عن المدون
- ايادبزاع الاثوري
- بسم الله الرحمن الرحيم الاسم/اياد نعمان محمد بزاع المهنة/خريج من كلية العلوم التطبيقية قسم-الكيمياءالتطبيقية جـــامــــعـــــــــــــة - تــــعـــــــــــــــــز البريدالإلكتروني/ayadbazaa2011@yahoo.com))
مدونات صديقة
دراسة تأثير الحجم الحبيبي للدقائق و درجة حرارة التشكيل على الخواص الميكانيكية للمواد المركبة ذات الأساس من البوليمر
12:41 م | 
مرسلة بواسطة
ايادبزاع الاثوري
دراسة تأثير الحجم الحبيبي
للدقائق و درجة حرارة التشكيل على الخواص الميكانيكية للمواد المركبة ذات الأساس من
البوليمر
.jpg)
الخلاصة
تم في هذا البحث دراسة تاثير اضافة مسحوق من الالمنيوم
النق ي و باحجام الى مادة النوفلاك
, و الذي (mm ٢-١, ٢٥٠μm ,١٠٦μm) حبيبية مختلفة انجز بواسطة الكبس على الحار للارضية و المادة المقوية
بعد ان تم تحضير الارضية من مادة
النوفلاك ( ٨٥ % من مادة الفينول فورمالديهايد و ١٥ % من مادة الهيكسامثيلين تترا امين كمصلد و بوجود ع امل
مساعد حامضي ),ثم غربلة المسحوق الناتج الى الحجم الحبيبي المطلوب . استعمل ضغط كبس
١٥
ميكا باسكال و زمن تشكيل ٣٠ دقيقة و بدرجات حرارة
تشكيل مختلف هي ٧٥ و ١٠٠ و ١٢٥ و
١٥٠ و ٢٠٠ درجة مئوية لدراسة تاثيرها على خواص الارضية و المادة المركبة . اظهرت النتائج ان اض
افة الدقائق الى الارضية تحسن و بشكل كبير
الخواص الميكانيكية , حيث تم اختبار الانحناء و الصلادة حيث لوحظ زيادتهما و بشكل طردي مع زيادة الحجم الحبيبي
للدقائق المضافة , حيث عملت الاخيرة
كنويات تزيد من عملية التشابك للارضية . تبين من خلال
الاختبارات ان انسب درج ة حرارة تشكيل هي ١٥٠ درجة
مئوية حيث اعطت افضل الخواص.
المقدمة:
ان التطور الصناعي والتكنولوجي يعتمد بشكل كبير
علىالتقدم في حقل المواد و نتيجة لهذا التطور الصناعي الكبير الذي شهده العالم في
كافة المجالات ظهرت الحاجة لايجاد البدائل للمواد ذات الاستخدمات الصناعية المتعدد
بحيث تكون تلك البدائل ذات مواصفات ونوعية عالية من حيث الكلفة وخفة الوزن والخواص
بصورة عامة وذلك لاستخدامها في لتطبيقات
الصناعية المتعددة كالطائرات والرادارات والسفن والسيارات وغيرها ولذلك تم انتاج
ما يعرف بالمواد المتراكبة ويمكن تعريف هذه المواد (او بأنها المواد الناتجة
عن دمج مادتين او اكثر مختلفتين لاعطاء موزع
من الخواص لا يمكن الحصول عليها من المواد
الأصلي وتعد المواد البوليمرية من اهم من مجاميع المواد لهندسية التي يزداد استعمالها مقارنة مع المواد
الهندسية الاخرى ويمكن اعتبارها مجموعة من المواد الهندسية التي تمتاز بتراكيب
جزيئية كبيرة و ناتجة من عملية البناء بالربط للجزيئات الصغيرة. وتقسم الى نوعين
تبعا للتطبيق المطلوب اما مواد طبيعية او مواد مصنعة بطرائق التصنيع المختلفة. و
تمتاز المواد البوليمرية المصنعة بكثافة واطئة وسهولة في التصنيع ومقاومة عالية
للتأكل الكيمياوي وكلفة واطئة ولكنها تمتاز بخواص ميكانيكية واطئة عند درجات
الحرارة الواطئة و ايضا عند الدرجات
الحرارة العالية وتعد المواد المتراكبة
ذات الاساس البوليمري من المواد الحديثة الاستخدام في معظم التطبيقات الهندسية
والتكنولوجية، ومن اهم متطلبات استخدام هذه المواد المتانة الجيدة والاداء العالي
ومقاومتها للاجهادات الداخلية والخارجية المؤثرة عليها اضافة الى مقاومتها للظروف
المحيطة من درجة حرارة وضغط وغيرها . ان
من اهم المواصفات المطلوبة لهذه المواد هي ان تكون قوية جداً وذات جساءة عالية
وتكون هذه النسبة للمواد المركبة ذات الاساس البوليمري واطئة وتعبر عنها بنسبة
(المتانة الى الوزن) وهي اعلى بعشرات المرات من الفولاذ والالمنيوم، اضافة الى
امتلاك هذه المواد مقاومة كلال افضل من المعادن الهندسية التقليدية . وكذلك جساءة
و متانة عاليتين ولذلك فمع المواد المتراكبة يمكن ايجاد مجموعة من الخواص تحتاج
اليها التطبيقات الهندسية والتي لا يمكن توفرها بصورة عالية من المواد السيراميكية
او السبائكية . اوالبوليمرية وبالرغم من
ميزات الموا د المتراكبة الاانها تمتلك ايضاً بعض السلبيات مثل اختلاف الخواص
للمادة المتراكبة الواحدة بسبب الاعتماد على اتجاه المقوية، وكذلك فان العديد من
المتراكبة ذات الااس من البوليمر تكون عرضة للهجوم للحوامض والاملاح… الخ وكذلك
كلفة طرق التصنيع العالية التي تحد من استخدام. هذه المواد تعد بوليمرات الفينول
فورمالديهايد من أهم البوليمرات المتصلبة حرارياً والتي تحضر من والذي [C6H5OH] [Phenol] الفينول (42.3C°) ينصهر عند درجة حرارة
(182C°) ويغلى عند
درجة حرارة ونتيجة للأكسدة بفعل الأوكسجين الجوي فان الفينول يكون اولاً بلون وردي
ثم لون بني وهذه المادة مهمة
جداً في الاستخدام الهندسي حيث حرارة التشكيل
على الخواص الميكانيكية للمواد المركبة ذات الأساس من البوليمر تستخدم كوسيط في
تحضير اللدائن والاصباغ وغيرها. اما الفورمالديهايد ومن خلط المادتين بنسب معينة وباستعمال حرارة وضغط
لاتمام عملية البلمرة (بلمرة التكثيف)يمكن إنتاج مادة الفينول فورمالديهايد
(النوفلاك) تعتبر هذه المادة مكون فعال من مكونات القولبة وتستخدم في التشكيل ربط الصفائج
والخشب الرقائقي والتطبيقات الاخرى التي تتطلب جساءة واستقرارية ومقاومة للحرارة والمحاليل
الفعالة. وعلى الرغم من ان خواص الايبوكسي كمادة رابطة افضل من الفينوليك والتي
تجعل من الايبوكسي اكثر استخداماً لتطبيقات الربط ولكن الخواص الخاصة الحرجة
للفينوليك التي اهمها مقاومته العالية للتفحم جعلت منه عند تقويته من اهم المواد
الهندسية المقاومة للاجهاد والمقاومة للاحتراق. ان الخواص الكيمياوية للتركيب
المتفحم تعطي للفينول خصائص مناسبة لعدة تطبيقات مثل صناعة منفث . الصواريخ وقد اهتم العديد من الباحثيين واجريت عدد من
البحوث في انتاج المواد المتراكبة ذات الاساس في النوفلاك ، فقد درس منهم اسلوب تقوية
النوفلاك بالياف الزجاج وتأثيره ، على الخواص الميكانيكية ودرسالاخر اسلوب تقويته بالدقائق وما له من
ميزات ورفع للخواص الميكانيكية والفيزياوية ويهتم البحث الحالي بامكانية تقوية هذا
النوع من المواد بدقائق معدنية وتأثير اختلاف الحجم الحبيبي لهذه الدقائق على
الخواص مع دراسة تأثير درجة حرارة التشكيل. الجزء العملي: يتضمن هذا الجزء المحاور
العملية للبحث ويشتمل على جزئين رئيسين يمثل الجزء الاول تعريف المواد الاولية
المستخدمة في تحضير المادة المتراكبة واهم خواصها وميزاتها. ويتعلق الجزء الثاني بتوضيح
لمراحل تصنيع النماذج والاختبارات التي اجريت عليها. فقدتم استخدام بوليمر الفينول
فورمالديهايد كمثال على الموا د البوليمرية المصلدة بالحرارة. وبالمقارنة مع انواع
المواد المصلدة بالحرارة الاخرى فان
بوليمر الفينول يكون قليل الكلفة. ةتتضمن طريقة الانتاج تفاعل تكثيف بين خليط من الفينول
والالديهايد مثل فورمالديهايد بوجود عامل مساعد. ولان الفورمالديهايد ثنائي الدالة
(يكون الربط بشكل ربط ثنائي التفاعل) والفينول ثلاثي الدالة (ويكون الربط بشكل ربط
ثلاثي التفاعل) يكون اعمال التفاعل بالنسبة ٣:٢ لاكمال الربط التقاطعي,لذلك فان
الوحدة لهذا (Monomers)
الاساسية للبناء وبأعتماد نوع ،(C6H5OH)
البوليمر العامل المساعد المستخدم في عملية التكثيف للفينول مع الفورمالديهايد فيكون
النوفلاك (عامل مساعد حامضي) او رسيول (عامل مساعد قاعدي) وكذلك اعتماداً على كمية
كل من الفينول والفورمالديهايد ففي انتاج النوفلاك تستخدم نسبة فورمالديهايد الى
فينول اقل من ٠,٩ والنسبة الاكبر تعطي الرسيول دائماً. ومن امثلة العوامل المساعدة
الحامضية المستخدمة هو هيكلسا مثيلين تترامين اما .(hexa) او يدعى تجارياً هيكسا من
امثلة القواعد المستخدمة لانتاج الريسول هو هيدروكسيد الصويوم وهيدروكسيد الباريوم
وهيدروكسيد الكالسيوم والخاصية المهمة التي
دراسة
تأثير الحجم الحبيبي للدقائق و درجة ، مجلة حرارة التشكيل على
الخواص الميكانيكية للمواد المركبة ذات الأساس من
البوليمر يتميز بها النوفلاك عن الرسيول
كون الاول عبارة عن مادة يشكل مسحوق صلب اما الثاني فهو عبارة عن سائل و كارضية
استخدمت مادة النوفلاك بعد تحضيرها وبنسب ٨٥ % من مادة الفينول فورمالديهايد و ١٥
% من مادة الهيكسامثلين كمصلد ,بعدها يتم خلط المسحوقين (البوليمر و المصلد ) بشكل
جيد الى ان يتم التاكد من تجانس المزج , يوضع الخليط في فرن بدرجة حرارة ١٥٠ م
ليتم عملية تفاعل التكثيف اللازمة لانتاج ربط تقاطعي قليل و الخروج النواتج
الثانوية في عملية البلمرة , يكون الناتج بشكل كتل صلبة تؤخذ لطحنها الى مسحوق
ناعم وغربلة الاخير باستخدم جهاز المناخل الهزازة للحصول على حجم حبيبي يقدر باقل
من ( ٧٥ يكرون)
وتكرر هذه العملية للحصول على الكمية المطلوبة
لانتاج النماذج. و لغرض التقويةاستخدم مسحوق الالمنيوم النقي بتفاوة
٩٩,٩ % وتم تحليل الحجم الحبيبي له باستخدام
جهاز المناخل الهزازة وتم فصل ثلاثة حجوم حبيبية هي ( 1 لغرض - 2mm, 250mm, 106
mm) استخدامها في
عملية التقوية. تم اضافة بعض الموادلغرض تحسين نوعية الانتاج و التغلب على مشكلة
الالتصاقية التي تصاحب عملية تصنيع النوفلاك , حيث ان من المعروف عن هذه المادة
صعوبة
اخراجها من القالب نتيجة تغلغل المادة من
الجوانب و الحافات و ان عملها اصلا هو مادة لاصقة , و لتسهيل انزلاق النموذج و
خروجه من القالب فقد تم اضافة ٣% من مادة سترات الرصاص. بعد هذه المرحلة قد تم
تهيئة كل المواد اللازمة لتصنيع المادة المتراكبة , اما المرحلة المهمة جدا و هي
مرحلة الخلط حيث يتم خلط المادة الاساس الناتجة مع الاحجام الحبيبية المختلفة
لمسحوق الالمنيوم % المستخدم وبنسبة خلط بلغت ٢٥ من المادة المقوية مع نسبة قليلة
من
الاضافات كما تم توضيحة سابقاً. تم أجراء هذه
العملية بتقنية تكنولوجيا المساحيق والتي تضمنت اجراء عملية المزج الجاف للمساحيق
الى ان تم الحصول على مزيج مناسب لتصبح المساحيق جاهزة للمراحل الاخرى
وقد تم تصنيع المواد المتراكبة بأستخدام مكبس
على الحارنصف هايدروليكية فقد تم في البداية ولتحديد متغييرات عملية التصنيع انتاج
نماذج اولية، ومن خلال قراءات الصلادة 15Mpa
تبين انه انسب ضغط هو كافيا لانتاج مادة بدون
يوب. وتم اعتمادها لانتاج النماذج النهائية ومن خلال استخدام جهاز كبس
هايدروليكي كهربائي على الحار وقالب ذي شكل متوازي مستطيلات 130 , حيث يتم في *20mm بابعاد البداية تحديد وزن
الكمية المناسبة لكل نموذج و يملئ بها القالب ثم يتم كبس المادة الى الضغط المطلوب
بعد ان تم رفع درجة حرارة القالب و المادة الى الدرجة الحرارية المطلوبة دراسة تأثير الحجم الحبيبي للدقائق و درجة ،
مجلة الهندسة والتكنولوجيا،المجلد ٢٥ ، العدد ٥ حرارة التشكيل على الخواص
الميكانيكية للمواد المركبة ذات الأساس من البوليمر واخيرا و بعد مرور الزمن
اللازم لاتمام عملية التشابك و التصليد و المقدر بحوالي ٣٠ دقيقة يتم اخراج
النموذج من القالب. مناقشة النتائج: يتناول هذا الجزء اهم النتائج التي تم الحصول
عليها في الاختبارات التي تم اجراءها على النماذج للمادة المتراكبة. وبعد ان درست
عدة ضغوط كبس بتثبيت باقي المتغيرات (درجة حرارة زمن) اتضح ان افضل ضغط كبس هو 15
حيث عند هذا الضغط لم MPa
تلاحظ اي شقوق على سطح العينة,فمن الملاحظ عند تشكيل هذهالمادة بضغط اقل من اللازم
يتمالحصول على المادة المشكلة بشكل
عدة طبقات منفصلة كذلك عدم حصول حالة الانفصال
على شكل طبقات التي تكون واضحة عند استخدام ضغوط كبس عالية. و استعمل زمن تشكيلي
مناسب هو ٣٠ دقيقة. ان اليات زيادة المتانة في المواد المتراكبة المقواة بالدقائق
على الاغلب هي في زيادة مساحة سطح الكسر الناتجة من المسار غير المنتظم للشق نتيجة
اعاقة الدقائق وبالتالي الحاجة الى طاقة اعلى لنمو الشق، او من خلال التشوة اللدن
للارضية حول الدقائق الناتج من كون الدقائق اصلد من المادة الاساس، ينتج عن ذلك
خضوع موضعي في منطقة الدقائق واعاقة لنمو الشق وتثليم المقدمة لان صلادة المادة
الاساس اقل من الدقائق.وان الالية الاكثر وضوحاً و تفسيرا لاسلوب تقوية المواد
المتراكبة بواسطة هذا النوع هو في تثبيت مقدمة راس الشق عن طريق الطور المقوي وفي
هذا البحث عملت الدقائق المقوية كنويات تزيد منعملية التشابك للمادة الاساس
مقاومة الكسر للمادة المتراكبة اعلى من النوفلاك
لوحدة ولسسبب الذي ذكر اعلاه. ايضاً فان، مقاومة الكسر تزداد دائماً مع زيادة
الحجم للدقائق. ولتفسير ذلك فأن العينة في هذا الاختبار تتعرض الى معدل اجهاد بطيء
يسمح بتفاعل الشقوق مع الدقائق وتكون القوى المؤثرة فيه هي شد وضغط دائماً اسلوب
حدوث الفشل في اختبار الانحناء هو في حدوث شقوق بالمادة الاساس ومع زيادة التعرض
للاجهاد تنمو هذه الشقوق ويحصل الفشل اعتماداً على قوة الارضية وعلى قوةالترابط
البيني بالحد الفاصل ما بين الارضية والمادة المقوية (دقائق الالمنيوم) فكلما
زادات قوة الربط زادت المقاومة وبالتالي فأن زيادة الحجم الحبيبي تعطي مساحة اكبر
للوسط اي قوة سطح بيني اكبر والناتج زيادة بمقاومة الكسر
قيم الصلادة تزداد ايضاُ مع تقوية التوثلاك
بدقائق الألمنيوم. آخذت قيم (Shore-A)
الصلادة باستخدام جهاز حيث تبين انه الطريق الأفضل للتعامل مع مثل هذه المواد لكون
هذه المادة سهلة التصدع ان قيم الصلادة قد
تحسنت بعد ) تقوية التوفلاك ودقائق الألمنيوم وابدت النماذج التي احتوت على حجم حبيبي
كبير اعلى قيم للصلادة وذلك بسبب قوة التماسك عند الحد الفاصل بين الأرضية والمادة
المقوية مما يزيد بالخواص الميكانيكية. ثم تم استخدام فحص الصدمة نوع
لدراسة
سلوك (Charpy Impact ) المادة الاساس و المركبة تحت تاثير حرارة التشكيل على الخواص الميكانيكية للمواد
المركبة ذات الأساس من البوليمر الاجهادات السريعة و المفاجئة . حيث حصلت زيادة في مقاومة الصدمة لراتنج
النوفلاك بعد تقويته , و ان الفشل في هذا النوع من الاجهادات يحصل نتيجة تحطيم
الروابط و بدء تكون الشقوق ثم نموها و التي يكون تولدها و نموها
بشكل سريع و بمعدل كبير باتجاه السطوح البينية
الفاصلة بين السلاسل البوليميرية . ان زيادة مقاومة الصدمة للمادة المركبة المقواة
بالدقائق يعني ان الطاقة اللا زمة لكسر البوليمر تزداد و ذلك نتيجة تخزين طاقة
الانفعال المرن اذ تعمل
الدقائق المقوية على توزيع الاجهاد و على مناطق
متعددة و تقلل من احتمالية تركيز الاجهاد. كذلك تبين 150C° ان انسب درجة حرارة هي كافية
لإتمام عملية التفاعل فينول مع الفورمالدئهايد والحصول على الربط التقاطعي و زيادة
الربط التشابكي للارضية،و قد ادى استعمال الدرجات الحرارية الاقل الى عدم اكتمال
التفاعل و بالتالي ارضية ضعفية و
الناتج هو ضعف بالخواص , اما استعمال درجات
حرارية اعلى من 150 فقد ادى الى حصول تحلل C°
حراري بدأ من منطقة التماس بين القالب والنموذج
وقد اكدت النتائج من خلال فحوصات الصلادة و
الانحناء. الاستنتاجات:
١. تعمل
الدقائق المضافة كنويات تزيد من عملية التشابك و بالتالي زيادة الخواص الميكانيكية
للارضية.
٢. عند تقوية مادة النوفلاك بمسحوق الالمنيوم
فان مقاومة الكسر تزداد مع زيادة الحجم الحبيبي.
٣. تزداد الصلادة للمادة المركبة مع زيادة الحجم
الحبيبي للدقائق.
٤. تزداد مقاومة الصدمة للمادة المركبة مع زيادة
الحجم الحبيبي للدقائق و مع ارتفاع درجة حرارة التشكيل.
٥. ان افضل درجة حرارة تشكيل هي ١٥٠ درجة مئوية
حيث اعطت افضل النتائج.
التسميات:
كيمياء
الاشتراك في:
تعليقات الرسالة (Atom)
0 التعليقات:
إرسال تعليق