نمونه‌ای عملی از کاربرد روانکار‌های جامد

در حال حاضر، خطوط جابه‎جایی ریل‎ها در راه آهن چین از فولادهای کم کربن ساخته می‎شود و برای روانکاری آن از گریس استفاده می‎کنند[۱]. مدل دقیق جابه‎جایی خطوط آهن به صورت شماتیک در تصویر۱ نشان داده شده است.

کاربرد دی مولیبدن سولفات

تصویر ۱

برای گذر قطار به مسیر دلخواه، خطوط جابه‎جایی به سمت عقب حرکت می‎کنند و از سوی دیگر،  تحت نیروی P جابه‎جا می‎شوند. ضریب اصطکاک بین خطوط جابه‎جا شده و ریل در میزان نیروی P تاثیر گذار است.

گریس در فضای آزاد به علت تاثیرات ناشی از شرایط محیطی به سرعت خاصیت خود را از دست می‎دهد؛ از این رو اهمیت مراقبت و روانکاری خطوط بسیار قابل توجه است؛ از طرفی دیگر این امر موجب هدر رفتن نیروی انسانی و منابع، و حتی ایجاد آلودگی در اطراف خطوط راه آهن می‎شود. براساس اطلاعات استاتیکی به دست آمده، بالای ۱۰ درصد تصادفات حمل و نقل ریلی انگلیس۲ که به علت اشکال در عملکرد جابه‎جایی خطوط است، به دلیل شسته شدن گریس توسط باران و یا کثیف شدن آن توسط گرد و خاک ناشی از محیط پیرامون اتفاق افتاده است. بنابراین بسیار ضروری است که روانکاری خشک تحت پوشش ماده‎ای با ضریب اصطکاک پایین و خواص سایشی مورد نظر جایگزین روش قبل شود. این روش یکی از روش‎های راهبردی سیستم حمل و نقل ریلی چین برای افزایش بهره‎وری در حفظ سرعت قطار می‎باشد.

تحقیقاتی بر روی روانکاری خشک خطوط راه آهن در دو دهه قبل انجام شده که براین اساس دو روش کلی برای حل مشکلات ذکر شده داریم:

روش اول: از مواد خود روانکار به جای مواد خام در ساخت خطوط جابه‎جایی ریلی به کار گرفته شود.

روش دوم: برای بهبود عملکرد سایشی ، خطوط جابه‎جایی ریلی را با مواد خود روانکار بپوشانیم۳.

مواد کامپوزیت پلیمری ماتریس به علت اصطکاک کم برای این کار مناسب‎اند و امروزه در حال توسعه می‎باشند. اکثر کامپوزیت‎ها موادی مستحکم با اصطکاک کم می‎باشند.

خواص ترکیب گرافیت و دی سولفات مولیبدن MoS2

عامل کاهش اصطکاک، استفاده از پودر گرافیت و پودر دی سولفات مولیبدن (MoS2) می‎باشد. Gong et al4 و Zhang et al5 دریافتند که هر دو ماده‎ی پودر گرافیت و پودر دی سولفات مولیبدن (MoS2) بدون تفلون پلی تترا فلورو اتیلن (PTFE) زمانی که باهم ترکیب می‎شوند، تاثیراتی در کاهش ضخامت مواد دارند[۶].

علاوه بر این محققین کشف کرده‎اند که پودر گرافیت برخلاف پودر دی سولفات مولیبدن (MoS2) می‎تواند تاثیراتی بر کاهش اصطکاک نیز داشته باشد. Bahadur7 و Gong نیز دریافتند که روانکارهای خشک مانند تفلون پلی تترا فلورو اتیلن (PTFE) ، گرافیت و پودر دی سولفات مولیبدن (MoS2) در بیشتر پلیمرها استفاده می‎شوند و همه‎ی آن‎ها درکاهش اصطکاک و ضخامت، کاربردی هستند. برتری عملکرد آن‎ها در این امر به ترتیب، PTFE، گرافیت و MoS2 می‎باشد.

تحقیقات در این خصوص از سوی Suzuki8 و Prat حاکی از آن است که اثر جابه‎جایی PTFE بر روی سطح فولاد زمانی که PTFE در نقطه‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎‎ی مقابل قرار دارد در صورتی که MOS2 به صورت پراکنده روی سطح فولاد باشد، جابه‎جایی بالا می‎تواند مهار شود؛ در نتیجه در بهبود عملکرد سایشی تفلون  PTFE اثر بخش است.

Holinski9 نیز ثابت کرده است که پودر دی سولفات مولیبدن (MoS2) در کامپوزیت اپوکسی کاهش ضخامت دارد. محقق دیگری[۱۰,۱۱] ثابت کرده است که  پودر دی سولفات مولیبدن (MoS2) در کامپوزیت اپوکسی می‎تواند به واسطه یک واکنش تریبو شیمیایی همراه با رطوبت و اکسیژن به MoS3 تبدیل شود و  بدین ترتیب کاهش ضخامت ناشی از MoS2 از بین برود.

روش های بکارگرفته شده برای بهبود عملکرد پلیمرها در خطوط جابه جایی

تاکنون دو روش کلی برای پلیمرها در خطوط جابه‎جایی به کار گرفته شده است:

روش اول۱: بکار گیری پلی وینیل فلوراید تزریق شده در خطوط جابه‎جایی راه آهن برای بهبود عملکرد سایشی در جابه‎جایی خطوط.

روش دوم: همانطور که توسط Luo12 پیشنهاد شده است خطوط جابه‎جایی راه آهن را با مواد پلیمری برای کاهش اصطکاک بپوشانیم.

روش سوم: روشی که این مقاله پیشنهاد می‎کند، بکار گیری پوششی پلیمری است که ویژگی خود‎روانکاری برای بهبود عملکرد سایشی خطوط جابه‎جایی را داشته باشد. تا به حال، از بکارگیری این روش هیچگونه گزارشی نشده است. روکش پلیمری خطوط جابه‎جایی در سیستم‎های ریلی به علت هزینه پایین، سادگی و تکنولوژی در دسترس و بدون نیاز به ماشینکاری و مونتاژ، پتانسیل بالایی در بکارگیری گسترده دارد.

[۱] W. Shen, D.F. Cui, Y.J. Shi, Research and manufacture of self-lubricating switch glide, China Railway Sci. 19 (1998) 103–۱۱۰ (in Chinese).
[۲] D.M. Bishop, J. Chambers, Plastic dry bearings in switch slide baseplates, J. Permanent Way Inst. 12 (1992) 155–۱۷۳٫
[۳] M.R. De Spiegeleer, Railway switching points, Patent: US 4105175, 8 August 1978.
[۴] D.L. Gong, Q.J. Xue, H.L. Wang, Study of the wear of filled polytetrafluoroethylene, Wear 134 (1989) 283–۲۹۵٫
[۵] Z.Z. Zhang, Q.J. Xue, W.M. Liu, W.C. Shen, Study on friction and wear properties of metal sulfides and graphite filled PTFE composites, Acta Mater. Comp. Sin. 16 (1999) 58–۶۳ (in Chinese).
[۶] M.S. Shi, Polymer and metal lubrication materials, Manuf. Technol. Mach. Tools 11 (1996) 53–۵۶ (in Chinese). [7] S. Bahadur, D.L. Gong, The action of fillers in the modification of the tribological behaviour of polymers, Wear 158 (1992) 41– ۵۹٫
[۸] M. Suzuki, P. Prat, Synergism of an MoS2 sputtered film and a transfer film of a PTFE composite, Wear 225–۲۲۹ (۱۹۹۹) ۹۹۵– ۱۰۰۳٫
[۹] R. Holinski, Fundamentals of dry friction and some practical examples, Ind. Lubric. Tribol. 53 (2001) 61–۶۵٫
[۱۰] Q.J. Xue, W.M. Liu, The research progress in tribochemistry, Prog. Chem. 9 (1997) 311–۳۱۸ (in Chinese).
[۱۱] J.A. Wang, D.Y. Yu, J.L. Ouyang, Study on the mechanism of lubrication degradation and failure of MoS2 sputtered films stored in the moist air, Tribology 14 (1994) 25–۳۲ (in Chinese).
[۱۲] Y.Y. Luo, Research on the switch slide baseplates under the conditions of dry friction, J. Shanghai Tiedao Univ. 19 (1998) 37–۴۲ (in Chinese).