تاثير التصميم الهندسي في تحسين الخواص الميكانيكية للقناني الزجاجية

Abstract

الخلاصة تتعرض القناني الزجاجية الخاصة بحفظ المشروبات المختلفة والعصائر بعد تصنيعها وتعبئتها ولحين وصولها للمستهلك لكثير من الاجهادات الميكانيكية والحرارية, ويلعب الشكل الهندسي للقناني دورا مهما في تحديد المقاومة الميكانيكية لها. اجريت تجارب فحص الصدمة الحرارية والميكانيكية ومقاومة الانضغاط لمجموعة من قناني المشروبات بنوعيها الغازية وغير الغازية والعصائر ( عدد اثناعشر نوعاً ) المصنوعة من خلطة زجاج (صودا-لايم-سيليكا),اذ حسب وزن وسعة وسمك الجدار اضافة الى طول القنينة وقطر الكتف. أظهرت الفحوصات وجود علاقة حسابية بين طول القنينة وقطر الكتف واتضح ان افضل نسبة بينهما هي ان يكون نسبة الطول الى قطر الكتف (1:3) وأن لايزيد سمك الجدار عن (3) ملم في حالة ثبات الوزن الكلي للقنينة ليعطي القنينة قيم مقاومة اعلى .

مفتاح:- تاثير التصميم الهندسي في تحسين الخواص الميكانيكية للقناني الزجاجية .

المقدمة تشكل القناني الزجاجية المستخدمة لخزن المشروبات جزءا كبيرا من الاستعمالات اليومية وهي الأكثر انتشاراً في كل أنحاء العالم اذ تصنع هذه القناني من خلطة زجاج تسمى زجاج صودا – لايم - سيليكا (Soda- lime silica) وهو نفس النوع المنتج محليا في العراق. تخضع عملية تصنيع وانتاج القناني الزجاجية وبالاخص هذا النوع من القناني الى مجموعة من العوامل المهمة هي : الشكل الهندسي , الكتلة ,المتانة. تؤثر هذه العوامل الثلاثة على بعضها البعض بشكل مباشر, لذا نجد ان مصممي هذه القناني في معامل الإنتاج يعتمدون في حساباتهم الرياضية لتحديد شكل القناني على الكتلة , اذ ان عملية تقليل الكتلة ( الوزن) على سبيل المثال يقلل من المتانة ويقلل من عمر الاستخدام, اجريت بعدها مجموعة من التجارب والاختبارات الميكانيكية والفيزيائية على القنينة لتحديد متانتها مثل: فحص الصدمة الحرارية والميكانيكية ...الخ , وذلك كون بعض هذه القناني معرضة للغسل لإعادة التعبئة والآخر بحاجة لأن يكون سطحها صلداً وصلباً كي يقاوم عوامل النقل والمداولة وفي ضوء ذلك يتحدد الشكل الهندسي المطلوب لنسب طول العنق الى الكتف الى الجسم وطول او قصر الزجاجة . أجريت بحوث ودراسات عديدة حول موضوع تحديد الشكل الهندسي للقناني والتي تناولت الطرق المتبعة في تحسين خواص الصدمة الحرارية والميكانيكية للقناني الزجاجية وقد وضحت هذه الدراسات أهمية اختيار تصميم شكل القنينة والذي يعد عاملاً أساسيا في مقاومتها للتأثيرات الميكانيكية والفيزيائية والحرارية وبينت بأن تصاميم القناني القابلة للإرجاع مثل قناني الحليب تكون ثابتة قياسياً وتعد علامة تجارية بخلاف القناني غير القابلة للإرجاع . اما تأثير تركيب الزجاج على كفاءة إنتاج القوارير الزجاجية فقد وضحتها احدى الدراسات والتي بينت ان زيادة ثاني اوكسيد الألمنيوم والصوديوم في الخلطة تمنع من تكوين الحبال (cords) والبلورات (seeds) الزجاجية بينما زيادة نسبة اوكسيد الكالسيوم وثاني اوكسيد السليكون تعمل على العكس من ذلك .

الجزء العملي الفحوص المختبرية : 1- تحضير النماذج :- اشتريت (12) اثنا عشرة قنينة لأنواع من المشروبات الغازية وغير الغازية والعصائر , فرغت من محتوياتها وبعد غسلها وتجفيفها أجريت عليها قياسات السعة ( الحجم ملل) , الوزن (غم) , طول العنق (ملم) قطر الكتف (ملم) والطول الكلي (ملم) اضافة الى تعيين سمك الجدار والقاعدة (ملم) بعد كسر القنينة . 2- فحص الصدمة الحرارية : اجري هذا الفحص بحسب ماورد في المواصفة القياسية العراقية رقم (1499) عام 1992 لكل القناني ولعدد (3) دورة او صدمة اذ وضعت فيها القناني وهي فارغة بشكل عمودي داخل سلة الفحص , غمرت السلة في حمام مائي ساخن بدرجة حرارة 56-71مº (±1مº) بحيث ملئت القناني بالماء الساخن وبقيت بعد امتلائها في هذا الحمام مدة 15 دقيقة , نقلت بعدها السلة مع محتوياتها من القناني المملوءة الى حمام مائي بارد وغمرت فيه درجة حرارة ( 15-30 مº ) ±1مº وبقيت لمدة دقيقتين على ان يكون الفرق في درجات الحرارة بين الحمامين (41مº) وبعدها رفعت السلة بمحتوياتها من الحمام , فترة الانتقال للقناني من الحمام الساخن الى الحمام البارد تكون خلال (15±2) ثانية تفحص القناني بعدها لحدوث شقوق نافذة او كسر . 3- فحص الصدمة الميكانيكية : اجري الفحص بجهاز فحص الصدمة باستخدام البندول لاربعة نماذج لكل نوع من أنواع القناني الزجاجية التي سلطت قوة مباشرة من مطرقة حرة السقوط مثبت على رأسها كرة نصف قطرها 25,4 ملم تزن (600) غم فقط غيرت فيها مقدار زاوية السقوط ضمن الجهاز في كل مرة وهي اما بوحدات الجول او سم/ثانية ولحين تحطم القنينة وثبتت القيمة التي عندها تتحطم القنينة وكما في الجدول رقم (1).

ت نسبة الطول الكلي / قطر الكتف الصدمة الميكانيكية /جول 1 4 1.44 2 3 0.9 3 3 0.9 4 3 0.9 5 2 0.81 6 2 0.81 7 4 1.2 8 3 0.9 9 3 1.00 10 3 1.00 11 3 1.1 12 4 1.2 الجدول رقم (1) يبين فحوصات الصدمة الميكانيكية

4 - فحص قوة تحمل الانضغاط : أجري الفحص بإستخدام جهاز فحص مقاومة الانضغاط بعد وضع حلقة مطاطية على فوهة كل قنينة وذلك لنقل قوة الضغط من الجهاز الى الفوهة بشكل تماس مباشر وحجب تأثير الفراغ الداخلي للقنينة

المناقشة والاستنتاج أ‌- هناك علاقة حسابية بين قيمة المقاومة الميكانيكية للقناني مع نسبة طول القنينة الى قطر الكتف اذ ان افضل نسبة بينهما هي ان يكون الطول الى قطر الكتف بنسبة 1:3 ليعطي قيم مقاومة اعلى. ب‌- كل القناني الزجاجية نوع صودا- لايم تقاوم الصدمة الحرارية . ﺠ- المحافظة على سمك جدار القنينة بمقدار مابين 2-3ملم وان الأقل من ذلك يتسبب في ضعف وهشاشة القنينة والأكبر يتسبب في زيادة الاجهادات السطحية على القنينة بسبب عمليات التعبئة والنقل والتداول مؤدياً الى سهولة كسرها . د- الافضل ان يكون طول القنينة الى قطر الكتف ضمان الحصول على اكبر قدر من المتانة الميكانيكية ولكل انواع القناني .

المصادر 1-H.Rawson "Glass and their application " oxford , 1991 . 2-UK Glass Manufacture , Amass Balance study . British Glass 2003 . http://www.birtglass.co.UK/files/UK glass manufacture AMassbalance.Pdf 3-McMillan , P.F. "Journal of Material Chemistry ",Vol. 14, PP (ISO 6-1512) , 2004 .