سایش بین پلاستیک و فلز

دسته: مقالات منتشر شده در 18 آذر 1399
نوشته شده توسط Admin بازدید: 2341

اصطکاک و سایش بین قطعات پلاستیکی و فلزی

به نظر می‌ رسد زمانی که میخواهیم سایش و اصطکاک را بین انواعی از بست ها و قطعات اتصالی کاهش دهیم، به کارگیری قطعات فلزی به روی فلزات گزینه بهتری نسبت به قطعات پلاستیکی روی پلاستیکی است. آیا این موضوع حقیقت دارد؟ بهتر است خیلی سریع پیش نرویم و ابتدا با آن روبرو شویم.انسانها به عنوان یکی از گونه های جانداران به روی کره زمین تمایل بسیار زیادی دارند که در هر موضوعی پیش روی بسیار زیادی داشته باشند. مثلاً اگر پارکینگ شما برای قرارگیری یک خودرو جایگاه کافی دارد ممکن است شما با خود فکر کنید که می خواهید پارکینگ بسیار بزرگتری داشته باشید تا بتوانید در آن خودروهای بیشتری را جای دهید. متخصصین حوزه مهندسی خودروسازی و ساخت و ساز نیز جدا از این ایده و نگرش در محصول نمی باشند به خصوص زمانی که در خصوص انواعی از بست ها همانند پیچ ، پیچ های شش گوشه، گیره و سایر قطعات موجود صحبت می‌کنیم این اشتباه پیش می آید که آنها باید حتما از قطعات فلزی ساخته شده باشند تا بتوانند بیشترین استحکام لازم را به وجود آورد. انتخاب یک بست معمولی با توجه به استحکام به وجود آمده توسط آن بدون توجه به سایر فاکتورهای موجود می‌تواند باعث شود که شما به نتایج دلخواه خود دست پیدا نکنید و مشکل اصلی در موارد علمی خلاصه می شود که در واقع در قوانین سایش و اصطکاک وجود دارد. بر اساس همین قوانین به کار گیری قطعات فلزی به روی فلزی و یا قطعات پلاستیکی به روی پلاستیکی باعث می‌شود تا آنها در مقایسه با سایر موارد با سرعت بسیار بیشتری فرسوده و ساییده شوند بنابریان بهتر است که از آنها در ترکیب با یکدیگر استفاده کنیم. کدام قانون باعث می شود تا چنین اتفاقی بیفتد و پس از بروز سایش یا فرسودگی برای بکارگیری سایر بست ها به چه نکاتی باید توجه کنیم؟ با مطالعه این مقاله می توانید پاسخ به تمامی سوالات را بیابید.

 

ارائه توضیحاتی مختصر

به منظور درک علت ایجاد خرابی و فرسایش ناشی ازبه کارگیری مواد مشابه بروی هم و کشیدگی آنها به یکدیگردر محیط های متفاوت باید ابتدا به موضوع سایش و تاثیر آن در ساختار انواع مواد آشنا شویم.

  • اصطکاک: اصطکاک به مقاومت طبیعی بخش‌های لغزنده اشاره می‌کند و معمولا این مقدار با توجه به ضریب اصطکاک اندازه گیری می شود و به طور کلی می‌توان عنوان کرد که سطوحی که از ضریب اصطکاک پایین ‌تری برخوردارند با سادگی بیشتری به روی دیگری می لغزند.

 

  • سایش: در دنیای بست ها و سایر اتصالات یکی از موارد عکس اصطکاک در نظر گرفته می شود که می تواند باعث خرابی و یا فرسودگی اشیا شود و در صورتی اتفاق می‌افتد که لغزش دو سطح به روی یکدیگر باعث شود تا یکی از آنها و یا هر دو در طی زمان آسیب ببیند. فرسایش زمانی اتفاق می‌افتد که یک ماده سخت تر و قوی تر بروی یک ماده ی نرم تر کشیده شود و باعث شود تا سطح ماده نرم به طور کامل خراشیده شود . سایش چسبنده زمانی اتفاق خواهد افتاد که بخش‌های کوچکی از یک و یا هر دو سطح شکسته شوند و به یکدیگر متصل شوند.

 

سایش و اصطکاک در کنار یکدیگر

زمانی که میخواهیم ایمنی انواع وسایل و قطعات را با استفاده از بست ها بهبود بخشیم سایش و اصطکاک همکاری بسیار زیادی با یکدیگر دارند و هر چقدر میزان اصطکاک بالاتر باشد، میزان فرسودگی و سایش بین قطعات و بستاه نیز افزایش پیدا می کند. تمام موارد نام برده شده باعث می‌شود تا نیاز به نگهداری های دائمی و یا در بدترین حالت شکستگی های ساختاری و یا مکانیکی بالاتر برود و بنابراین کاملا منطقی است که ما به هنگام انتخاب انواع قطعات کاربردی موادی را انتخاب کنیم که می‌توانند پایداری طولانی مدتی داشته باشند و این در حالیست که در تماس با یکدیگر قرار می گیرند.

 

شباهت های بسیار زیاد

زمانی که ما می‌خواهیم قطعات بست ها را انتخاب کنیم معادله اثرات ناشی از اصطکاک و سایش چه تأثیری بر این انتخاب خواهند داشت؟ زمانی که دو قطعه مستحکم در تماس با یکدیگر قرار می گیرند چسبندگی و سایش بین سطوح آنها باعث می‌شود تا شیارها و نواقصی در هر دو ماده به وجود بیاید. زمانی که هر دو بست به کار برده شده برای ساخت قطعات مورد نظر از جنس فلز ساخته شده باشند در کوتاه مدت ماندگاری بسیار خوبی دارند اما در طی زمان انواعی از نواحی خراشیده بسیار کوچک باعث می‌شوند تا سطح ماده دچار نواقصی شود و در نهایت شاهد خرابی بسیار سریعتر قطعه مورد نظر خواهیم بود. از طرف دیگر پلاستیک ها دارای ضریب اصطکاک بسیار کمتری می باشند و زمانی که در تماس با سطوح مشابه قرار بگیرند به میزان کمتری فرسوده خواهد شد ولی اگر بخواهیم از بعد منفی به آنها نگاه کنیم پلاستیک ها همانند فلزات مواد بسیار مستحکم و قوی به شمار نمی‌آیند و نمیتوانیم در موضوع رسانایی حرارت از آن‌ها عمل‌کرد مثبتی را در نظر داشته باشیم.

 

برای انتخاب بستها از چه موادی باید استفاده کنیم؟

شاید با مطالعه این مقاله تا این قسمت با خود فکر کنید که در نهایت انتخاب مواد فلزی به روی فلزی بهتر است یا پلاستیکی به روی پلاستیکی؟ حتی ممکن است نتوانید به درستی تصمیم بگیرید. اما به طور کلی راه حل موجود در این قسمت در انتخاب ترکیبی از مواد نهفته می باشد. زمانی که یک پلاستیک نایلونی در تماس با فولاد و سایر سطوح فلزی قرار می‌گیرد، میزانی از سطح خود را از دست می دهد که در واقع این اتفاق در طی سایش و یا چسبندگی صورت می‌گیرد که در قسمت های قبل به آن اشاره کردیم. تفاوتی که بین دو مورد نامبرده شده وجود دارد در این مسئله خلاصه می‌شود که حرارت به وجود آمده با پوشش های بسیار ظریف واکنش می دهند و باعث نرم سازی بیشتر بین سطوح باقی مانده می‌شوند و در نهایت ضریب اصطکاک پایین‌تر خواهد رفت، طول عمر بست ها بیشتر خواهد شد و مواد فلزی به کار برده شده نیز از فرسودگی کمتری برخوردار خواهد شد. در صورتی که شما حتماً باید برای تولید محصول خود از قطعات فلزی در تماس با فلزات استفاده کنید، یک پوشش پلاستیکی می‌تواند به نوسازی سطوح میانی موجود کمک کند و طول عمر را نیز افزایش دهد. یکی از مثال‌های واقعی که در این مورد صدق میکند در موتورهای خودروی شما دیده می‌شود زیرا بیشتر بخش اتصالی و سایر بخش های حرکتی توسط روغن و نفت نرم می‌شود. اگر به خاطر داشته باشید بیشتر قطعات پلاستیکی در واقع مشتقاتی از نفت و محصولات نفتی می باشند و بنابراین طبیعت نرم کننده این مواد می‌تواند به راحتی اثبات شود.

 

رفتار تعدادی از پلاستیک ها در مقابل مواد فلزات

پلی تترا فلورو اتیلن: نایلون ۶.۶ تقویت نشده و نرم شده به کمک پلی  تترا فلوئورو اتیلن و انواعی از نایلون های ۶.۶ تقویت شده به کمک الیاف آرامید و نرم شده توسط پلی  تترا فلوئورو اتیلن در همراهی با آلیاژهای آلومینیوم دارای پایین ترین ضریب فرسایشی می باشد و این درحالی است که ضریب فرسایش تمامی پلاستیک هایی که در مجاورت با آلومینیوم مورد آزمایش قرار گرفتند در مقایسه با ضریب عنوان شده بالاتر می باشد.

 

ترکیبات مبتنی بر فلوئورو پلیمر

ترکیبات پلی  تترا فلوئورو اتیلن که حاوی فیبرهای غیر ارگانیک همانند پودر گرافیت و یا انواع الیاف شیشه ای می باشند از ضریب فرسایش برخوردارند و اگر در تماس با آلومینیوم و یا در برابر فولاد قرار بگیرند میزان فرسایش آنها نیز بالاتر خواهد بود. در حالت عکس نیز ترکیبات پلی  تترا فلوئورو اتیلن های حاوی برنز و MoS2 تشدید کننده، ضریب سایش و فرسودگی این مواد در برابر آلومینیوم را در مقایسه با فولاد به میزان بیشتری کاهش میدهند. در تمامی ترکیبات فلوئورو پلیمرها ضریب سایش در مواجهه با آلومینیوم در مقایسه با فولاد بالاتر است.

به طور کلی از آنجایی که پلاستیک ها از اصطکاک پایینی برخوردارند بنابراین در برابر سایش نیز مقاومت بسیار زیادی دارند و به همین دلیل گزینه بسیار ایده آلی برای تولید محصولاتی هستند که در آنها اصطکاک به عنوان یک مورد اصلی به شمار می‌آید و علاوه بر آن مقاومت در برابر سایش در اثر مواد پلاستیکی در محیط های خشک و غیر مرطوب بالا می باشد. در محصولاتی که در آن‌ها قطعات تماسی یک بخش به روی دیگری می لرزد معمولاً فرسایش بسیار بالا می باشد و می توان عنوان کرد که ترموپلاستیک ها در چنین شرایطی عملکرد بسیار خوبی دارند زیرا ضریب اصطکاک باید پایین باشد. تمام پلاستیک های نامبرده شده علاوه بر مزیت ها همانند مقاومت در برابر سایش از ویژگی‌های مثبت دیگری نیز برخوردارند مانند مقاومت بالا در برابر فرسایش، وزن پایین و انتشار پایین صدا و تمامی بخش‌هایی که از پلاستیک ساخته می‌شوند باعث تولید اصطکاک و حرارت کمتری می‌شوند که در نهایت هزینه‌های نگهداری را کاهش داده و طول عمر محصول را بیشتر می‌کند. همانطور که پیش از این نیز عنوان شد پلی  تترا فلوئورو اتیلن ضریب اصطکاک پایینی دارد و به همین دلیل اغلب برای تولید محصولاتی به کار برده می شوند که در آنها تماس بسیار زیادی با فلزات وجود دارد و علاوه بر این ترموپلاستیک از مواد متمایزی مانند پلی اتر اتر کتون، نایلون، پلی استر و پلی فنیلن سولفید ساخته می‌شوند که به خوبی می‌توانند استحکام که ناشی از تماس با سایر سطوح را کاهش دهند.

مترجم: ف. ال احمد