انتخاب جنس آب­بند
برای طراحی آب­بند­هایی که قادر به مقاومت در برابر فشار بسیار بالا باشند، انتخاب مواد مناسب مهم­ترین عامل است. لقی بین اجزای سازنده­ی یک سیستم می ­تواند موجب عبور مولکول­های سیال شود (شکل ‏۴‑۱). قطر یک مولکول گاز معمولی تقریباً یک نانومتر است، بنابراین می ­تواند از میان گپ­های بسیار کوچک نفوذ کند. به همین دلیل ماده­ سازنده­ی آب­بند باید به اندازه­ کافی الاستیک باشد تا بتواند برجستگی­های روی سطوحی را که باید آب­بندی شود، پر کند و هم چنین باید به اندازه­ای سخت باشد که به داخل لقی­های موجود اکسترود نشود [۱۰]، [۲۰].

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل ‏۴‑۱- عبور سیال از میان لقی موجود بین اجزای سازنده یک سیستم [۱۰]
[۷۳]PA6، [۷۴]UHMWPE-glass، [۷۵]UHMWPE-ceramic، [۷۶]NBRو سیلیکون[۷۷] از جمله موادی هستند که برای آب­بندی در فشار بالا استفاده می­شوند و در ادامه بررسی شده ­اند [۲۱].
پلی­آمید­ها (نایلون[۷۸])
پلی­آمید­ها انواع مختلفی دارند (PA11 PA6, PA66,)؛ اما به عنوان یک خانواده مقاومت خوب در برابر خزش و مقاومت بسیار خوب در برابر سایش، سفتی و چقرمگی خوبی دارند. مصارف عمده­ی پلی­آمید­ها در ساخت چرخ­دنده­های کوچک، یاتاقان­ها، واشر­ها، قطعات اتصالات الکتریکی و چرخ نقاله است. مهم­ترین نکته­ای که در طراحی با بهره گرفتن از پلی­آمید­ها باید مد نظر داشت، جذب رطوبت هوا در آن­هاست که بر خواص ماده اثر می­گذارد. استحکام­دهی با الیاف شیشه این مشکل را کاهش می­دهد و ترکیبی بسیار قوی و مقاوم را در مقابل ضربه به وجود می­آورد. کاربرد عمده­ی دیگر پلی­آمید­ها، ساخت الیاف بسیار مستحکم است [١۵].
پلی­اتیلن
پلی­اتیلن با چگالی کم (LDPE)[79]
پلاستیکی با کاربرد وسیع است. چگالی آن در محدوده­ ۳kg/m 93۵-۹۱۸ و بسیار چقرمه و انعطاف­پذیر است. مصرف عمده­ی آن برای تولید ورقه­های نازک مخصوص بسته­بندی است؛ گرچه نارسانایی بسیار خوب این ماده، موجب کاربرد وسیع آن در ساخت عایق الکتریکی نیز شده است. مصارف دیگر آن ساخت وسایل خانگی، لوله، بطری­های یک بار مصرف و مخازن نگه­داری آب سرد است.
پلی­اتیلن خطی با چگالی پایین (LLDPE)[80]
نوع جدیدی از پلی اتیلن است که از سوی شرکت یونیون کارباید در سال ۱۹۷۷ میلادی به بازار عرضه شد. این پلیمر در فرآیندی با فشار کم تولید می­ شود و ساختمان مولکولی منظم با شاخه­ های جانبی کوتاه دارد. بر حسب سرعت خنک کردن ماده از حالت مذاب، مولکول­ها به یک­دیگر متصل شده و ساختمان خاصی را به وجود می­آورند. از این رو، با چگالی یکسان، LLDPE سخت­تر از LDPE است. هم­چنین مقاومت آن در نقطه­ی تسلیم، بالا­تر و قدرت چکش­خواری آن بیش­تر است.
پلی­اتیلن با چگالی بالا (HDPE)[81]
این ماده با چگالی ۳ kg/m9۶۵-۹۳۵، نسبت به LDPE بسیار بلوری­تر است. گرچه قدری گران­تر است اما چون قوی، بادوام و سخت­تر است، مصارف بی­شماری مانند: ظروف زباله، جا­بطری، انواع مخازن، و لوله برای نگه­داری و انتقال سیالات دارد [١۵].
NBR
تولید NBR برای اولین بار در سال ۱۹۳۰ توسط E. Tschunkur و E. Konrad و سپس به صورت انبوه در سال ۱۹۳۴ در لورکوزن آلمان و در سال ۱۹۳۹ درایالات متحده و در بسیاری از کشور­های دیگر آغاز شد. NBR در تماس با بنزین، روغن و چربی­ها متورم نمی­ شود. با کاهش دما، الاستیسیته و انعطاف­پذیری الاستومر ضعیف می­ شود. ترکیب NBR و ETER می ­تواند مقاومت در برابر تورم، انعطاف­پذیری در دمای پایین و مقاومت بیش­تر در برابر حرارت را بهبود بخشد. از آن­جا که خواص خود تقویت­کنندگی این کائوچو کم می­باشد، به منظور ایجاد خواص مکانیکی کافی NBR باید با فیلر­های تقویت­کننده ترکیب شود. ویسکوزیته و چسبندگی NBR با بهره گرفتن از پلاستی­سایزر­ها قابل تنظیم است. اما کاربرد این گروه از مواد، روی پارامتر­هایی مثل الاستیسیته، انعطاف­پذیری در دمای پایین و مقاومت تورمی نیز موثر است. پلاستی­سایزر­ها خواص مکانیکی و مقاومت تورمی NBR را کاهش می­ دهند اما انعطاف پذیری در دمای پایین را بهبود می­بخشند. مثال­هایی از این پلاستی­سایزر­ها عبارت­اند از: پلی­استر­ها، پلی­استر پلی­اتر­ها، رزین­های زایلین فرمالدئید. یک الاستیسیته­ی نسبتاً بالا می ­تواند از گونه­ های NBR دارای مقدار اکریلو نیتریل کم که با پلاستی­سایزر­های استری یا اتری و با دوده­ی نیمه تقویت­کننده ترکیب شده باشد، به­دست آید.
NBR در کاربرد­هایی که در کنار خواص مکانیکی خوب، نیاز است که مقاومت خوبی در برابر تورم در روغن­ها و بنزین و هم­چنین مقاومت در برابر فرسودگی حرارتی و سایشی داشته باشند، به کار می­رود. نمونه ­ای از این کاربرد­ها عبارتند از: واشر­های استاتیک، او- رینگ، درزگیر برای شیر­ها و شفت­های میل­لنگ، دیافراگم­ها، گردگیر­های خرطومی کوپلینگ­ها، شیلنگ­های مقاوم در برابر فشار بالا، تسمه نقاله­ها و …. به دلیل افزایش تقاضای صنایع خودرو سازی برای داشتن مقاومت بالا­تر در برابر روغن و درجه حرارت NBR در این بازار جایگزین بیش­تر کائوچو­های مقاوم در برابر حرارت شده است [١۶].
سیلیکون
سیلیکون نسبت به سایر الاستومر­ها محدوده­ دمایی گسترده­تری را تحمل می­ کند. در دما­های پایین انعطاف­پذیری طبیعی خود را حفظ می­ کند در حالی که، بسیاری از الاستومر­ها به موادی ترد تبدیل می­شوند [۲۲].
انجام آزمون
به منظور درک و بهینه­سازی رفتار آب­بند از شبیه­سازی اجزا محدود استفاده شده است، که دانش خواص مکانیکی مواد برای این شبیه­سازی ضروری است. معمولاً آزمون­های کشش و فشار تک محوره، دو محوره، صفحه­ای و حجمی برای به­دست آوردن اطلاعات انجام می­شوند اما، در این پژوهش به دلیل کمبود امکانات و وقت به آزمون­های تک محوره اکتفا شده است. خواص PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic از اطلاعات قبلی و خواص NBR و سیلیکون با انجام آزمون به دست آمده­اند [۲۱].
آزمون کشش تک محوره
ابتدا نمونه­ سیلیکون مربوط به این آزمون با ماشین­کاریِ او- رینگ مطابق استاندارد شرکت Axel ساخته شد اما به دلیل ناهمواری­های ایجاد شده روی سطح لاستیک، آزمون کشش به درستی انجام نشد (شکل ‏۴‑۲). پس از آن با پانچِ ورق­های NBR و سیلیکون، نمونه­هایی با استانداردASTM D412 ساخته و آزمون شد (شکل ‏۴‑۳). نمونه­های NBR و سیلیکون حین آزمون کشش و پس از آن به ترتیب در شکل­های ۴-۴ و ۴-۵ نشان داده شده ­اند.
شکل ‏۴‑۶ منحنی­های تنش- کرنش آزمون کشش را روی نمونه­های NBR و سیلیکون نشان می­دهد. این نمونه­ها حین کشش تغییر طول زیادی داشته و پس از شکست به ابعاد اولیه­ خود بازمی­گردند. منحنی­های تنش- کرنش آزمون کشش مربوط به نمونه­های PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic در شکل ‏۴‑۷ نشان داده شده است. شکل­های ۴-۸ و ۴-۹ به ترتیب، نمایان­گر منحنی­های تنش- کرنش آزمون کشش طی چند دوره بارگذاری- باربرداری روی نمونه­های NBR و سیلیکون هستند [۲۱]، [۲۳]، [۲۴].
شکل ‏۴‑۲- نمونه­ سیلیکون ماشین­کاری شده آزمون کشش
شکل ‏۴‑۳- الف) نمونه­ NBR و ب) نمونه­ سیلیکون آزمون کشش تک محوره
شکل ‏۴‑۴- الف) نمونه­ NBR و ب) نمونه­ سیلیکون حین آزمون کشش
شکل ‏۴‑۵- الف) نمونه­ NBR و ب) نمونه­ سیلیکون پس از آزمون کشش
شکل ‏۴‑۶- منحنی­های تنش- کرنش NBR و سیلیکون
شکل ‏۴‑۷- منحنی­های تنش- کرنش نمونه­های PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic [21]
شکل ‏۴‑۸- منحنی تنش- کرنش نمونه­ NBR طی چند دوره بارگذاری- باربرداری
شکل ‏۴‑۹- منحنی تنش- کرنش نمونه­ سیلیکون طی چند دوره بارگذاری- باربرداری
آزمون فشار تک محوره
برای این آزمون از استاندارد ASTM D575 استفاده شده است. شکل­های ۴-۱۰ و ۴-۱۱ به ترتیب، نمونه­ سیلیکون آزمون فشار و نتایج این آزمون را نشان می­ دهند. نمونه­ آزمون فشار سیلیکون پس از شکست در شکل ‏۴‑۱۲ نشان داده شده است [۲۵].
شکل ‏۴‑۱۰- نمونه­ سیلیکون آزمون فشار تک محوره
شکل ‏۴‑۱۱- منحنی تنش- کرنش نمونه­ سیلیکون تحت فشار تک محوره
نرخ بارگذاری و دمای محیط، از مهم­ترین عوامل تاثیرگذار روی آزمون الاستومر­ها هستند. عامل مهم دیگر در آزمون فشار الاستومر­ها، اصطکاک بین نمونه و فک­هاست. این اصطکاک باعث می­ شود که نمونه­ تحت فشار نتواند کاملاً آزادانه به اطراف بسط پیدا کند (شکل ‏۴‑۱۳). حتی مقادیر بسیار کم اصطکاک می ­تواند کرنش­های برشی قابل توجه ایجاد کند، که باعث تغییر تنش می­ شود. از آن­جا که مقدار حقیقی این اصطکاک مشخص نیست، استفاده از داده ­های آزمون فشار توصیه نمی­ شود [۲۳].
شکل ‏۴‑۱۲- نمونه­ آزمون فشار سیلیکون پس از شکست
شکل ‏۴‑۱۳- نمونه­ سیلیکون تحت فشار
آزمون رهایی از تنش
رفتار تنش- کرنش مواد پلیمری به شدت تابع زمان است. آب­بند­های هیدرولیکی در معرض تغییرات ناگهانی فشار قرار دارند و یا ممکن است در طول دوره­ های بارگذاری- باربرداری در سطح معینی از فشار نگه­داشته شوند، بنابراین خاصیت ویسکوالاستیسیتی می ­تواند تاثیر قابل­توجهی روی توزیع فشار در سطح آب­بندی داشته باشد. رفتار ویسکوالاستیک مواد در فشار­های بالا اهمیت بسیاری دارد و برای درک این موضوع که مواد چگونه به پایداری می­رسند، آگاهی از رفتار رهایی از تنش ضروری است. آزمون رهایی از تنش مطابق استاندارد ISO 6914 روی نمونه­های NBR و سیلیکون انجام شد، که نتایج مربوط به آن به ترتیب، در شکل­های ۴-۱۴ و ۴-۱۵ نشان داده شده است [۲۱]، [۲۶].
شکل ‏۴‑۱۴- منحنی حاصل از آزمون رهایی از تنش نمونه­ NBR
شکل ‏۴‑۱۵- منحنی حاصل از آزمون رهایی از تنش نمونه­ سیلیکون
شکل­های ۴-۱۶، ۴-۱۷ و ۴-۱۸ به ترتیب نتایج آزمون رهایی از تنش نمونه­های PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic را با تغییر شکل­های اولیه­ تحمیلی مختلف، نشان می­ دهند.
شکل ‏۴‑۱۶- نتایج حاصل از آزمون رهایی از تنش نمونه­ PA6 [21]
شکل ‏۴‑۱۷- نتایج حاصل از آزمون رهایی از تنش نمونه­ UHMWPE-glass [21]
شکل ‏۴‑۱۸- نتایج حاصل از آزمون رهایی از تنش نمونه­ UHMWPE-ceramic [21]
آزمون سختی
همان­گونه که در بخش ‏۲-۲ گفته شد، میزان سختی ماده­ سازنده­ی آب­بند از اهمیت زیادی برخوردار است. ورق NBR با سختی برابر shore A90 سفارش داده شد و سختی نمونه­های سیلیکون (شکل ‏۴‑۱۹) مطابق استاندارد ASTM D1415 بررسی شد. شکل ‏۴‑۲۰ دستگاه اندازه ­گیری سختی را نشان می­دهد. آزمون انجام شده نشان می­دهد سیلیکون مورد نظر سختی برابر shore A70 دارد [۲۷].
شکل ‏۴‑۱۹- نمونه­های سیلیکونی برای آزمون سختی

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...