دکتر سعید تقوایی گنجه‌علی

مرتبه علمی: استاد شیمی آلی

شماره تماس: ۰۲۱۴۴۷۸۴۹۱۰

شماره فکس: ۰۲۱۴۴۷۸۴۹۱۳

آدرس پست الکترونیک: [email protected]

  • لیسانس شیمی از دانشگاه تهران در سال ۱۳۷۲
  • فوق لیسانس شیمی آلی از دانشگاه تهران در سال ۱۳۷۴
  • دکترای شیمی علوم پلیمر از دانشگاه تهران در سال ۱۳۷۸
  • فوق دکترای سنتز ماکروسیکلها از دانشگاه گیسن آلمان خرداد ۱۳۷۹
  • عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد واحد تهران شمال از دی ۱۳۸۰ تاکنون
  • مشاور مدیر عامل در تحقیق و توسعه لاستیک پارس از تیر ۱۳۷۹ تا مهر ۱۳۸۳
  • موسس اولین مرکز آکریدیته و آزمون تایر ایران در سال ۱۳۸۵
  • موسس مرکز تحقیقات صنایع لاستیک ایران در سال ۱۳۸۸
  • مدیرعامل شرکت مهندسی و تحقیقات صنایع لاستیک از مهر ۱۳۸۳ تا مهر ۱۳۹۲
  • مشاور مدیرعامل گروه صنعتی بارز از آذر ۱۳۹۲ تا مرداد ۱۳۹۴
  • عضو کمیته اجرایی و قوانین و استانداردهای انجمن صنعت تایر از ۱۳۸۳ تا ۱۳۹۳
  • عضو هیئت مدیره شرکت مهندسی و تحقیقات لاستیک از مرداد ۱۳۹۳ تا شهریور ۱۳۹۵
  • عضو هیئت رئیسه انجمن مراکز تحقیق و توسعه کشور از سال ۱۳۸۵ تا ۱۳۹۲
  • مدیرعامل و عضو هیئت مدیره شرکت ایران یاسا از مرداد ۱۳۹۴ تا شهریور ۱۳۹۵
  • مدیرعامل شرکت مهندسی و تحقیقات صنایع لاستیک ایران از اردیبهشت ۱۳۹۶ تاکنون
  • مولف سند چشم‌انداز توسعه صنعت تایر ایران در افق ۱۴۰۴ شمسی
  • تالیف ۵ عنوان کتاب تخصصی در زمینه شیمی پلیمر و لاستیک‌ها و تایر
  • چاپ بالغ بر ۷۰ مقاله علمی در نشریات بین‌المللی
  • ارائه بالغ بر ۱۰۰ سخنرانی علمی تخصصی در سمینارهای ملی و بین‌المللی
  • راهنمایی ۲۰ رساله دکترا و ۸۰ رساله کارشناسی ارشد
  • سردبیر نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی از سال ۱۳۸۵ تاکنون
  • مدیر مسئول و سردبیر مجله صنعت لاستیک ایران از سال ۱۳۸۳ تا ۱۳۹۲ و عضو هیئت تحریریه این نشریه از سال ۱۳۹۲ تاکنون
  • دبیر شش دوره همایش‌های ملی لاستیک ایران از سال ۱۳۸۳ تا ۱۳۹۲
تست

تست

مقاومت سایشی (Abrasion resistance)

سایش در واقع، از بین رفتن تدریجی سطح لاستیک در تماس با یک سطح زبر است؛ کلیه­ آزمون­های اندازه گیری میزان سایش مبتنی بر حرکت نسبی میان نمونه لاستیک و یک سطح زبر تحت نیرویی ثابت و مشخص است.

روش بین ­المللی آزمون مقاومت سایشی بر اساس استانداردهای ASTM D5963، ISO 4649 و DIN 1683 تدوین شده است. در این روش آزمون، یک قطعه ­ی دیسکی شکل از نمونه ­ی مورد آزمایش در یک نگهدارنده­ ی مناسب در طول درام چرخنده پوشیده شده با ورق سنباده، حرکت می‌کند. نتایج بدست آمده از این آزمون می­تواند هم به صورت شاخص مقاومت سایشی در مقایسه با آمیزه مرجع گزارش شود و هم می­تواند به صورت افت حجم نسبی در مقایسه با ورق ساینده کالیبره شده با استاندارد مرجع ارائه شود.

مقاومت سایشی یک عامل عملکردی مهم در بسیاری از فرآورده­ های لاستیکی مانند تایر، تسمه نقاله، تسمه ­های انتقال نیرو، شیلنگ، کفی کفش و کف­پوش است. این روش آزمون جهت تخمین مقاومت سایشی نسبی انواع آمیزه­ های لاستیکی پخت شده در حوزه کنترل کیفیت و تحقیق و توسعه مناسب است.

 

اندازه گیری مانایی فشاری(Compression Set)
Serie nr 5112694 Fotograf P-O Svensson

آزمون مانایی فشاری برای اندازه­ گیری توانایی آمیزه­ های لاستیکی در حفظ خواص الاستیک پس از اعمال تنش­های فشاری طولانی و ممتد به ­کار می­رود.

استاندارد ASTM D395 – مانایی فشاری، تمایل یک نمونه لاستیکی پخت شده به فشرده شدن تحت اعمال یک نیروی ثابت (روش A)، یا اعمال یک کرنش ثابت (روش B)، تحت شرایط استانداد از پیش انتخاب شده، تعریف می­شود. این شرایط استاندارد شامل: تعیین درجه­ ی حرارت، زمان آزمایش، درصد فشردگی نمونه (روش B) و زمان بازیابی (Recovery) پس از فشردگی است. روش B متداول­ترین روشی­ست که به­ کار می­رود، در حالی که برای آزمون نمونه ­های پخت شده با سختی بالا، روش A به­ کار می­رود. لازم به ذکر است، این استاندارد برای تعیین درصد مانایی فشاری لاستیک­های ولکانیده و گرمانرم در دماهای محیط، بالا یا پایین به­ کار می­رود.

در روش کرنش ثابت، نمونه‌های (به شکل قرص) با ابعاد مشخص در تجهیز مانایی فشار به ضخامت ثابت فشرده می­شوند. برای کنترل ضخامت نمونه ­ها در هنگام فشار، فاصله‌ اندازهای فولادی با ضخامت مناسب میان صفحات فلزی تجهیز قرار داده می­شوند. در این آزمون مطابق استاندارد، معمولاً کاهش ارتفاع 25 درصد در نظر گرفته می­شود. دستگاه انجام آزمون، بلافاصله درون آون با دمای تنظیم شده قرار داده می­شود. دمای پیشنهاد شده در استاندارد، ˚C 23 یا یکی از 9 دمای بین 70 تا ˚C250 است. مدت زمان پشنهاد شده جهت انجام آزمون، 24 ساعت در دماهای بالا یا 72 ساعت در دمای ˚C 23 خواهد بود. در پایان زمان مشخص شده، نمونه­ ها از تجهیز خارج شده و جهت رسیدن به دمای محیط، به مدت 30 دقیقه در دمای ˚C 23 قرار داده می‌شوند. سپس ضخامت مجدداً اندازه­ گیری می­شود. مانایی فشاری برابر با اختلاف بین ضخامت اولیه­ ی نمونه با ضخامت ثانویه تقسیم بر میزان فشردگی اولیه است. این مقدار بر حسب درصد گزارش می­شود.

 مانایی فشاری در کرنش ثابت= (t0 - tr X 100)/( t0 – ts)

این آزمون برای سازندگان قطعات لاستیکی (اورینگ، واشر...) جهت تعیین میزان مقاومت آمیزه ­ی لاستیکی در برابر پدیده­ ی مانایی فشاری از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. بدیهی است، هرچه نمونه لاستیکی میزان مانایی فشاری کمتری داشته باشد، تحت سرویس عملکرد مطلوب­تری خواهد داشت.

مانایی فشاری

زمانی که یک قطعه لاستیکی تحت نیرو یا تنش فشاری قرار گیرد، در دراز مدت از خود مقداری تغییر ضخامت یا تغییر شکل دائمی نشان می­دهد. هدف از انجام آزمون مانایی فشاری، تعیین میزان این تغییر شکل دائمی است. نمونه­ای که برای این آزمون بکار می­رود به صورت یک قرص یا استوانه است که بین صفحات فلزی دستگاه قرار می­گیرد.

مقاومت خستگی (Fatigue)

دستگاه اندازه ­گیری خستگی برای اندازه ­گیری مقاومت نمونه­ های لاستیکی در برابر تغییرات ناشی از تنش سیکلی، تحت شرایط کنترل شده بکار می­رود. از دست دادن مقاومت و یا پاره شدن نمونه ­های لاستیکی مورد آزمایش مطابق استاندارد ISO 6943 در نتیجه گسترش ترک­ هایی است که در نمونه ایجاد می­شود.

نمونه دمبلی شکل مورد آزمایش تحت کشش اولیه قرار گرفته و با سرعت ثابت میان فک‌های دستگاه دستخوش کشش و خمش پیوسته قرار می‌گیرد تا جایی که پاره شود. تعداد سیکل طی شده بوسیله یک ثبات، ثبت می­گردد. تعداد سیکل سپری شده معیاری برای اندازه ­گیری مقاومت در برابر خستگی نمونه­ های لاستیکی خواهد بود.

طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز

FTIR-ATR

Fourier Transform Infrared Spectrometer- Attenuated Total Reflectance

طیف فروسرخ، به گستره‌ای از طول موج پس از امواج مرئی تا امواج رادیویی یعنی ۷۵۰ نانومتر تا ۱ میلی‌متر گفته می‌شود. یکی از روش‌های طیف‌سنجی بسیار مفید که به ما در شناسایی نوع پیوندهای موجود در یک ترکیب کمک می‌کند طیف‌سنجی مادون قرمز (InfraRed) یا همان IR است. طیف‌سنجی مادون قرمز، روشی برای شناسایی مولکول‌ها و بخصوص گروه‌های عاملی مولکول‌هاست. هر ماده‌ای، طیف مادون قرمز مخصوص به خود را دارد و همانند اثر انگشت، مختص همان مولکول است.

FTIR (تبدیل فوریه مادون قرمز) به­ طور گسترده ­یی در تعیین پایه پلیمری لاستیک‌ها و پلاستیک‌ها به کار می­رود.

آنالیز FTIR بر اساس جذب تابش و برانگیختگی در ترازهای انرژی ارتعاشی مولکول­ها و یون­های چند اتمی صورت می­گیرد. در طیف سنجی­های ارتعاشی، بطور معمول از امواج الکترومغناطیس نور مادون قرمز استفاده می­شود. زمانی که نور زیر قرمز از نمونه عبور می­کند، تعدادی از فرکانس­ها، جذب نمونه شده و مابقی از آن عبور می­کنند. اگر جذب یا انتقال بر حسب فرکانس یا عدد موج رسم شود، پاسخ آشکارساز به نور عبور کرده از نمونه بصورت طیف IR خواهد بود. سه منطقه در طیف سنجی زیر قرمز وجود دارد که بر اساس دامنه ­ی طول موج نوری که به نمونه تابیده می­شود دسته­ بندی می‌شوند. این سه ناحیه عبارتند از: زیر قرمز نزدیک (12500تا cm-14000)، زیر قرمز میانی (منطقه­ ی ارتعاشی چرخشی 4000 تا cm-1400) و زیر قرمز دور (۴۰۰ تا cm-110).  در تعیین پایه پلیمری لاستیک و پلاستیک، معمولاً ناحیه زیر قرمز میانی کاربرد دارد.

در طیف FTIR محور عمودی شدت عبور تابش (Transmittance) بر حسب درصد و محور افقی عدد موجی(Wavenumber) متناظر با طول موج نور مادون قرمز تابیده شده بر حسب cm-1 را نشان می­دهد.

مواردی که در تحلیل طیف FTIR می­توان به آن دست یافت این است که در طیف ­های مادون قرمز هر پیک نشان­دهنده‌­ی میزان جذب در عدد موجی متناظر با آن است و توسط یک پیوند شیمیایی مشخص ایجاد می­شود. به عبارتی هر ماده ­ای، طیف مادون قرمز منحصربفرد خود را داراست که همانند اثر انگشت مختص همان ماده خواهد بود.

کروماتوگراف گازی (GC)

کروماتوگراف گازی

دستگاه GC یا کروماتوگراف گازی یکی تجهیزات رایج آزمایشگاهی به منظور جداسازی و شناسایی مواد است. این روش اصولاً برای آنالیز موادی که در حالت بخار تجزیه نمی‌شوند مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستگاه GC در مواردی مانند تعیین میزان خلوص یک ماده و جداسازی اجزای مختلف یک ترکیب (با تعیین نسبت اجزا) کاربرد دارد.

اساس کار دستگاه کروماتوگرافی گازی

در کروماتوگرافی گازی GC  یک فاز ساکن و یک فاز متحرک وجود دارد. فاز متحرک همان گاز حامل است حاوی نمونه (آنالیت) است. نمونه آنالیت معمولاً در حالت مایع به سیستم تزریق می‌شود. پس از آن مایع به حالت بخار درآمده و با گاز حامل مخلوط شده و بعد از مخلوط شدن این فاز متحرک وارد ستون می شود. در اثر عبور فاز متحرک از ستون کروماتوگرافی بخشی از نمونه توسط فاز ساکن جذب می شود. در واقع اساس جداسازی در کروماتوگرافی گازی  همین تمایل نمونه به فاز ساکن در حین عبور از ستون می باشد. اجزای جذب شده بسته به میزان بر هم کنش با فاز ساکن در فواصل زمانی و به تدریج از آن جدا می گردد. پس از جدا شدن نمونه از فاز ساکن و خروج از ستون، شناسایی ماده و میزان آن در آنالیت توسط دتکتور GC و سیگنال های خروجی از آن تعیین می گردد.

مجهز به:

دتکتور کروماتوگراف گازی FID (Flame Ionization Detector)

کروماتوگرافی گازی با در نظر گرفتن اینکه امکان جداسازی ترکیبات بسیار پیچیده را در حداقل زمان فراهم می­کند یک تکنیک بسیار قوی به شمار می­رود. گازی که به عنوان گاز حامل در کروماتوگرافی گازی به کار می­رود در سیلندرهای گاز ذخیره می­گردد. گازی که به یک دستگاه GC وارد می­شود باید فشار و سرعت جریان (Flow) ثابتی که توسط کنترل کننده­ های فشار دائما تنظیم می­گردند، داشته باشد. نمونه­های مورد آنالیز توسط سیستم تزریق (Injector) به درون ستون وارد می­گردند. عمل جداسازی اجزا توسط ستون انجام می­گیرد و سپس این اجزا شسته شده (elute) و توسط دتکتور تشخیص داده می­شوند. خروجی دتکتور توسط یک آمپلی فایر تقویت شده و سپس به یک سیستم ثبات فرستاده می­شود. علایم خروجی از دتکتور که به صورت mV بر حسب زمان ترسیم می­شود یک کروماتوگرام (Chromatogram) نامیده می­گرد. یک کرماتوگرام شامل یکسری از پیک­هاست که با اجزای موجود در نمونه مطابقت دارند و در یک جهت روی یک خط پایه یا (Base Line) قرار می-گیرند. شناسایی پیک­ها یا آنالیز کیفی (Qualitative Analysis)، بر اساس زمان بازداری(Retention Time) یعنی زمانی که طول می­کشد تا ترکیب از محل تزریق شسته شود و در نهایت از ستون خارج شود، استوار است و آنالیز کمی بر اساس اندازه یا سطح زیر پیک  (Area) بدست می ­آید.

آنالیز وزن‌سنجی حرارتی (Thermogravimetric Analysis)

آنالیز وزن‌سنجی حرارتی یا TGA ساده ­ترین روش آنالیز حرارتی است که اساس آن بر اندازه ­گیری تغییرات جرم نمونه در حین حرارت‌دهی استوار است.

دستگاه TGA وظیفه بررسی و آنالیز حرارتی نمونه را بر عهده دارد. گستره­ی دمای کار این دستگاه تا 850 درجه­ سانتی­گراد بوده و تغییرات دمایی بنابر شرایط استاندارد یا نیاز مشتری اعمال می­شود. همچنین با استفاده از این دستگاه اندازه ­گیری درصد دوده، پرکننده­ های معدنی... در نمونه ­های لاستیکی امکان پذیر است. مقدار ماده ­ای که در دستگاه قرار می­گیرد معمولا در حد چند میلی­گرم است. دستگاه مقادیر افت وزنی نمونه را در دماهای مختلف و با توجه به نرخ حرارتی تعریف شده در حافظه خود ثبت کرده و در نهایت داده ­ها بر روی یک منحنی رسم می­شوند.

 

اصول عملکرد وزن‌سنجی حرارتی

TGA   قدیمی­ترین روش آنالیز حرارتی است. این روش کاهش وزن نمونه را به صورت پیوسته با کمک ترازوی گرمایی به عنوان تابعی از دما پایش می­کند. این دستگاه ترکیبی از یک میکرو­ترازوی الکترونیکی مناسب با یک کوره­ی دارای برنامه­ ی دمایی است.

آنالیز با باز شدن ترازوی الکتریکی، قرار دادن نمونه در بوته، توزین نمونه و اعمال جو خنثی انجام می­شود. سپس فرآیند توسط برنامه­ ی داده شده به دستگاه آغاز شده و وزن نمونه به صورت پیوسته توسط دستگاه ثبت کننده، ذخیره می­شود. منحنی کاهش وزن را می­توان به صورت میلی­گرم یا درصدی از وزن نمونه­ ی اولیه گزارش کرد. پس از خروج مواد نیمه فرار، منحنی کاهش وزن معمولا در 600 درجه سانتی­گراد یا بالاتر آغاز شده و جو دستگاه از حالت خنثی به اکسنده تغییر می­کند. آنالیز زمانی کامل می­شود که منحنی کاهش وزن متناظر با جرم نمونه باقی­مانده رسم شود.

 

درصد جرمی چهار بخش اصلی، پلیمر، مواد فرار، پرکننده ­های سیاه و پرکننده­ های غیر سیاه/ اکسیدهای معدنی، توسط منحنی TGA قابل شناسایی است. این فرآیند از دمای محیط در جو نیتروژن آغاز شده و با تغییر جو به اکسیژن در دمای بین 600 تا 650 درجه سانتی­گراد ادامه پیدا می­کند. در حالت تحت جو نیتروژن، ابتدا مواد فرار در دمای پایین مانند روغن، نرم کننده­ ها و... تبخیر شده و سپس در دماهای بالاتر پلیمر تخریب می­شود. میزان دوده را پس از تغییر جو به اکسیژن و سوزاندن نمونه در این محیط می­توان ب­دست آورد. خاکستر باقی مانده شامل اکسید روی و سایر پرکننده­ های معدنی است.

 

دستگاه TGA نصب شده در آزمایشگاه مرکز تحقیقات صنایع لاستیک توانایی اندازه ­گیری تغییرات وزنی مواد از دمای محیط تا 850 درجه سانتی­گراد، شناسایی دقیق­تر مواد پلیمری، اندازه­ گیری درصد الیاف شیشه و پرکننده­ های معدنی، تعیین میزان دوده، اندازه­ گیری دمای تخریب، تعیین میزان نرم کننده ­ها و مواد فرار و همچنین اندازه­ گیری همزمان DSC/TGA-DTG را دارد. در این روش بررسی آنتالپی و تغییرات وزنی روی یک نمونه به طور همزمان انجام می­شود. برتری اندازه ­گیری همزمان بویژه در سیستم­های کمپلکس آن است که انجام آزمون TGA و DSC بصورت همزمان و با شرایط یکسان خواهد بود.

خواص غوطه وری در سیال ها (Liquid immersion properties)

استاندارد ASTM D471 جهت انجام آزمون‌های مرتبط با غوطه ­وری نمونه‌های لاستیکی در مایعات، به هنگام طراحی فرمولاسیون یک آمیزه لاستیکی که ممکن است به هنگام استفاده از آن در تماس با سیال­های مختلف قرار گیرد، حائز اهمیت است.

برای مثال، یک محصول لاستیکی مانند واشر یا اورینگ، اگر در موتور اتومبیل مورد استفاده قرار گیرد، ممکن است در تماس با روغن یا حلال قرار گیرد. قابلیت یک نمونه­ ی لاستیکی پخت شده نظیر عدم تورم و نیز عدم ایجاد آسیب به خواص نمونه پس از استقرار طولانی مدت در مجاورت سیال­ها، یکی از عوامل تعیین کننده­ ی طول عمر محصولات لاستیکی بشمار می­رود.

استاندارد ASTM D471 مربوط به آزمونی­ است که در آن نمونه لاستیکی پخت شده، در درجه حرارت معین و به مدت زمان مشخص، در یک سیال معین غوطه­ ور می­شود. میزان آسیب دیدگی نمونه را پس از این غوطه­ وری می­توان با تغییر در ویژگی­های فیزیکی مانند سختی، و ویژگی­های کششی (تنشی- کرنشی)، یا تغییر در جرم و حجم نمونه و یا ابعاد آن، اندازه ­گیری نمود. سیال­های استاندارد مختلفی برای آزمایش غوطه­ وری وجود دارند. مثال­هایی از این سیا­ل­ها، مواد مرجع صنعتی مانند روغن­های IRM 901 (معادل قدیمی ASTM No.1)، IRM 902 ... است.

پراکنش دوده

پراکنش دوده

از آنجایی که بدون داشتن یک مخلوط لاستیکی همگن (Homogeneous) هرگز به کیفیت و خواص مطلوب و مورد نظر نمی­توان رسید. تعیین و سنجش میزان پراکنش و توزیع دوده در کامپاند لاستیکی از اهمیت بالایی برخوردار است. عموماً دو روش برای تعیین میزان پراکنش دوده در آمیزه لاستیکی وجود دارد که عبارتند از:

1-روش بررسی چشمی یا بصری

2-روش شمارش توده­ها یا تجمع ذرات

 

در این روش، سنجش میزان پراکندگی به صورت کیفی صورت می­گیرد و نمونه کامپاند لاستیکی باید پخت شده باشد. در صورتی که نیاز به تعیین میزان پراکندگی در یک آمیزه خام باشد، نخست باید نمونه تحت پرس قرار گیرد تا تمامی هوای حبس شده و فضاهای خالی در آن از بین برود، سپس ورقه­ای از آمیزه بریده شده و سطح جدید بدست آمده توسط میکروسکوپ مشاهده می­گردد. با در دست داشتن تصاویر استاندارد، به میزان پراکندگی پرکننده نمره‌دهی می‌شود. شماره یا نمره بالاتر نشان­دهنده میزان پراکندگی بهتر پرکننده در ماتریکس پلیمری است.

در این روش که برای کامپاندهای لاستیکی پخت شده و نشده بکار می­رود، پراکندگی با اندازه ­گیری درصد مساحت پوشیده شده با توده ­ها یا تجمعات دوده در قطعات بریده شده، به کمک میکروسکوپ ارزیابی می­شود. این روش کمی است و نسبت به روش بصری صحیح­ تر است و برای تعیین میزان پراکندگی سایر پرکننده­ ها نیز می­تواند بکار رود. به علت دقیق­تر بودن این روش نسبت به روش قبلی دستگاه‌های پیچیده ­تری مورد نیاز خواهد بود.

آزمون فرسودگی در آون هوا (Deterioration in an Air Oven)

زمانمندی(Aging)

استاندارد ASTM D 573 یکی از استانداردهای مهم ا­ست که آزمون‌های ارائه‌شده در آن می‌توانند جهت تخمین طول عمر یک آمیزه لاستیکی را کمک شایانی کنند. این آزمون‌ها معمولاً برای تضمین کیفیت آمیزه بکار نمی­رود، اما در فرآیند تکوین فرمول آمیزه ­های لاستیکی به عنوان آزمونی برای طراحی طول عمر آمیزه ­ی تولید شده استفاده می­شود. در این آزمایش چند نمونه دمبلی شکل، فرآیند فرسودگی در آون هوا را سپری کرده و ویژگی­های (خواص فیزیکی) مهم آمیزه­ های ولکانیزه شده در آن­ها اندازه­ گیری می­شود. این ویژگی­ها که عموماً سختی، استحکام کششی، ازدیاد طول در نقطه پارگی، استحکام پارگی و مدولوس 100 تا 300 درصد است.

مقادیر بدست آمده خواص پس از زمانمندی با مقادیر همان خواص پیش از آن­که نمونه فرسوده شده باشد، مقایسه می­شود و بدین ترتیب مقاومت آمیزه را در مقابل عوامل محیطی یا به طور کلی قابلیت حفظ خواص نمونه مورد ارزیابی قرار می­گیرد. میزان فرسودگی نمونه­ های لاستیکی پس از فرسایش در آون، بصورت درصد تغییر نسبت به خواص اولیه ­ی فیزیکی نمونه­ ها بیان می­شود.

مقاومت در برابر ازون(Assessment of Ozone)

مقاومت در برابر ازون(Assessment of Ozone)

یکی از پدیده ­هایی که در فرآیند فرسودگی محصولات از جنس لاستیک مشاهده می­شود، ایجاد ترک‌های سطحی است که در اثر حمله­ ی گاز ازون و در حضور اکسیژن به وقوع می­پیوندد. ازون که در حقیقت فرم خاصی از اکسیژن با فرمول مولکولی O3 است می­تواند بر روی خواص لاستیک تأثیر قابل ملاحظه­ ای بگذارد.

بررسی آزمایشگاهی و مطالعاتی این پدیده در اطاقک ­هایی با جریان گاز ازون عمدتاً مطابق با استانداردهای ASTM D1149، DIN 53509 و ISO 1431-1 در حالت استاتیک/دینامیک صورت می­گیرد. نمونه یا قطعه لاستیکی در اطاقک ازون، در مدت زمان تعیین شده در معرض هوا با غلظت مشخصی از ازون قرار داده می‌شود؛ همچنین، می‌توان نمونه لاستیکی دمبل یا نواری شکل تحت کشش را در اطاقک ازون قرار داد. با استفاده از این روش، میزان مقاومت آمیزه ­های لاستیکی در برابر ازون با مشاهده ترک‌های سطحی ایجاد شده، مطابق استاندارد مربوطه بصورت مقایسه‌ای بررسی می­شود.

معمولاً در سطح آمیزه ­های لاستیکی در اثر واکنش با گاز ازون، بویژه هنگامی که آمیزه تحت کشش باشد، ترک هایی ایجاد می­شود؛ از این رو، لازم است که آزمایش تأثیر ازون تحت میزان درصد کشش معینی انجام گردد. انجام آزمون مقاومت در برابر ازون برای اندازه ­گیری مقاومت یک آمیزه در برابر حمله­ ی ازونی، در برنامه­ های بهبود کیفیت و طراحی فرمولاسیون آمیزه لاستیکی جدید حائز اهمیت خواهد بود. این آزمون اصولاً قدرت محافظت کنندگی واکس ­ها وآنتی­ازونانت­ های مورد استفاده در لاستیک­های پخت شده را مورد ارزیابی قرار می­دهد.

جهندگی(Resilience)

 

هنگام اندازه ­گیری الاستیسیته ­ی جهندگی، در واقع میزان اتلاف انرژی طی یک تغییر شکل ضربه­ای کوتاه اندازه ­گیری می­شود. زمانی که یک قطعه­ ی لاستیکی تحت نیرو ضربه­ ی کوتاه مدت قرار می­گیرد، مقداری انرژی در آن ذخیره می­شود که بخشی از این انرژی به حرارت تبدیل می­شود؛ هرقدر که میزان این حرارت ایجاد شده کمتر باشد، نمونه جهندگی بیش­تری دارد. در واقع در این آزمون، درصد انرژی اتلاف شده در اثر این ضربه اندازه­ گیری می­شود. در این آزمون یک چکش پاندولی شکل با وزن استاندارد و با سرعت مشخص از یک ارتفاع معین بر روی نمونه رها می‌شود. ارتفاعی که این چکش پس از برخورد و وارد کردن ضربه به نمونه بالا می آید، اندازه­ گیری می­شود. در اینجا واژه الاستیسیته به عنوان یک معیار کمی بکار می­رود که نشان می­دهد ماده تا چه حد رفتار کشسانی از خود نشان می­دهد و تا چه اندازه حالت ویسکوز دارد. هر قدر حالت کشسانی ماده بیشتر باشد، مقدار کمتری از انرژی وارد آمده برای تغییر شکل آن به صورت حرارت تلف می شود. این آزمون دینامیکی است زیرا در این آزمون در اثر وارد آمدن یک ضربه، ارتعاش در نمونه ایجاد می­شود. عدد بدست آمده از این آزمون برای آمیزه­ های الاستومری ولکانیزه شده ­ی مختلف متفاوت بوده و در محدوده­ی 10تا 75 درصد و یا حتی بالاتر تغییر می­کند. مقدار جهندگی برای آمیزه­ های دارای کشسانی بالا، بین 60 تا 75 درصد یا بالاتر، برای آمیزه­ های دارای کشسانی متوسط بین 40 تا 60 درصد و برای آمیزه ­های دارای کشسانی پایین از 10 تا 40 درصد است.

کارگاه اختلاط

 

فرآیند اختلاط

یکی از اولین مراحل در ساخت هر آمیزه لاستیکی،پس از تعیین فرمولاسیون مناسب که توسط شخص آمیزه­ کار صورت می گیرد، مخلوط کردن اجزای آمیزه است که شامل کائوچو، دوده، روغن، گوگرد، شتاب دهنده... می باشد.

هدف از فرآیند اختلاط، تولید آمیزه ­ای است که اجزایش در حد کفایت در هم آمیخته شده و ذرات تشکیل دهنده­ی آن از توزیع یکنواختی برخوردار باشند. به طوری که آمیزه در عملیات بعدی شکل دهی به راحتی پردازش می­یابد، به صورت موثری پخت می­شود و خواص مورد نیاز برای استفاده نهایی را در عین کمترین هزینه از نظر انرژی و زمان ایجاد کند. چهار خاصیتی که در عملیات بعدی حائز اهمیت است عبارتند از: گرانروی، پاشیدگی، مقاومت در برابر برشتگی و سرعت آهنگ پخت. بنابراین، به منظور داشتن یک اختلاط موثر و سودآور باید توجه را به مواد خام، ماشین آلات اختلاط و کنترل کیفیت معطوف کرد.

تکنولوژی اختلاط

دو نوع تکنیک مجزا یا دو نوع ماشین جهت انجام عمل اختلاط بکار می رود که عبارتند از :

1- مخلوط کن های برونی یا غلتک                   2- مخلوط کن های درونی (بنبوری)

یک غلتک متشکل از دو رل یا استوانه فلزی است که به صورت افقی و موازی با هم قرار دارند. مقدار فاصله­ ی بین دو رل توسط دو اهرم جداگانه قابل کنترل می­باشد. دو رل دستگاه در جهت مخالف یکدیگر با سرعتهای مختلف نسبت به هم می چرخند. نسبت سرعت بین دو رل از اهمیت خاصی برخوردار است. رل عقبی 1/1 تا 5/1 بار سریع تر از رل جلویی در حال چرخش است وهمین اختلاف سرعت چرخش دو رل روی آمیزه نیروی برشی ایجاد می نماید. عمل اختلاط درفاصله یا دهانة بین دو رل صورت می پذیرد. به فاصلة بین دو رل بازگشودگی یا گپ گفته می شود.در ابتدا زمانی که آمیزة خام روی غلتک بار می شود، سریعاَ در اطراف غلتک جلویی یک توده ورقه ای شکل تشکیل می گردد.چناچه عمل نرم کردن لاستیک ضرورتی داشته باشد در همین مرحله صورت می پذیرد.نحوة افزودن اجزای آمیزه بدین صورت است که پس از افزایش کائوچو سایر اجزا بجز مواد تشکیل دهنده سیستم پخت افزوده می گردند.

مواد تشکیل دهندة سیستم پخت در پایان کار اضافه می شود و در تمامی مراحل، غلتک کار بایستی چندین بار به صورت عرضی با چاقوی مخصوص اقدام به برش عرضی تودة لاستیکی بنماید تا عمل اختلاط در جهت عرضی نیز انجام پذیرد. به علت اعمال نیرو روی آمیزه، مقداری حرارت ایجاد می شود که باید به نحوی این حرارت تولیدی را از سیستم خارج نمود. عدم جلوگیری از افزایش بیش از حد درجه حرارت، به ویژه زمانی که گوگرد و شتاب دهند وارد آمیزه شده اند باعث سوختن آمیزه می شود. امروزه غلتکها مجهز به دو سیستم گردش آب و بخار(یا روغن داغ) به منظور سرد و یا گرم کردن رلها می باشند تا بدین وسیله کنترل دقیقی روی درجه حرارت مورد نیاز جهت اختلاط بتوان اعمال نمود. وقتی عمل اختلاط به پایان رسید، آمیزه را باید به صورت ورقه از غلتک جدا نمود و بلافاصله آن را در محلی سرد قرار داد.

امروزه در صنعت لاستیک مخلوط کن های درونی که نوعی از آنها را در کارخانه ها با نام بنبوری می شناسند به علت سرعت عمل بیشتر،تولید بالاتر و قابلیت های بهتر نسبت به غلتک ترجیح می دهند. یک مخلوط­ کن داخلی از قسمتهای Rotor، محفظه یا اطاقک اختلاط، دریچه، دریچه­ ی تخلیه و Ram تشکیل شده است.

بر حسب شکل روتور و سرعت چرخش معمولاَ دو نوع مخلوط کن درونی وجود دارد که عبارتند از بنبوری و اینترمیکس که در کارخانه های تایر سازی نوع بنبوری بیشتر معمول است.

در بنبوری بین سرعت چرخش روتورها اختلاف وجود دارد و بخش عمده ای از عمل اختلاط بین روتور و دیوارة اطاقک اختلاط صورت می پذیرد.

پرس پخت

بعد از اختلاط آمیزه­ ی لاستیکی، می­توان آن را توسط یک پرس پخت آزمایشگاهی قالب­گیری کرده و به شکل نمونه­ یی مناسب برای انجام آزمون های بعدی مانند آزمون کشش (تنش- کرنش) پخت کرد. استاندارد   ASTM   D 3182 توضیح می­دهد که چگونه این آمیزه ­های مخلوط شده را می­توان به شکل ورقه­ هایی با ایعاد استاندارد ASTM پخت کرد.

اختلاط دو مرحله ای

صرف نظر از نوع وسیلة بکار گرفته شده جهت اختلاط، عمل مخلوط کردن اجزای آمیزه را می توان به صورت دو مرحله ای انجام داد. این عمل بدین معنی است که در مرحلة اول کلیة اجزای تشکیل دهندة آمیزه به غیر از مواد پخت با یکدیگر مخلوط می شوند که به مخلوط حاصله از این مرحله مستربچ گفته می شود. سپس در مرحلة بعد، این مخلوط با سایر اجزای باقی مانده نظیر گوگرد و شتاب دهنده مخلوط شده و به آن مخلوط فاینال بچ       (Final Batch)  اطلاق می گردد. هدف از این عمل کمک به بهبود پراکنش اجزا در مخلوط و همچنین جلوگیری از سوختن آمیزه می باشد. در کارخانه ها بین مرحلة مستربچ و فاینال بچ یک فاصلة زمانی در نظر گرفته می شود. مدت زمان بین این دو مرحله بستگی به نوع آمیزه دارد و معمولاَ بین چند ساعت تا چند روز می باشد. در نظر گرفتن یک فاصلة زمانی بین دو مرحلة اختلاط به پایداری زنجیره های پلیمر کمک می کند و همچنین باعث بهبود کیفیت خواص نهایی آمیزه در قبل و بعد از پخت خواهد شد.

 

 

مونی ویسکوزیته (Mooney Viscosity)

مونی ویسکوزیته کمیتی جهت تعیین مقدار گرانروی کائوچوی خام یا آمیزه خام/پخت شده اندازه‌گیری است؛ این دستگاه متشکل از یک دیسک و یک حفره است که کائوچو یا آمیزه ­ی خام درون آن قرار می­گیرد. دمای داخل محفظه به وسیله ترموستات و با کمک اِلمنت­ های برقی کنترل شده و بتدریج با حرارت دیدن نمونه، آمیزه شروع به پخت می­کند و بدین ترتیب، برای آن­که دیسک با سرعت ثابتی به چرخش خود ادامه دهد، به موازات پیشرفت پخت نمونه، گشتاور بیش­تری مورد نیاز است. این دستگاه بطور خودکار منحنی مقدار گشتاور مورد نیاز را بر حسب زمان رسم می­کند.

مونی اسکورچ نیز می­تواند برای اندازه ­گیری زمان پخت ابتدایی و نیز سرعت پخت در مرحله ­های اولیه ولکانش ب­کار رود.

خواص مونی ویسکوزیته و مونی اسکورچ که توسط دستگاه مونی ویسکومتر اندازه‌گیری می‌شود از عواملی هستند که در بررسی فرآیندپذیری آمیزه لاستیکی نقش بسزایی ایفا می‌کنند.

اندازه گیری سختی لاستیک(Hardness)

اندازه­ گیری سختی لاستیک(Hardness)                                                                          

سختی لاستیک بصورت مقاومت آن در برابر رخنه یا تورفتگی ناشی از اعمال نیرو توسط یک جسم خارجی سخت تعریف می­شود. اندازه‌گیری سختی یک نمونه لاستیکی تا حد زیادی به تعیین میزان تنش وارد شده به آن ارتباط دارد. در اندازه­ گیری سختی، یک جسم نافذ با شکل هندسی خاص، تحت شرایط معین به درون ماده لاستیکی فشرده می­شود. عمق نفوذ بستگی به شکل جسم نفوذکننده، نحوه ­ی اعمال نیرو و مدولوس یانگ دارد. در آزمون سختی، میزان عمق تورفتگی یک میله یا سوزن را با بخش انتهایی کره ­ای شکل یا مخروطی شکل، تحت یک نیروی مشخص اندازه ­گیری می­کنند. ابتدا، تنها یک جسم نفوذ کننده کروی شکل به عنوان استاندارد بین ­المللی برای اندازه ­گیری سختی بر اساس ISO معرفی شد. اما در حال حاضر روش جدید اندازه­ گیری سختی بر اساس Shore به عنوان یک روش استاندارد بین­ المللی متداول مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

سختی Shore

برای اندازه ­گیری سختی به روش Shore از یک دستگاه آزمون (دورومتر) استفاده می­گردد. این نوع از سختی سنج از صفر تا صد درجه­بندی شده­ است. برای اندازه ­گیری سختی لاستیک­های نرم، غالباً از سختی سنج Shore-A و برای لاستیک­های سخت ­تر از دستگاه سختی سنج Shore-D استفاده می­شود. در سختی سنج نوع Shore-D، نوع سوزن بکار رفته با نوع Shore-A، متفاوت است. جسم نافذ در ساختار دستگاه سختی سنج Shore، به شکل یک مخروط ناقص است، در این دستگاه از روی میزان انحراف یک فنر صفحه­ یی که بر اساس سختی استاندارد کالیبره شده است، مقاومت نمونه­ ی لاستیکی در برابر نفوذ فرورونده­ی مخروطی شکل اندازه ­گیری و توسط یک عقربه نمایش داده می­شود. نمونه مورد استفاده جهت تعیین سختی باید دارای سطحی صاف و یکدست و حتی ­الامکان دارای ضخامت بیش از 6 میلی­متر باشد.

 

کاربرد

این روش، برای حصول اطمینان از پخت کامل نمونه، روش سریعی ا­ست اما برای تعیین مقدار دست­یابی نمونه لاستیکی به میزان چگالی اتصال­های عرضی در نظر گرفته شده برای آن در طول فرآیند پخت، روش دقیقی نخواهد بود. این آرمون برای تعیین کیفیت پخت نمونه، یک روش سریع است اما از دقت کمتری نسبت به سایر روش­ها برخوردار است.

این روش آزمون برای تعیین سختی بر اساس نفوذ یا فروروی برای موادی شرح داده می­شود که به عنوان

الاستومر­های گرمانرم     Thermoplastic Elastomers

لاستیک ولکانیده (گرماسخت)    Vulcanized (thermoset) Rubber                      

مواد الاستومری   Elastomeric Materials

مواد اسفنجی  Cellular Materials

مواد ژل مانند  Gel-like Materials    

و نیز برخی از پلاستیک­ها طبقه بندی می­شوند.

رئومتر(Rheometer)

 

در رئومتر بدون روتور، کامپاند لاستيك بين قالب‌هاي با دماي ثابت قرارداده مي شود و تغيير شكل مكانيكي بطور پيوسته بر روي آن بوسيله نوسان قالب پايين اعمال مي‌شود. پیش از آغاز آزمون، قالب‌ها تا دماي از پيش تعريف شده گرم مي‌شوند و پس از قراردادن نمونه بين قالب‌ها، دو صفحه آب بندي قالب‌ها توسط يك سيلندر بادي بسته مي شوند. لاستيك شروع به پخت كرده و قالب پايين نوسان مي كند. گشتاور لازم براي نوسان قالب با پخت نمونه لاستيك بتدريج افزايش مي‌يابد. مقدار گشتاور بوسيله سيستم الكترونيكي اندازه‌گيري مي‌شود و همزمان منحني گشتاور - زمان بوسيله كامپيوتر نمايش داده می‌شود. پس از پايان زمان آزمون، دو صفحه قالب از هم باز مي‌شوند و در نتيجه نمونه پخت شده را به راحتي مي‌توان از میان دو قالب خارج كرد. نمونه در رئومتر بدون روتور(MDR, ASTM D5289)  به علت حذف روتوری که حرارت‌دهی نمی‌شود زودتر به دمای آزمون رسیده و توزیع دمایی بهتری دارد. به منحنی حاصل از ثبت گشتاور مربوط به نیرو بر حسب زمان، منحنی رئومتر می­گویند. به کمک این منحنی است که می­توان مشخصات پخت یک آمیزه­ ی لاستیکی را تجزیه و تحلیل نمود. پارامترهای بدست آمده از منحنی رئومتر عبارتند از:

ML، حداقل گشتاور - که تخمینی از چگونگی فرآیندپذیری آمیزه ­ی خام لاستیکی است.

MH، حداکثر گشتاور - که تخمینی از بیشترین دانسیته ­ی اتصال­های عرضی­ است که در نتیجه­ ی فرآیند پخت حاصل می‌شود.

Ts2 زمان ایمنی برشتگی – زمان ایمنی فرآیند را اندازه­ گیری می­کند و زمانی­ است که لازم است تا گشتاور 2 واحد از حداقل گشتاور بالاتر رود.

TC 50  نیمه زمان پخت- زمانی­ است که آمیزه طی آن به 50 درصد حالت پخت کامل خود می­رسد.

TC 90 زمان پخت بهینه- زمانی­ است که آمیزه طی آن به 90 درصد حالت پخت کامل خود می­رسد.

این روش آزمون برای تعیین ویژگی­های پختی آمیزه ­های لاستیکی پخت شونده به کار می­رود. بررسی خواص نمونه هنگام پخت از اهمیت ویژه­ای برخوردار است که توسط دستگاه رئومتر اندازه­ گیری می­شود. این آزمون برای کنترل کیفیت در فرآیندهای تولید لاستیک، در پژوهش و توسعه­ ی آمیزه­ های خام و نیز ارزیابی مواد خام مورد استفاده در تهیه آمیزه­ های لاستیکی بکار می­رود.

CRI  ، شاخص سرعت پخت- این ویژگی تخمینی از سرعت پخت آمیزه است.

 

چگونگی شکل منحنی رئومتر را چنین می­توان تفسیر نمود:

بتدریج با گرم شدن آمیزه، گرانروی آن پایین آمده و منحنی یک افت ناچیز ازخود نشان می‌دهد. از آن پس با وارد شدن به مرحله­ ی شروع پخت، تغییری در مقدار گشتاور پدید نمی­آید. به دنبال آن، آمیزه بتدریج شروع به پخت کرده و بالطبع میزان سختی آن افزایش می‌یابد، به همین جهت گشتاور بتدریج افزایش یافته و به جایی می­رسد که عمل پخت تکمیل و از آن پس حرارت تغییری در میزان سختی آمیزه بوجود نمی‌آورد؛ لذا، منحنی به صورت خط راست در می­آید (plateau). ولی این امر مستمراً نمی‌تواند ادامه یابد چرا که پس از گذشت زمان معینی، حرارت اضافی باعث تخریب و شکستن ساختمان پلیمر شده و در نتیجه آمیزه شروع به نرم شدن کرده و مقدار گشتاور افت می‌کند. منحنی رئومتر یکی از مهم‌ترین منحنی‌ها در مورد هر آمیزه­ ی لاستیکی است.

اندازه گیری خواص کششی (Tensile properties)

 

آزمون کشش یکی از مهم­ترین آزمون­ها در صنعت لاستیک است. در این آزمون کامپاند پخت شده تحت تنش کشیده می‌شود تا پاره شود. تنش مورد نیاز برای کشش تا حد پارگی نمونه­ ی لاستیک پخت شده را استحکام کششی (Tensile Strength) می­گویند و آن را بر حسب مگاپاسکال، پوند بر اینچ مربع و یا کیلوگرم بر سانتی­متر مربع بیان می­کنند.

  این روش شامل پانچ نمونه­ های دمبلی شکل با ضخامت بیش از 3/1 میلی­متر و کمتر از 3/3 میلی­متر از شیت پخت شده ­ی آمیزه­ی فاینال بر اساس روش استاندارد ASTM یا ISO با استفاده از قالب برش، و سپس کشیدن آن­ها از دو بخش انتهایی دمبل توسط دستگاه کشش، با سرعت استاندارد 500 میلی­متر بر دقیقه با استفاده از فک­های مکانیکی مخصوص دستگاه است. با جداسازی یک نمونه دمبلی شکل از شیت آمیزه پخت شده، ویژگی­های کششی آن نظیر استحکام کششی، ازدیاد طول در نقطه پارگی (Elongation at break) و مدولوس در ازدیاد طول 100 درصد و 300 درصد (Modulus 100%, 300%)، اندازه­ گیری می­شود. خروجی آزمون یک منحنی تنش- کرنش (Stress- Strain) است.

این روش آزمون برای ارزیابی مواد و محصولاتی که مقاومت در برابر نیرو­های کششی در طی چرخه عملکرد آن­ها اهمیت دارد، طراحی شده است.

آزمون کشش یک آزمون تخریبی­ است که به استحکام ذاتی آمیزه ­ی لاستیکی مربوط می­شود. این استحکام معمولاً به ویژگی­هایی نظیر نوع و کیفیت کائوچوی انتخاب شده به عنوان پایه، نوع سیستم پرکننده، روغن به کار رفته در آمیزه، چگالی نهایی اتصال­های عرضی حاصل از سیستم پخت ...، ارتباط داده دارد.

این آزمون برای ارزیابی خواص کششی لاستیک­های ترموست ولکانیده شده و الاستومرهای ترموپلاستیک ب­کار می­رود.

آزمون مقاومت در برابر پارگی (Tear resistance)
Serie nr 5112694 Fotograf P-O Svensson

مقاومت پارگی عبارت از مقاومت نمونه ­ی لاستیکی در برابر پیشرفت پارگی. در این آزمایش، نمونه آزمون در مقایسه با نمونه آزمون کشش می­تواند دارای شکل­های بسیار متعددی باشد.

معمولاً مقاومت در برابر پارگی به صورت نیروی لازم برای کشیدن یک نمونه لاستیکی تا نقطه­ ی پاره شدن آن، با استفاده از دستگاه کشش و تحت شرایط کنترل شده که در استاندارد ASTM D 624 شرح داده شده، گزارش می­شود.

آزمون مقاومت در برابر پارگی الاستومرهای ترموپلاستیک و لاستیک­های ولکانیده در آزمایشگاه قطعات مرکز تحقیقات صنایع لاستیک با استفاده از قالب­های دمبل مختلف مطابق استاندادهای مربوطه انجام می­شود.

این آزمون می­تواند برای پیش­بینی نقطه پارگی محصول تحت سرویس مورد استفاده قرار گیرد.

مقاومت در برابر پارگی می­تواند تحت تأثیر ترک خوردگی سطحی، توزیع تنش، میزان کرنش و اندازه و ابعاد نمونه آزمون قرار گیرد.

PriceList_1398