاوند

استاد مشاور:

مجید پورانوری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

چکیده………………………………. 1

1-1: تعریف پلاستیکها ………………………………3

۲-۱: پلیمرها……………………………… 3

۱-۲-۱: دسته بندی پلیمر‌ها……………………………… 4

4-۱: انواع پلاستیک‌ها……………………………… 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………………………………..

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:نتیجه‌گیری……………………………….. 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 هات­پلیت جوشکاری شده­اند.

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 می­شود. 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 شکاف­دار 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.

فصل اول: مقدمه

1-1- تعریف پلاستیک ها:

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.

2-1- 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.

1-2-1- 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 …

3-1- انواع پلاستیک ها

پلاستیک‌ها به دو گروه عمده گرماسخت یا ترموست (Thermoset) و گرمانرم یا ترموپلاست (Thermoplastic) تقسیم می‌شوند. پلاستیک‌های ترموست یا گرماسخت با واکنش شمیایی و عملیات حرارتی یا شیمیایی سخت شده، به شکل دائمی درآمده و نمی‌توان آنها را مجددا” نرم نمود. ترموست‌ها دارای سختی بالا، سفتی، مقاومت در برابر حرارت و حلال­های 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.

 پلاستیکهای ترموپلاست یا گرمانرم موادی بوده که در هنگام سردسازی، سخت شده و با حرارت دادن دوباره می‌توان آنها را نرم و قالب‌گیری نمود.

4-1- 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- افزودنی ها

 به کمک مواد افزودنی، ‌عمر مواد و قطعات، افزایش یافته، ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی آنها اصلاح شده، فرآیند آنها به میزان قابل توجه آسان گردیده، افت کیفیت آنها کنترل شده، و از آسیب‌پذیری مواد در برابر امواج گوناگون جلوگیری به عمل می‌آید. همچنین می‌توان به نسبت موارد مورد نیاز،‌ آنها را به الکتریسیته و حرارت، رسانا یا نارسانا نمود و آنها را از حملات میکروبیولوژیکی مصون داشت. این مواد عبارت از پایدارکننده‌ها، پرکننده‌ها، رنگدانه‌ها، مواد رهاکننده از قالب، مواد ضد میکروب، مواد اصلاح کننده ضربه پذیری، کمک فرایندها، مواد ضد الکتریسیته ساکن، مواد ضد آتش و دود، پراکسیدهای آلی، ضد اکسیدکننده‌ها، نرم کننده‌ها، مواد اسفنجی کننده، مواد فعال کننده سطحی، پایدار کننده‌ها بوده که هرکدام جهت ایجاد خصوصیات مطلوب به پلاستیکها اضافه می‌شود.

2-5-1- عملیات حرارتی

یکی دیگر از روش‌های بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلاستیک‌ها، استفاده از عملیات حرارتی می‌باشد. در عملیات قالب‌گیری، ماشینکاری، پرداخت‌کاری و دیگر عملیات تولیدی که بر روی پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها انجام می‌شود، تنش‌های داخلی در آنها به وجود می‌آید. استفاده از مواد شیمیایی(مثل چسب­ها) در این عملیات نیز باعث حساس شدن و ترک خوردن قطعات خواهد‌شد.

سرد شدن سریع قطعات پلاستیکی 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 واکنش‌های شیمیایی پلیمریزاسیون ادامه دارد. قطعات کامپوزیتی را معمولا” پس از فرم دادن، درون قالب با جیگ مخصوص قرار می‌دهند تا کلیه عملیات بازپخت بر روی آنها انجام شده و واکنش‌های شیمیایی درون آنها به اتمام برسد و با محیط هم دما شوند.

3-5-1- لزوم انجام عملیات حرارتی روی پلاستیک‌ها

برای رفع تنش‌های داخلی بوجودآمده در  قطعات پلاستیکی و کامپوزیتی، 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 ماشینکاری شده پلاستیکی و جوشکاری شده معمولا قبل از مونتاژ یا استفاده نهایی، نیاز به انجام عملیات حرارتی دارند زیرا در عملیات قالب‌گیری، ماشینکاری،پرداخت‌کاری و دیگر عملیات تولیدی نظیر جوشکاری هات‌پلیت که بر روی پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها انجام می‌شود، امکان ایجاد تنش‌های داخلی وجود دارد. سرد شدن سریع قطعات پلاستیکی 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 واکنش‌های 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 کوره­هایی ساخت شرکت Radiant Energy Systems,Inc را نشان می­دهد که قادر به آنیلینگ بطری­های پلاستیکی با نرخ ۱۴۰ بطری در ساعت می­باشند. الف:استفاده از اشعه فروسرخ  و ب:استفاده از هوای داغ.

شکل1-3 نیز کوره­های دیگری ساخت همین شرکت را نشان می­دهد که الف: از تابش فروسرخ برای آنیلینگ بطری­های 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.

تعداد صفحه : 81

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09361998026        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید