نانو کامپوزیت های پلیمری روشی نوین برای اتصالات در جوشکاری

نانو کامپوزیت های پلیمری در سالهای اخیر ، یکی از پیشرفتهای حاصل در صنایع پلاستیک و کامپوزیت ، توسعه و کالاهایی نانوکامپوزیت های پایه پلیمری بوده است. نانوکامپوزیت ها به دلیل خاصیت مکانیکی ، الکتریکی و حرارتی بهتری نسبت به پلیمرهای معمولی ، فلزات و سرامیکها مورد استقبال بسیاری از صنایع از جمله تولید کنندگان خودرو ، کشتی و هوافضا قرار گرفته اند. جوشکاری نانوکامپوزیت های پلیمری و بهینه سازی خواص مکانیکی ، حرارتی و الکتریکی آنها توسط بسیاری از محققان مورد بررسی قرار گرفته است. برای دستیابی به فرآیند جوشکاری موفقیت آمیز ، به منظور افزایش کاربرد آنها در صنعت، تحقیق در مورد جوشکاری آنها ضروری است.

 در این مقاله روشهای مورد استفاده برای پیوند و پیوستن به پلیمرها و نانوکامپوزیتهای پلیمری مورد بررسی قرار گرفته است.

کاربرد های اتصالات

اکثر محصولات روزمره حاوی مفصلی از اتصالات هستند ، حتی موارد کوچک مانند تلفن های همراه دارای بیش از 100 اتصالات هستند. پلیمرها و کامپوزیت ها را می توان با جوشکاری ، اتصال چسب و اتصال مکانیکی به یکدیگر وصل کرد. با افزایش ساختارهای کامپوزیت پیشرفته بزرگتر و پیچیده تر ، نیاز به بهبود روشهای اتصال و مونتاژ وجود دارد.

روشهای مختلفی برای اتصال این نانو کامپوزیت های پلیمری وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد.

• مکانیکی
• جوشکاری
• اتصال گرمایی

روشهای فعلی پیوستن به مواد کامپوزیت برای برنامه های جوشکاری در هوافضا ، یعنی اتصال و بست مکانیکی ، برخی از محدودیت های طراحی و ساخت را ارائه می دهد.  روش اتصال مکانیکی به دلیل غلظت استرس ، اثرات حفاری بر تمامیت سازه و لایه لایه سازی موضعی ، نمی تواند به طور مؤثر بر روی سازه های کامپوزیت اعمال شود. خواص اتصال ضعیف بین چسب ها و پلیمرها باعث می شود که روش های اتصال چسب برای اکثر کاربردهای ساختاری مطلوب تر باشد. مزیت اصلی استفاده از این نوع اتصال آن است که میتوان مواد غیرهم جنس را به یکدیگر متصل کرد.

چگونگی اتصال

 این واقعیت که مواد ترموپلاستیک قابل جابجایی هستند ، امکان جوشکاری (یا اتصال فیوژن) قطعات کامپوزیت گرمانرم را به عنوان جایگزینی برای اتصال و مونتاژ فراهم می کند. اتصال مکانیکی در اصل  از آماده سازی سطح ، گرم کردن پلیمر در رابط جوش به حالت چسبناک ، از نظر جسمی باعث ایجاد زنجیره های پلیمری در میان رابط و خنک کننده پلیمر برای ادغام می شود.

اتصال زنجیر های پلیمری چگونه است؟

زنجیره های پلیمری در طی فرایند جوشکاری در سراسر رابط در هم تنیده شده اند ، در نتیجه ناپدید شدن سطح باند شده و بهبود توانایی انتقال بار از طریق منطقه جوش داده شده است. کیفیت قطعات جوش داده شده معمولاً با قطعات اجزای اتوکلاو تلفیقی یا قالب های فشرده سازی مقایسه می شود. در نتیجه ناپدید شدن سطح باند شده و بهبود قابلیت انتقال بار از طریق منطقه جوش داده شده. کیفیت قطعات جوش داده شده معمولاً با قطعات اجزای اتوکلاو تلفیقی یا قالب های فشرده سازی مقایسه می شود. در نتیجه ناپدید شدن سطح باند شده و بهبود قابلیت انتقال بار از طریق منطقه جوش داده شده است.روش انجام این کار شبیه به جوشکاری فلزات است اما استحکام آن بستگی به پایه مواد نانو کامپوزیت های پلیمری دارد. در این روش نانو کامپوزیت هایی که تمایل دارند تبخیر شوند، به خوبی جوش نمیخورند و جوش سالمی به دست نمی آید.

در روش اتصال گرمایی پلیمر و نانو کامپوزیت های پلیمری از طریق فشار و گرما به یکدیگر متصل می شوند.

انواع جوشکاری بسیاری نیز وجود دارد که برای اتصال این نانو کامپوزیت های پلیمری مورد استفاده قرار میگیرد. مانند روشهای:

1. جوشکاری صفحه (پلیت) داغ

در این نوع  قسمت هایی که جوشکاری می شوند در لامپ ها نگهداری می شوند ، که آنها را در مقابل هر دو طرف یک پلاتین گرم شده فشار می دهد. پس از اینکه قطعات به اندازه کافی ذوب شدند ، پلاکت برداشته می شود. سپس اجزاء را با هم فشار داده و نگه می دارند تا خنک شوند.

2. جوشکاری با فرکانس بالا یا فراصوتی

این روش از انواع جوشکاری به عنوان جوشکاری با رادیو فرکانس (RF) یا جوش دی الکتریک نیز شناخته می شود ، روشی برای اتصال صفحات نازک مواد ترموپلاستیک قطبی به یکدیگر است.

این ماده از انرژی الکترومغناطیسی با فرکانس بالا (13 تا 100 مگاهرتز) برای همجوشی مواد استفاده می کند. یک میدان الکتریکی متناوب با سرعت متناوب بین دو میله جوشکاری تنظیم شده است. میدان الکتریکی باعث می شود که مولکول های قطبی که در بعضی از گرمانرم ها وجود دارد نوسان داشته و خود را با توجه به زمینه راهنمایی کنند.انرژی حاصل از  فرآیند جوشکاری باعث افزایش دما و در نتیجه ذوب مواد می شود. همراه با فشار اعمال شده توسط بستن میله های جوشکاری ، این باعث می شود که جوش ایجاد شود.

3. جوشکاری لیزر

جوشکاری لیزر یکی دیگر از انواع جوشکاری بوده که در دهه 1970 با جوش لیزری کربن دی اکسید ابداع شد. در شکل جوش لیزری وجود دارد که برای اتصال نانو کامپوزیت های پلیمری از روش زیر استفاده میشود. لیزر با سطح برخورد کرده و باعث ذوب پلیمر ها میشود. به دلیل وجود فشار پشت قطعاتی که در ناحیه ذوب لیزر قرار گرفته اند، موجب اتصال این صفحات به یکدیگر میشود.

منابع: sciencedirect – basparesh.ippi.ac – ournals – onlinelibrary