مقدمه بر صابون کشش سرد

روان کننده ها موادی هستند که بعنوان کاهش دهنده اصطکاک بین دو سطح که در تماس با هم هستند بکار میروند. روان کننده  با مکانیزم های متفاوت سبب کاهش تولید گرما هنگامی که سطوح روی هم حرکت می­کنند می­شود.

روان کننده ها در صنایع و مصارف  مختلف بکار میروند از کاربردهای مهم روان کننده ها استفاد آنها در صنایع مرتبط با فلزات و شکل دهی و فرم دهی قطعات فلزی میباشد.

یک روان کننده خوب دارای ویژگی های کلی زیر می­باشد:

v    نقطه جوش بالا

v    نقطه ذوب (انجماد) پایین به بیان دیگر روان کننده باید در یک گستره دمایی مطلوب به صورت مایع و یا شار باشد

v    شاخص ویسکوزیته بالا

v    پایداری دمایی

v    پایداری هیدرولیکی

v    پایداری احتراقی

v    مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون

باید توجه داشت که در موارد مختلف فاکتورهای بالا میتوانند متغیر باشند و کم و زیاد شوند.

فورمولاسیون

معمولا  90 درصد همه روان کننده ها روغن ها هستند و کمتر از 10 درصد شامل افزودنی ها می­شوند.روغن ها به دو صورت معدنی و آلی هستند و شامل روغن های مشتق شده از نفت و روغن های گیاهی یا روغن سنتزی مانند سیلیکون ها، فلوروکربن ها، استرها و پلی الفین ها و بسیاری دیگر به عنوان پایه روان کننده استفاده می­شوند.

افزودنی ها بعنوان بهبود دهنده ها و تامیین کننده های ویژگیهای مورد نیاز روان کننده ها استفاده می­شوند. کاهش اصطکاک، افزایش ویسکوزیته، بهبود شاخص ویسکوزیته، پایداری در برابر اکسیداسیون و احتراق و پایداری در برابر آلودگی های محیط، مواردی هستند که افزودنی ها تامیین می­کنند.

روان کننده های غیر فلوِییدی شامل گریس ها و پودرها  نیز مورد استفاده قرار می­گیرند.

افزودنی ها

v    آنتی اکسیدانها

v    دترژنت ها

v    متال دی اکتیویتورها

v    ضد خوردگی ها

v    بهبود دهنده های اصطکاک

v    گیرنده های فشار

v    گروههای آنتی فوم

v    بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته

v    امولسیفایرها

v    گروههای کمپلکس کننده

v    گروههای چسبنده کننده

روان کننده ها مکانیزم هایی را برای روان کردن سطوح مورد نظر بکار میبرند:

1. هیدرواستاتیکی
2. هیدروداینامیکی
3. الاستوهیدروداینامیکی
4. مرزی
5. فیلم جامد

در فرایند کشش سرد قطعات فلزی  از صابون های کشش  به عنوان روان کننده استفاده می­شود.

صابون کشش با دو مکانیزم روان سازی هیدرودینامیکی و روان سازی باندری یا مرزی، لایه ای  مناسب جهت سایش سطح لوله مورد کشش و سطح غالب ایجاد میکند.

مهم ترین خاصیت روان کننده صابونی عبارتند از:

• ویسکوزیته
• روان کنندگی هیدرودینامیکی
• روان کنندگی باندری

ویسکوزیته- مهم ترین ویژگی روان کننده ویسکوزیته آن است. ویسکوزیته مقاومت سیال در برابر حرکت است. ویسکوزیته بالا به این معناست که سیال قطورتر است و جریان نمی­یابد. ویسکوزیته بالاتر معمولا لایه ضخیم تری از سیال روی سطوح ایجاد می­کند و از فشار و سایش بیشتر محافظت می­کند.ویسکوزیته مواد خاصیتی است که بصورت تابعی از از دما فشار و نوع ماده بروز می­یابد.

روان سازی هیدرودینامیکی- در این روان سازی یک سطح روی سطح دیگر شناور است و سطوح هیچ برخوردی باهم ندارند و هیچ اصطکاکی بین سطوح ایجاد نخواهد شد.این روان کنندگی با کاهش ویسکوزیته حاصل می­شود در این حالت اجزا به طور کامل تحت فشار از هم جدا هستند و سایشش سطوح کاملا حذف می­شود.

روان سازی باندری یا مرزی-این روان سازی  بر خلاف روانسازی هیدرودینامیکی ایجاد نقاط مماس بین دو سطوح و افزایش اصطکاک ایجاد. با وجود اینکه اصطکاک و سایش دو سطح روی هم سبب اتلاف انرژی و تخریب  سطوح می­شود اما برای استارت دستگاه و انتقال فشار قالب رو قطعه و همچنین برای پایان کار و خاموش شدن دستگاه وجود نقاط مماس سطوح و برخورد سایشی آنها ا جتناب ناپذیر است.

به طور کلی برای حصول یک روان کننده مطلوب روان کنندگی مرزی در نظر گرفته می­شود و از افزودنی هایی برای کاهش اثرات مخرب این مکانیزم و حفظ آن در یک حد مطلوب استفاده می­شود.

روان کننده مرزی مربوط به مولکولهای قطبی طویلی است که در ساختار روان کننده بکار می­روند و به آسانی به سطح فلز ملحق می­شوند و مانند یک فرش سطح فلز را می­پوشانند و سبب کاهش سرعت حرکت سطوح روی هم می­شوند و فشار سطوح را روی هم افزایش می­دهند.

روان کننده میکس

حد مطلوب این ویژگیهای روان کننده به عنوان روان کننده میکس نامیده می­شود. روان کننده میکس روان کننده ایست که حد مطلوب ویژگیهای روان کنندگی بندری و هیدرودیامیکی را با تنظیم خواص ذاتی و فیزیکی ماده روان کننده بدست مس­دهد. این روان کننده لایه ای با ویسکوزیته مطلوب و ضخامت مناسب بین دو سطح ایجاد می­کند که علاوه بر اعمال فشار قالب روی قطعه مورد نظر و فرم دهی آن از هدررفت انرژی و سایش و تخریب سوح جلوگیری می­کند.نکته قابل توجه اینست که  در این حالت لایه ای از روان کننده بین سطوح قرار می­گیرد ولی سطوح هنوز به اندازه کافی به هم نزدیک هستتند تا روی هم اثر بگذارند. این حالت حاصل فعالیت فیزیکی مولکولهای ترکیب ماده پایه روان کننده با مولکولهای افزودنی ها و بهبود دهنده هاست که بنام میکرو الاستو هیدرو دینامیک  نامیده می­شود. یکی از روان کننده های میکس که در فرایند کشش با بازده بالا بکار برده می­شود انواع صابون های کشش هستند که بطور گسترده ای در صنایع کاربرد دارند.

صابون کشش

به طور کلی  برای ساخت صابون کشش از دو دسته کلی مواد استفاده می­شود:

v    پایه روان کننده

v    اصلاح کننده ها و افزودنی ها

- مواد پایه روان کننده

معمولا صابون کشش  با پایه اسید چرب ساخته می­شود که بصورت صابون در می­اید.

برای ساخت صابون به برخی ویژگی ها و تقسیم بندی ها در انتخاب نوع اسید چرب و به طبع آن نوع صابون پرداخته می­شود.

انتخاب صابون بر اساس نقطه نرم شدگی صابون

نقطه نرم شدگی یا گستره نرم شدگی صابون گستره دمایی است که در ان صابون از حالت سخت و جامد به یک حالت الاستیک و ویسکوز در می­اید به طوری که هنوز مایع نشده است. این حالت تابع مستقیم دما و فشار است و برآمده از خواص ذاتی مولکولهای صابون است. بر اساس ساختار شیمیای صابون های بکار رفته در روان کننده معمولا گستره نرم شدگی از دمای 110 تا 260 درجه سیلسیوس قرار دارد. در بکارگیری نوع صابون برای کاربرد کشش باید دما و فشار در حین عملیات کشش در نظر گرفته شود و با توجه به گستره دمایی و فشار اعمال شده به قطعه از سوی قالب و دستگاه صابونی با گستره نرم شدگی مناسب انتخاب شود.

انتخاب صابون بر اساس انحلال

صابون های حاصل از واکنش اسید چرب با سود سوز اور که انحلال پذیر هستند.

صابون های حاصل از واکنش اسید چرب با لایم یا هیدروکسید کلسیم که نامحلولند.

با توجه به نحوه ساخت صابون و استفاده از افزودنی های بهبود دهنده خاصیت صابون و دمایی که روان کننده در ان بکار گرفته می­شود، از نوع محلول یا نامحلول در آب به عنوان پایه اصلی روان کننده استفاده می­شود.

تقسیم بر اساس مقدار اسید چرب

در بررسی صابونهای کشش مختلف با میزان اسید چرب با درصدهای متفاوت در همه انواع صابونهای کشش خواص مطلوب از صابون کششی حاصل می­شود که بیشتر از 70 درصد ان را پایه روان کننده یا همان صابون تشکیل داده باشد. در واقع استفاده از افزودنی ها با مقدار زیاد ممکن است اثر معکوس بر خواص مطلوب صابون داشته باشد.

انتخاب صابون بر اساس نوع اسید چرب

انتخاب نوع اسید چرب برای تهیه صابون اثر مستقیم بر خواص روان کننده دارد. برای انتخاب نوع اسید چرب از فاکتور تعیین کننده ای با عنوان تیتر اسید چرب بهره گرفته می­شود.

تیتر اندازه گیری است که مرتبط است با نقطه ذوب اسید چرب و ارتباط آن با مقدار سیرشدگی و توزیع وزن مولکولی هیدروکربن.تیتر به صورت یک عدد گزارش می­شود.

 این عدد با توجه به فاکتورهای همچون تغییر ابعاد ذرات صابون با تغییر دما سنجیده می­شود که عدد مطلوب تیتر برای روان کننده ها معمولا در گستره 52 تا 60 قرار دارد.

علاوه بر ویژگیهای مورد بررسی درباره صابون موارد زیر نیز در انتخاب روان کننده مناسب مورد بررسی قرار می­گیرد:

• ترکیب و جنس فلز تحت کشش
• شرایط سطحی سیم یا لوله (بدون پوشش، با پوشش، پوشش اولیه )
• دمای عملیات کشش
• سرعت فرایند کشش
• طرح قالب
• طرح ماشین و محدودیت های عملیات

با توجه به موارد ذکر شده برای انتخاب نوع اسید چرب در ساخت پایه صابون کشش برای ساخت روان کننده از استیارات سدیم به عنوان پایه استفاده می­شود. دلایل استفاده از این اسید چرب عبارتند از:

• گستره نرم شدگی از دمای 110 تا 260 درجه سیلسیوس
• پایداری مناسب در دماهای عملیات کشش
• توانایی استفاده از افزودنیهای محلول در آب برای بهبود خواص صابون به دلیل انحلال پذیری آن
• صرفه اقتصادی و در دسترس بودن اسید چرب
• خلوص قابل قبول اسید استیاریک برای ساخت صابون بعنوان ماده اولیه و بازده بالای واکنش با سود
• عدد تیتر بین 52 تا 60

- اصلاح کننده ها و افزودنی ها

برای حصول یک صابون کشش ایده آل که دارای روان کنندگی مطلوب باشد از ترکیبات شیمیایی استفاده می­شود که خواص روان کنندگی را بهبود بخشند و خواص نامطلوب روان کننده را به حداقل برسانند.

آنتی اکسیدانها، دترژنت ها، متال دی اکتیویتورها، ضد خوردگی ها ، بهبود دهنده های اصطکاک، گیرنده های فشار، گروههای آنتی فوم، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته، امولسیفایرها، گروههای کمپلکس کننده، گروههای چسبنده کننده، اصلی ترین  افزونی ها به روان کنده ها هستند.

مهم ترین افزودنی در تهیه صابون کشش بهبود دهنده های ویسکوزیته است. برای بهبود خواص صابون در گستره نرم شدگی و کاهش روانسازی مرزی و پایداری صابون در برابر عوامل بیرونی به پایه صابون مواد شیمیایی متفاوتی افزوده می­شود.