تاریخچه پلاستیك‌ها

تنوع تعداد پلاستیكهایی كه در جهان تولید می شوند به قدری زیاد است كه اگر قرار باشد مخشصات و كاربردهای تمامی آنها را روی كاغذ بیاوریم كتابی با هزارات برگ خواهد شد از سوی دیگر آمار روزانه میزان توید و مصرف انواع پلاستیكها در جهان سر به ارقام نجومی می زند همین مسأله نشانگر میزن اهمیت پلاستیكها در صنعت و زندگی روزمره بشر در سالهای اخیر است و باز هب همی

تاریخچه پلاستیك‌ها

فصل اول : مقدمه

1-1- تاریخچه پلاستیك‌ها

اولین بار در سال 1862 برادران هایت[1] موفق به تولید سلولوئید شدند و در حدود چهل سال بعد شخصی بنام باكلند [2] موفق به تولید باكلیت 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 كلرید (PVC) در میزان تجاری جهت ساخت محصولات مختلف روانه بازار شد. اما مهمترین دوره پیشرفت پلاستیكها در دهه 1950 و در دهه 1960 اتفاق افتاد كه در آن زمان اختراع و تولید انواع مختلف پلاستیك با خواصل و كاربردهای متنوع نقطه عطفی در این صنعت نام گرفت. در این زمان اختراع  تولید انواع مختلف پلاستیك با خواص و كاربردهای متنوع اتفاق افتاد كه در آن زمان اختراع و تولید انواع مختلف پلاستیك با خواص و كاربردهای 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 كردند و باعث پیدایش تكنولوژی نوینی در جهت ساخت پلیمرهای مختلفی همچون خانواده پلی اتیلن‌ها و پلی پروپیلن‌ها و پلی اترها و اپوكسی ها و ... شدند . اگر بخواهیم اسمی از اولین پلاستیك ساخته شده بشر نام ببریم باید به سلولز نیترات اشاره كنیم كه اولین پلاستیك تجاری بود كه به بازار عرضه شد ولی به دلیل ضعف‌هایی كه داشت از جمله قابل اشتعال بون زیاد و در نتیجه خطرناك بودن این پلاستیك، تحقیقات برای جایگزین كردن نوع پلاستیك دیگری كه این ضعف را نداشته باشد توسط پروفسور مایلز  به تولید پلاستیك سلولزاستات منجر شد كه این محصول بازار خوبی را كسب كرد. توسعه گرمانرم های PVC و PE كمك بزرگی به متفقین در جنگ جهانی دوم نمود و این امر باعث شتاب تحقیقات در زمینه پلاستیكها در این كشورها شد و در نتیجه پلی استر غیر اشباع، پلی استایرین و اپوكسی كشف شد و به یكباره توجه به صنعت پلاستیك جلب شد.در دهه 1960 نه تنها رشد سریع پلاستیكهای گرمانرم مثل PVC ، PE ، PP ، PS شكل گرفت بلكه دهه ظهور پلاستیك سوپر مثل پلی كربنات، پلی استال فنوكسی‌ها، پلی فنیلین اكسید نیز نام گرفته این پلاستیكها را كه مخصوص می‌باشند معمولاً پلاستیكهای مهندسی می‌نامند كه 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 پلاستیكی بخاطر كاهش وزن و افزایش بازدهی، جایگزین مناسبی برای قطعات فلزی شده‌اند. امروزه از انواع پلاستیكهای 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 كالا رقابت شدیدی بین شركتهای شیمیایی مونسافتو، شركت داو، شل، یونیون كار باید و شركت پونت و بی‌اف گودریچ و اكسون و فیلپس وجود دارد. در موارد خاصی نیز پلاستكیهای خاص توسط یك یا دو تولید كننده تولید می شوند و جنبه رقابتی بودن از بین می رود.

2-1- هدف پروژه

تنوع تعداد پلاستیكهایی كه در جهان تولید می شوند به قدری زیاد است كه اگر قرار باشد مخشصات و كاربردهای تمامی آنها را روی كاغذ بیاوریم كتابی با هزارات برگ خواهد شد. از سوی دیگر آمار روزانه میزان توید و مصرف انواع پلاستیكها در جهان سر به ارقام نجومی می زند. همین مسأله نشانگر میزن اهمیت پلاستیكها در صنعت و زندگی روزمره بشر در سالهای اخیر است و باز هب همین علت است كه می توان به جرأت اعلام نمود كه در سالهای اخیر در برخی زمینه ها پلاستیكها توانسته اند به راحتی جانشین فلزات شده و با آنان به رقابت برخیزند لذا همانقدر كه تكنولوژی جوشكاری و اتصال فلزات در صنعت حائز اهمیت است جوشكاری پلاستیكها نیز در جای خود باید مورد توجه قرار گیرد. امروزه با استفاده از روشهای مختلف جوشكاری، اتصال و نهایتاً شكل دادن پلاستیكها می توان اشكال و قعطات پیچیده‌ای را تهیه نمود كه با استفاده از مواد دیگری مثل چوب و فلز و غیره امكان دستیابی به آنها غیر ممكن و نسبتاٌ مشكل می باشد.

در این میان نقش تفلون به عنوان یك پلاستیك صنعتی بسیار نمایان است. همان گونه كه می دانید تفلون یكی از انواع پلاستیك است كه امروزه نقش مهمی را در صنایع ایفا می كند و در بسیاری موارد و شرایط استراتژیك جایزگزین قطعات فلزی شده است. خواص ویژه این پلاستیك و قابلیت تراشكاری آن و همخوانی با محیط های جوی متفاوت ما را بر آن داشت كه مطالعه و تحقیقی داشته باشیم بر نحوه اتصال و جوشكاری و مونتاژ قطعات تفلون و انواع روشهای جوشكاری پلاستیكها و در نهایت هدف، ارائه نتایج حاصل از آزمایشات تجربی و ارائه نظر رو راهكار در مورد نحوه جوشكاری تفلون به روش ابزار داغ می باشد. در این میان تلاش خواهد شد تأثیر نوع طرح پخ و یا عملیات حرارتی تكمیلی برروی استحكام جوش حاصله نمایان گردد.

 

 

 

 

فصل دوم : مروری بر منابع

1-2- جوشكاری و اتصال حرارتی پلاستیكها

قطعات پلاستیكی را می توان به طرق مختف بررویهم سوار كرد. بطور كلی این روشها در 3 گروه طبقه بندی می شوند كه عبارتنداز:

1-   چسباندن پلاستیك‌ها برروی هم.

2-   سوار كردن قطعات پلاستیكی به طریقه مكانیكی.

3-   جوشكاری و اتصال حرارتی پلاستیكها

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

2-2- ایجاد اتصال از طریق چسباندن

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

3-2- چسبندگی امتزاجی

در اتصالات چسبندگی امتزاجی مولكولهای بین قطعات با یكدیگر آمیخته می شوند. سطوحی از قطعات كه به یكدیگر متصل می شوند باید قبلاً بوسیله حرارت یا حلال، نرم یا روان شوند چسبندگی امتزجی نوع چسبندگی شیمیایی است كه قطعات را كنار هم نگه می دارد. پیوند با ملات حل كننده، پیوند چرخشی، پیوند جوشكاری با گاز داغ، پیوند با كمك ابزار داغ، پیوند ضربه‌ای ، پیوند دی الكتریك، پیوند ماورای صوت، و پیوند الكترو مغناطیسی روشهایی از چسبندگی امتزاجی می باشند [1] .

4-2- پیوند ملاتی

ملاتهای حل كننده و ملاتهای چسبناك دو نوع ملاتی هستند كه كاربرد رایجی دارند . ملاتهای حل كننده حلالها یا مخلوطهایی از حلالها هستند كه مواد را حل نموده و سپس با تبخیر حلال، مواد در یكدیگر روان شده و می‌امیزند. ملاتهای غلیظ كه گاهی ملاتهای لایه‌ای یا مخلوطهای حلالی نیز خوانده می شوند. متشكل از حلالها و مقایدر كمی از پلاستیكهایی هستند كه باید به یكدیگرمتصل شوند. این ملات ماده ویسكوزی است كه پس از خشك شدن لایه نازكی از پلاستیكهای مادر را در محل اتصال باقی می گذارد.

ایجاد پیوند با ملات حل كننده فقط برای بعضی پلاستیكهای گرمانرم امكانپذیر است و برای پلاستیكهای گرما سخت چنین پیوندی امكانپذیر 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 كلراید است با نقطه جوش 104 درجه فار نهایت . (40 درجه سانتیگراد). ملاتهای حل كننده با روشهای متعددی برای اتصال پلاستیكها بكار می روند. صرفنظر از روش بكار رفته تمام اتصالات باید تمیز و صاف باشند. بسیار از صنعتگران اتصال جناقی شكل 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 كنار هم با فشار جزئی قرار می گیرند تا حلال تبخیر گردد. اگر فشار بیش از حد بكار برده شود ممكن است بخشهای نرم خارج از نقطه اتصال فشرده شده و اتصال ضعیفی ایجاد شود.سطوح بزرگ ممكن است در ملاتها روی آنها اسپری گردد . با نفوذ حلال به داخل درز یا ترك محل شكستگی نیز می توان اتصال امتزاجی ایجاد نمود. قلموی كوچك نقاشی یا سرنگهای زیرجلدی ابزارهای دستی تزریق ملات می باشند.

5-2- اتصالات مكانیكی

قطعات پلاستیكی را می توان با استفاده از اتصالات مكانیكی ماند پیج، پرچ، بست، مهره، مفصل، چفت فنری و غیره نیز برروی هم سوار كرد. مزیت اصلی استفاده از اتصالات مكانیكی برای سوار كردن قطعات پلاستیكی اولاً امكان اتصال قطعات غیر همجنس برروی هم و ثانیا امكان اتصال قطعات ساخته شده از پلاستیكهای ترموست علاوه بر ترموپلاستیك ها می باشد. بست های مكانیكی متعددی برای استفاده در پلاستیكها وجود دارد . پیچهای خودكار زمانی بكار می روند كه بست غالباً‌ نباید باز شود ولی زمانی كه نیاز به باز كردن مرتب اتصال باشد مهره فلزی در پلاستیك ممكن است در قالب قرار گرفته یا پس از قالب گیری نصب شوند. پیچها و پرچهای پلاستیكی یا فلزی برای مونتاژ دائمی بكار می‌روند و پیچهای ماشینی ، مهره ها و پیچهای استاندارد كه از پلاستیك یا فلز ساخته شده‌اند در روشهای معمول مونتاژ بكار می روند [1] .

اتصال حرارتی اولین روش برای سوار كردن ورقها و لوله‌های پلاستیكی بخصوص انواع ترموپلاستیكی ان می باشد. در این روش كه بیشتر برای اتصال ورقها و لوله های پلاستیكی مورد استفاده قرار می گیرد. از اعمال همزمان فشار و حرارت به موضع اتصال استفاده می شود. ساده ترین روش برای اینكار شامل لوله های فلزیی است كه المنت‌های حرارتی برق در داخل آنها جای گرفته باشد. وسیله دیگری كه در این زمینه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد شامل المانهای اتصال حرارتی الكترونیكی و با فركانس بالا است.

روش دیگری از اتصال حرارتی كه برای سوار كردن پلی اتیلن‌ها به كار می رود شامل اكستروژن یك رشته داغ از حسب مابین سطوح مورد اتصال می باشد كه با اعمال فشار دنبال می شود. ساده ترین روش برای متصل كردن ورق‌ها یا قطعات پلاستیكی با استفاده از حرارت است. تعیین نوع سیستم اتصال با در نظر گیری فاكتورهای زیر انجام می‌گیرد:

(a ماهیت ماده‌ای كه قرار است رویهم متصل شود.

(b شكل محصول

(c ملزومات مورد نیاز

(d چگونگی كیفیت محصول

در حالیكه تجهیزات الكترونیكی پیشرفته‌ای برای اتصال حرارتی پلاستیك ها طراحی شده است، می توان از اتصال دهنده‌های دستی ساده آهنی برای متصل كردن ورقهای نازك پلاستیكی به ضخامت (1-5/0) میلی متر برای برخی كاربردهای ویژه نیز استفاده كرد.

لازم به ذكر است كه جوشكاری پلاستیك‌ها از بسیاری جنبه‌ها مشابه با جوشكاری فلزات است به استثنای برخی موارد كه ذكر خواهد شد. اما اتصال حرارتی پلاستیكها روشهایی را در بر می گیرد كه در آن با استفاده از اعمال حرارت و فشار می توان دو جزء مورد نظر را به یكدیگر متصل نمود.

6-2- انواع جوشها و فرآیندهای مختلف جوشكاری پلاستیك

در جوشكاری ترموپلاستیك‌ها نوع جوش بكار رفته مشابه انواع آن در جوشكاری فلزات است. همان روشهای آماده سازی لبه های اتصال شام پخ زنی، انطباق و جفت كردن ، تعیین و تنظیم ریشه جوش و غیره كه در جوشكاری فلزات بكار می‌رفت برای جوشكاری پلاستیكها نیز لازم هستند.در صورتیكه نیاز به جوش با كیفیت خوب داشته باشیم، اهمیت پخ زنی لبه‌های جوش بیشتر خواهد بود. حتی می توان گفت كه اهمیت پخ زنی در جوشكاری پلاستیكها بیش از جوشكاری فلزات است، از آنجا كه خواص فیزیكی ترموپلاستیك‌ها و فلزات با یكدیگر متفاوتند، اختلافات قابل توجهی در روشهای مورد استفاده در جوشكاری ایندو به چشم می خورد. در جوشكاری فلزات فلز سیم جوش و فلز زمینه با یكدیگر تركیب شده و درز جوش را پر می كنند و در جوشكاری ترموپلاستیكها ذوب شدن و جریان یافتن مذاب به داخل درز جوش عملی نشده بلكه سیم جوش یا پلاستیك جوش نرم شده و با اعمال فشار كمی كه توسط وسیله جوشكاری به آن وارد می شود این دو عامل با یكدیگر پیوند دائمی و ثابتی بوجود می‌آورند. برخی از مواد ترموپلاستیكی در حین جوشكاری تولید گازها و بخارات سمی می‌كنند لذا پیشگیری ها و موارد احتیاطی كه توسط سازندگان اینگونه مواد خاطرنشان می‌شوند باید همواره مورد توجه قرار گیرند. برای پیشگیری از هرگونه خطا و اشتباه مخاطره آمیز و استشاق گازهای سمی باید عملیات جوشكاری را در محیط های روباز یا كارگاههای مجهز به تهویه‌های بسیار خوب انجام داد.

 

---

جهت دریافت فایل تاریخچه پلاستیك‌ها لطفا آن را خریداری نمایید