بخشی از مقاله
خواص تريبولوژي پوشش هاي رنگ اپوکسي تقويت شده با تونر
چکيده
مقاومت به سايش و ضريب اصطکاک پارامترهايي مهم و اثرگذار در پوششهاي خطوط لوله که در معرض محيط هاي خشن قرار دارند، هستند.در مقاله حاضر رفتارسايشي رنگ هاي اپوکسي تقويت شده با تونربررسي شده است
.در صنعت پوشش هاي رنگي از نظر اقتصادي بهترين انتخاب اند.از آنجايي که مواد بهساز در رنگ مي توانند خواص رنگ را تحت تاثير قرار دهند، سعي بر آن شد تا تونر در درصدهاي وزني مختلف به رنگ اپوکسي افزوده شود تاخواص سايشيو ضريب اصطکاک آن بررسي شود. تست هاي سايش با استفاده ازدستگاه پين -آن -ديسک
(pin-on-disk )انجام مي شود.با افزايش يافتن غلظت تونردر رنگ اپوکسي کاهش وزن در حين سايش افزايش مي يابد در حالي که ضريب اصطکاک کاهش پيدا مي کند.
واژه هاي کليدي :سايش ، اصطکاک،رنگ اپوکسي ،تونر.
١.مقدمه
اولين راه جلوگيري خوردگي و آسيب سازه هاي فولادي از جمله خطوط لوله (مانند لوله هاي انتقال نفت وگاز) استفاده از پوششهاست .اگر پوشش داخلي يا بيروني لوله بدون عيب باشد مي تواند کمک بزرگي به کنترل خوردگي و جلوگيري از آسيب هاي مکانيکي لوله انجام دهد.رنگ ها يک گروه از پوشش ها هستند که براي محافظت از سازه هاي فولادي استفاده مي شوند.که از آن جمله رنگ هاي اکريليکي ،رنگ هاي پلي استري، رنگ هاي پلي يورتانيو رنگ هاي اپوکسي هستند[١].با توجه به کاربرد هاي سايشي مواد پليمري در صنعت از جمله پمپهاي خلا، درزگيرها،ياتاقانهاو انواع پوشش هاي کاربردي، بررسي خواص سايشيو اصطکاکي اين مواد لازم است .[٢] رنگ هاي اپوکسي به عنوان يک ماده آلي با استحکام بالا،سختي خوب ،پايداري حرارتي خوب ، مقاوم در برابر رطوبت و واکنش هاي شيميايي مطرح شده است [٣].از اين رو در چسب ها ،زمينه پليمري براي کامپوزيت هاو پوشش هاي محافظ استفاده شده اند.
محبوبيت عايق هاي اپوکسي به دليل مزيت هاي مشخصي است که اينها دارند مثل قيمت کم ،وزن کم و طراحي همه منظوره بالا.همچنين اينها خواص دي الکتريکي خوب و استحکام مکانيکي بالايي دارند و همين طورمقاومت به جذب آب اپوکسي ها نسبت به ساير رنگ ها بسيار عالي است [٤].به منظور بهبودو اصلاح طبيعت و کيفيت رنگ وسهولت روش هاي استعمال آن از فيلر ها استفاده مي شود .هرکدام از فيلر هايي که به رنگ اضافه مي شوند خواص متفاوتيبه رنگ مي دهند.فيلر ها مي توانند به عنوان ماده اي براي ضد پوسته شدن رنگ ، بازدارنده خوردگي، ضد باکتري و کپک
، جاذب نور فرابنفش ،مقاوم کننده فيلم رنگ در مقابل رطوبت ،عامل رسانايي رنگ و ...به کار روند[٥].رنگ هاييکه در آنها فيلري از جنس کربن وجود دارد در مواقعي که احتياج به پوشش با اصطکاک کم هست به کار مي روندو در واقع همانند يک روان ساز خشک عمل مي کنند.چنين رنگ هايي در بسياري از زمينه ها کاربرد دارند[٦]و خاصيت ضد اصطکاکيو مقاومت به سايش بسيار خوبي از خود نشان مي دهند .همين طور در مواقعي که نمي توان از روانکار مايع استفاده کرد ،استفاده از اين رنگ ها به عنوان پوشش بهترين راه حل است [١١-٧].پودرهاي پلي استري به عنوان پوشش هايي که در معرض هوا قرار مي گيرند، استفاده مي شوند.از جمله کاربرد اين پوشش ها در تجهيزات کشاورزي ، واحد هاي تصفيه هواو ... مي باشد[١٢].با توجه به اينکه تونر (پودر ماشين فتوکپي )يک ترکيب نارسانا از پلي استرو مقدار جزئي کربن سياه است [١٣].هدف از اين پروژه استفاده از تونر به عنوان رنگ دانه در رنگ اپوکسي و بررسي خواص سايشي آن در نتيجه اين تغييرات خواهد بود.
٢.موادو روش تحقيق
١.٢. تهيه نمونه ها
پودر تونر در درصدهاي وزني ٥،١، ١٥،١٠، ٢٠، ٣٠%به رنگ اپوکسي افزوده شده و اين رنگ هابعد از مخلوط شدن کامل توسط دستگاه همزن بر روي سطوح ورق هاي فولادي که به ابعاد ٠/٠٧٥×٣×١٠سانتي متر مکعب تهيه شده و سطح آنها با سمباده ساييده و سپس با استون شستشو داده شده بود،اعمال شد. با توجه به اينکه رنگ اپوکسي به تنهايي سياليت کمي دارد قبل از اعمال آن بر روي سطح به آن رقيق کننده افزوده شد تا راحتتر بر روي سطح اعمال شود.در درصد هاي بالاتر از ٣٠%با توجه به افزايش درصد مواد جامد موجود در رنگ ،بايد به مخلوط نيمه جامد اپوکسي -تونر رقيق کننده اضافه ميشد ،اما اين رقيق کننده با پودر تونر واکنش انجام داده وباعث جدا شدن آن به صورت يک فاز جامد از رنگ مي گرديد ،بدين ترتيب حداکثر درصد پودر تونر در رنگ همان ٣٠%منظورشد.
٢.٢. تست سايش
به منظور تست سايش از دستگاه پين -آن -ديسک (pin-on-disk)استفاده شد.در اين دستگاه سايش با پين انجام مي شود و به طور اتوماتيک همزمان نمودار اصطکاک (N)-مسافت (m) را رسم مي کند.در ابتداي کار بايد يک نيروي مشخص به اهرم دستگاه اعمال شود .نيروي وزن اعمالي توسط دستگاه به نمونه N٢ مي باشد.با توجه به نحوه کارکرد دستگاه نمونه ها در نگهدارنده دستگاه قرار گرفته وبا سرعت ١٢٠ دور در دقيقه معادل با سرعت خطي سايش انجام مي شود .[١٤-١٥]قبل و بعد از انجام تست نمونه ها به دقت وزن شدند.به اين ترتيب علاوه بر اينکه در حين انجام تست به طور اتوماتيک نمودار اصطکاک بر حسب مسافت ترسيم شد ،تغييرات وزن نمونه نيز گزارش شده است .
٣.٢. عکسبرداري با SEM
نمونه هايي که بر روي آنها تست سايش انجام شده بود ،در ابعاد٠/٧٥×٧×٧ميلي متر مربع برش داده شدند.قسمتياز مسير سايش نيز در قطعات برش خورده وجود داشت تا سطح سايش ،فصل مشترک سطح سايش با زمينه اصلي پوشش و زمينه اصلي پوشش به طور جداگانه مورد بررسي قرار گيرد. عکسبرداري با SEM با بزرگنمايي X٢٠٠ انجام شد.
٤.٢. تست سختي مداد
تست سختي مداد مطابق بااستاندارد ٣٣٦٣-ASTM D انجام مي شود و مداد هاي بکار رفته در اين تست سختي ازH٦تاB٤دارند.[١٦]
٥.٢.تست انعکاس نور
تست انعکاس نور با دستگاه گلاسي متر انجام مي شود.دو زاويه در دستگاه مشخص است ٦٠و ٢٠درجه که اندازه گيري انعکاس با زاويه ٦٠درجه انجام شد. ميزان انعکاس نور اگر کمتراز ٣٠باشد، رنگ مات است .اگر بين ٣٠تا ٧٠ باشد رنگ نيمه مات و اگر بالاتر از ٧٠باشد رنگ براق محسوب مي شود.و ضريب براقيت آينه ٦٠٠ گزارش شده است .
٣. نتايج و بحث
١.٣. تست سايش
نتايج حاصل از تست سايش در شکل هاي ١-٧نشان داده شده است .ضريب اصطکاک (μ)از نسبت نيروي اصطکاک(محور عمودي نمودارها) بر نيروي وزن اعماليمحاسبه مي شود.[١٧]نمودار مربوط به اپوکسي خالص ضريب اصطکاکي در محدوده ١تا ٣.٥ دارد که اين مقدار با افزايش تونر در رنگ اپوکسي کاهش يافته است ودر نهايت در نمونه رنگ اپوکسي حاوي ٣٠%وزني تونربه محدوده ٠.٥ تا ٢رسيده است .پس با افزايش درصد وزني تونر در نمونه ضريب اصطکاک کاهش پيدا کرده است .ضريب اصطکاک تقريبا در تمامي نمونه هاي حاوي تونر از مسافت ٤٠متربه بعد ثابت شده و تغييرات چنداني در آن مشاهده نشده است .در حالي که در نمونه اپوکسي خالص ضريب اصطکاک از ٦٠ متر سايش به بعد ثابت و بدون تغيير باقي مي ماند.
نمونه ها قبل و بعد از تست سايش با دقت وزن مي شوند.داده هاي مربوط به وزن نمونه ها در جدول ١آورده شده است .با توجه به وزن اوليه و ثانويه هر نمونه ،درصد تغييرات نسبي وزن براي هر نمونه بدست آمده است .همان طورکه نمودار شکل ٨نشان ميدهد ميزان درصد تغييرات نسبي وزن نمونه ها با افزايش مقدار تونر افزايش مي يابدو اين نشان ميدهد پودر تونر با وجود اينکه ضريب اصطکاک را در حد مطلوبي کاهش داده است ،مانع از تخريب نمونه در اثر سايش نشده است و در واقع نمودار تغييرات نسبي بر حسب افزايش درصد وزني پودر تونر در رنگ ،نموداري صعودي مي باشد.
٢.٣. تست سختي مداد
نتايج حاصل از سختي مداد در جدول ٣نشان داده شده است .جدول نشان مي دهد سختياز ٠%تا ٥%افزايش داشته اما در ١٠%ناگهان سختي افت کرده است و دو مرتبه از ١٥%به بالا سختي رو به افزايش است
٣.٣. تست انعکاس نور
نتايج حاصل از انعکاس نور در جدول ٤نشان داده شده است . آنچه از جدول برداشت مي شود آنست که انعکاس نور با افزايش تونر کاهش يافته و کمتر از اپوکسي خالص شده است اما همچنان رنگ در محدوده براق ثابت باقي مانده است و وارد محدوده نيمه مات نشده است .
