جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- گرایش ساخت و تولید
موضوع: طراحی و ساخت دستگاه برش و اتصال پارچه‌های نبافته به روش نوین حرارت شعله با هدف تولید کیسه‌های خرید نبافته
استاد راهنما: دکتر سید محسن صفوی
استادان داور: دکتر محسن بدرسمای – دکتر مهدی کاروان
چیکده
در این پژوهش، یک دستگاه نوین برش و اتصال پارچه‌های نبافته به روش حرارت شعله با هدف تولید کیسه‌های خرید نبافته طراحی، ساخته و ارزیابی شد. هدف اصلی، توسعه روشی ساده، کم‌هزینه و قابل توسعه برای ایجاد اتصال حرارتی در پارچه‌های نبافته ترموپلاستیک و بررسی همزمان عملکرد فنی دستگاه، کیفیت مکانیکی اتصال، قابلیت نگهداری، ایمنی و امکان توسعه صنعتی آن بود. برای این منظور، ابتدا الزامات فنی و فرآیندی اتصال پارچه‌های نبافته و محدودیت‌های روش‌های متداول بررسی شد و سپس دستگاهی نیمه‌اتوماتیک با استفاده از شعله کنترل‌شده گاز بوتان به‌عنوان منبع انرژی حرارتی طراحی و ساخته شد. سامانه طراحی‌شده شامل سازه نگهدارنده، سیستم هدایت پارچه، مکانیزم حرکت نازل، سامانه حرارتی و تجهیزات کنترلی و حفاظتی بود. طراحی دستگاه با تأکید بر ساخت‌پذیری، مونتاژپذیری، سادگی تعمیر و امکان ارتقا به نسخه صنعتی انجام گرفت و در کنار آن، ارزیابی‌های فنی، اقتصادی، قابلیت اطمینان، نگهداری و پایداری نیز برای بررسی امکان بهره‌برداری از سامانه انجام شد.
برای ارزیابی عملکرد فرآیند اتصال، از پارچه نبافته اسپان‌باند پلی‌پروپیلنی با گرماژ 60 گرم بر مترمربع استفاده شد. نمونه‌ها در سه گروه شامل پارچه بدون درز، اتصال فراصوتی و اتصال شعله‌ای تهیه شدند. در فرآیند شعله‌ای، دبی جرمی گاز و سرعت حرکت نازل به‌عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شدند و اثر آنها بر رفتار مکانیکی اتصال بررسی شد. آزمون کشش نمونه‌ها مطابق استاندارد مربوطه انجام گرفت و شاخص‌هایی شامل تنش تسلیم، تنش نهایی، چقرمگی و راندمان درز استخراج شد. همچنین چگالی انرژی حرارتی مؤثر به‌عنوان شاخصی برای پیوند دادن انرژی ورودی به کیفیت اتصال مورد استفاده قرار گرفت. داده‌های حاصل پس از کنترل و پالایش، با استفاده از روش سطح پاسخ تحلیل شدند و اثرات اصلی و متقابل متغیرهای فرآیند بر پاسخ‌های مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که شرایط فرآیند شعله‌ای تأثیر قابل توجهی بر کیفیت و رفتار مکانیکی اتصال دارد و سرعت حرکت نازل، به‌ویژه در محدوده بررسی‌شده، از عوامل مؤثر در دستیابی به تعادل مناسب میان استحکام و چقرمگی است. نتایج بهینه‌سازی چندپاسخه نشان داد که در سناریوی منتخب، شرایط بهینه فرآیند شامل دبی گاز 1166/1 گرم بر دقیقه و سرعت حرکت نازل 23 میلی‌متر بر ثانیه بود و مقدار مطلوبیت کلی به 722/0 رسید. در این شرایط، مقادیر پیشبینی شده تنش تسلیم، تنش نهایی و چقرمگی به‌ترتیب 740/1 مگاپاسکال، 976/3 مگاپاسکال و 556/2 مگاژول بر مترمکعب به دست آمد. مقایسه اتصال شعله‌ای بهینه با نمونه مرجع بدون درز نشان داد که این اتصال توانست 4/98 درصد از تنش نهایی و 3/89 درصد از چقرمگی نمونه مرجع را حفظ کند. این نتایج بیانگر آن است که با کنترل مناسب انرژی حرارتی و سرعت حرکت نازل، میتوان اتصال شعله‌ای با استحکام و ظرفیت جذب انرژی قابل قبول ایجاد کرد. همچنین مقایسه با اتصال فراصوتی نشان داد که ارزیابی عملکرد اتصال تنها بر اساس یک شاخص مکانیکی کافی نیست و دستیابی به تعادل مناسب میان استحکام، تغییرشکل‌پذیری و چقرمگی اهمیت بیشتری دارد.
در مجموع، نتایج پژوهش نشان داد که روش پیشنهادی قابلیت ایجاد اتصال حرارتی مؤثر در پارچه‌های نبافته اسپان‌باند پلی‌پروپیلنی را دارد و دستگاه طراحی‌شده میتواند به‌عنوان یک راهکار ساده و قابل توسعه برای تولید کیسه‌های خرید نبافته مورد استفاده قرار گیرد. تلفیق طراحی دستگاه، کنترل پارامترهای فرآیند، ارزیابی مکانیکی، تحلیل آماری و بهینه‌سازی چندپاسخه، چارچوبی یکپارچه برای توسعه این فناوری فراهم کرد. یافته‌های حاصل میتواند مبنایی برای ارتقای سامانه حرارتی و کنترلی دستگاه، افزایش تکرارپذیری و نرخ تولید و همچنین بررسی دقیق‌تر ساختار و مورفولوژی ناحیه اتصال در مطالعات آینده باشد.
