استاندارد های دانه بندی(مش بندی) ذرات ساینده

از زمانی که اندازه ذرات یک ماده در زندگی ما اهمیت پیدا کرد انسان کم کم به فکر تولید وسیله ای افتاد که با آن بتواند ذرات درشت تر را از ذرات ریزتر جدا کند.الک اولین و ساده ترین وسیله برای انجام این کار بود.شروع داستان الک کردن بر می گردد به مصر باستان.مصریان باستان از الک برای دانه بندی غلات برداشت شده استفاده می کردند اما در عصر امروزی الک از قرن 19 میلادی به طور جدی وارد صنعت شد و رفته رفته برای آن استاندارد تعیین شد.

اَلک (Sieve)

الک به وسیله‌ای گرد و دیواره‌دار، با سوراخ‌های ریز گفته می شود که البته در زبان فارسی کلمه های دیگری هم هستند که هم معنی کلمه الک هستند اما با کمی تفاوت.در زبان انگلیسی از کلمه sieve برای الک استفاده می شود.

الک (Sieve) :  وسیله‌ای گرد و دیواره‌دار، با سوراخ‌های ریز که برای جدا کردن ناخالصی گَردها و حبوبات به کار می رود

غربال (Sieve) : وسیله‌ای‌ با یک سطح سوراخ‌سوراخ، برای جدا کردن اجزای ریز‌و‌درشت حبوبات، آرد، گندم و امثال آن؛ نوعی الک با سوراخ‌های درشت‌تر

پرویزَن (Sieve) : واژه پارسی معادل غربال

سرند (Sieve) : نوعی غربال سیمی که برای جداسازی خاک و شن از یکدیگر به کار می‌رود

صافی (Strainer-Filter) : هر نوع ابزاری که به‌ وسیلۀ آن جامد را از مایع جدا کنند

مِش(Mesh)

از آنجایی که در قرن 19 میلادی صنعت به یکباره پیشرفت کرد، تولید کننده هایی که محصولشان به شکل پودر بود باید یک واحد اندازه گیری برای مشخص کردن اندازه ذرات تعیین می کردند و تنها وسیله برای تعیین اندازه ذرات الک بود.این واحد اندازه گیری به این صورت تعیین شد : “تعداد خانه های یک الک که در یک اینچ مربع جای می شوند”.نام این واحد اندازه گیری مِش نامیده شد و به دلیل اینکه ضخامت سیم های به کار رفته در الک ها با یکدیگر متفاوت بود بنابراین مش بندی های متفاوتی هم ارائه شد که تفاوت کمی با یکدیگر داشتند.

در مورد استاندارد الک، شناخته شده ترین کشورها انگلیس و آمریکا هستند.البته کشورهای دیگر هم استانداردهای مخصوص خودشان را برای الک دارند اما استانداردهای این دو کشور بیشتر استفاده می شود.ناگفته نماند که استاندارد جهانی برای الک هم تعیین شده که بیش از 20 کشور در تعیین آن نقش داشته اند.

در زیر به مهمترین استانداردهای به کار رفته در صنعت الک می پردازیم.

الک تیلور (Tyler Sieve)

قدیمی ترین شرکت آمریکایی در زمینه تولید الک شرکت W.S. Tyler است.این شرکت در سال 1872 توسط Washington S. Tyler تاسیس شد و در سال 1910 آزمایش های الک آن تبدیل به استاندارد آمریکا برای آنالیز ذرات شد.رفته رفته این استاندارد توسط کشورهای دیگر هم مورد استفاده قرار گرفت.

wstyler.com

ASTM (American Society for Testing and Materials)

یکی دیگر از استانداردهای آمریکا برای الک که حالت رسمی تری دارد استاندارد ASTM است.ASTM در سال 1898 توسط گروهی از دانشمندان و مهندسان به رهبری  چارلز دادلی برای حل مشکل شکستن مداوم ریل های راه آهن شکل گرفت.این گروه استانداردی را برای فولادی که در ساخت ریل ها استفاده می شد به وجود آورد.در سال 1902 نام این تشکل “American Society for Testing Materials” نامیده شد اما در سال 1961 این نام به “American Society for Testing And Materials” تغییر پیدا کرد.در سال 2001 گروه ASTM به طور رسمی نام خود را به “ASTM International” با شعار “استاندارد های جهانی” تغییر داد.در سال 2014 این گروه شعار خود را به “کمک به دنیایمان برای بهتر کار کردن” تغییر داد.امروزه این تشکل دفتر هایی در بلژیک،کانادا،چین،پرو و واشنگتن دارد.

www.astm.org

BSI (British Standards Institution)

این کمیته در سال 1901 توسط طراح تاور بریج لندن یعنی Sir John Wolfe Barry بنا نهاده شد.BSI اولین نهاد ملی استاندارد در دنیا است.اعضای اصلی BSI برای اولین بار در تاریخ 22 ژانویه 1901 یعنی روزی که ملکه ویکتوریا از دنیا رفت با یکدیگر دیدار کردند.یکی از اولین استانداردهایی که توسط BSI منتشر شد مربوط به بخشهای فولادی برای خطوط تراموا بود.

( ISO ( International Organization for Standardization

این سازمان در سال 1920 با نام International Federation of the National Standardizing Associations (ISA) شروع به کار کرد.در سال 1942 در خلال جنگ جهانی دوم فعالیتش متوقف شد.اما بعد از جنگ، ISA با یک طرح پیشنهادی به United Nations Standards Coordinating Committee (UNSCC) تازه تاسیس شده نزدیک شد تا یک نهاد جدید برای استاندارد گذاری جهانی شکل بگیرد.در اکتبر  1946 نمایندگان ISA و UNSCC از 25 کشور دنیا در لندن با یکدیگر ملاقات کردند و توافق کردند تا یک سازمان بین المللی جدید برای استاندارد گذاری بوجود بیاید.سازمان جدید کار خود را رسما در فوریه 1947 آغاز کرد.

www.iso.org

در جدول زیر، اندازه مش در استانداردهای مختلف بر حسب میکرون و میلی متر جمع آوری شده است اما قبل از خواندن جدول دو نکته حائز اهمیت است.

نکته اول : در کلیه جداول مربوط به استاندارد اندازه ذرات، اعداد ارائه شده دارای یک بیشینه و یک کمینه هستند و هیچ وقت یک عدد مشخص ارائه نمی شود اما برای راحتی کار، سایت های تولیدکنندگان مختلف یک عدد را در خانه های جداول قرار داده اند. بنابراین گاهی اوقات ممکن است شما در سایت های مختلف اعداد مختلفی ببینید که این مساله عادی است.

نکته دوم : برای مش های بالای 400 عملا هیچ الکی وجود ندارد و اعداد ارائه شده صرفا با انجام محاسبات به صورت تقریبی به دست آمده اند.

تا اینجای کار با استانداردهای مختلف در مورد الک آشنا شدیم اما کار ما با اندازه ذرات هنوز تمام نشده! در دنیا برای اندازه ذرات پودرهای ساینده نیز استاندارد جداگانه ای در نظر گرفته شده.شاید بپرسید وقتی در مورد الک ما استاندارد داریم و الک هم برای مشخص کردن اندازه ذرات است دیگر چه نیازی به استاندارد جداگانه ای برای ساینده ها است؟ دلیل این کار این است که اندازه پودرهای ساینده گاهی اوقات به 1 میکرون هم می رسد و ما برای اندازه های کمتر از 37 میکرون اصلا الک نداریم! همچنین در صنعت ساینده ها اندازه ذرات برای ما بسیار مهم است و گاهی اوقات اندازه ذرات ساینده باید دقیقا یک عدد مشخص باشد.از این رو برای این کار استاندارد جداگانه ای در نظر گرفته شده است.

مهمترین کشورهایی که در این زمینه استاندارد سازی کرده اند آمریکا،ژاپن و اروپا می باشد.البته مانند الک،کشورهای دیگر هم در زمینه ساینده ها استانداردهای مخصوص به خودشان را ساخته اند اما مهمترین آنها سه موردی است که به آنها اشاره شد.

در زیر به معرفی مهمترین استاندارد های موجود در زمینه ساینده ها می پردازیم.

استانداردهای رایج دنیا در صنعت ساینده ها

FEPA (Federation of European Producers of Abrasives)

FEPA اتحادیه تولید کنندگان ساینده ها در اروپا می باشد که در سال 1955 تاسیس شد.اعضای این اتحادیه شامل 7 اتحادیه اروپایی از جمله German Abrasives Association (VDS) و 220 تولید کننده دیگر می باشد.دفتر اصلی این اتحادیه در شهر کوربوآ در شمال پاریس واقع شده است.روش های اندازه گیری در استاندارد FEPA طبق استاندارد ISO 6344 می باشد.

www.fepa-abrasives.org

JIS (Japanese Industrial Standard)

استاندارد JIS استاندارد صنعتی ژاپن است که به وسیله وزارت خانه های صنعتی مربوطه تحت عنوان ضابطه استاندارد سازی صنعتی اعلام و در سال ۱۹۴۹ به طور رسمی به عنوان استانداردهای صنعتی ژاپن شناخته شد.زمینه اصلی تدوین استاندارد JIS در حوزه های مهندسی عمران، برق، مکانیک، متالورژی، شیمی، راه آهن و … است. همچنین در زمینه بسته بندی در بخش کالاهای اصلی نیز استانداردهایی تدوین و تهیه می کند.

استاندارد JIS عموماً به شکل JIS X YYYY:ZZZZ نوشته می شود، که X طبقه بندی زمینه های مختلف از A تا Z لاتین را نشان می دهد. YYYY یک عدد چهار رقمی یا بعضاً پنج رقمی است که شماره استاندارد JIS را نشان می دهد. ZZZZ نشان دهنده سال تدوین استاندارد است.(بر گرفته از سایت ایران مواد)

www.jisc.go.jp

ANSI (American National Standards Institute)

ANSI در سال 1918 وقتی 5 گروه مهندسی و 3 سازمان دولتی، American Engineering Standards Committee (AESC) را تاسیس کردند شکل گرفت.در سال 1928، AESC به American Standards Association (ASA) تغییر نام داد و در سال 1966، ASA مجددا سازماندهی شد و تبدیل به United States of America Standards Institute (USASI) شد.نام ANSI در سال 1969 بر این سازمان نهاده شد.

اکنون این نهاد زیر مجموعه (UAMA (Unified Abrasives Manufacturers’ Association که در سال 1999 تاسیس شده می باشد.سازمان CAMI (Coated Abrasives Manufacturer’s Institute) نیز زیر مجموعه ANSI می باشد.

www.ansi.org

در جدول زیر سه استاندارد مهم اروپا،آمریکا و ژاپن آمده است.نکته ای که وجود دارد این است که استاندارد اروپا برای ساینده ها به دو صورت است.یک مدل برای ساینده های باند شده (Bonded abrasives) هست که با حرف F نشان داده می شود و دیگری برای ساینده های پوششی (Coated abrasives) هست که با حرف P نشان داده می شود.

نکته : به دلیل اینکه ذرات ساینده اندازه کوچکی دارند برای بیان اندازه آنها از واحدهای میکرون (μ) معادل یک هزارم میلی متر و گاهی اوقات نانومتر (nm) معادل یک میلیونیم میلی متر استفاده می شود.

استاندارد ابَر ساینده ها (Superabrasives)

و اما آخرین استاندارد استانداردی است که برای ابَر ساینده ها (Superabrasives) تهیه شده است.منظور از ابر ساینده ها دو ماده است.یکی الماس (Diamond) و دیگری نیترید بور (Cubic Boron Nitride (CBN)).به دلیل داشتن بیشترین سختی به ابر ساینده ها معروف هستند و هر چیزی را می توان با آنها سایش داد.برای ابر ساینده ها سه استاندارد از همه مشهور تر است.ISO و ASTM و FEPA سه استانداردی هستند که بیشترین کاربرد را دارند و قبلا هم در مورد آنها توضیح داده شد.

نکته ای که در مورد استاندارد FEPA وجود دارد این است که کدهای این استاندارد شامل یک عدد همراه با یک حرف در ابتدای آن است به این صورت که برای الماس با حرف D شروع می شود و برای نیترید بور با حرف B .

جدول زیر سه استاندارد مهم ابر ساینده ها را درون خود جای داده است.اما نکته ای که وجود دارد این است که از آنجایی که ذرات ساینده کاملا کروی نیستند بنابر این یک قطر مشخصی هم ندارند.برای هر ذره کوچکترین قطر ممکن (narrow) و بزرگترین قطر ممکن (wide) را در نظر می گیریم.

چین یکی از بزرگترین تولید کننده های الماس مصنوعی در جهان است و عجیب نیست که برای خود استانداردی مجزا داشته باشد.استانداردهای چین توسط سازمان Standardization Administration of China (SAC) صادر می شود.این سازمان کار خود را از سال 2001 آغاز کرد.نمایش استانداردهای چین به دو صورت است، GB و GB/T.حروف GB از کلمه Guobiao به معنای “استاندارد ملی” و حرف T از کلمه tuījiàn به معنای “توصیه شده”می آید.برای استانداردهای الزامی از حروف GB و برای استانداردهای غیر الزامی و صرفا توصیه شده از عبارت GB/T استفاده می شود.نمایش استانداردهای کشور چین به این صورت است که پس از عبارت GB و یا GB/T یک عدد چند رقمی می آید سپس یک خط فاصله و بعد از آن سال انتشار آن استاندارد.مانند GB/T 20234-2015.

www.gbstandards.org

جدول زیر مربوط به استاندارد چین برای اندازه ذرات ابر ساینده ها می باشد.

توزیع اندازه ذرات (Particle size distribution)

مبحث مهم دیگری که در مورد اندازه ذرات مطرح می شود،توزیع اندازه ذرات است.برای درک این مفهوم فرض کنید یک کیسه سنگ کاملا گرد داریم.در این کیسه سنگ ما دارای سنگ هایی به قطر 1 سانتی متر،2 سانتی متر،3 سانتی متر و 4 سانتی متر هستیم.حال فرض کنید که می خواهیم با الک کردن سنگ های به قطر 3 سانتی متر را از دیگر سنگ ها جدا کنیم.اتفاقی که می افتد این است که علاوه بر سنگ های 3 سانتی متری،سنگ های 2 و 1 سانتی متری هم از الک عبور می کنند.پس در واقع پس از الک کردن سنگ ها، ما هم سنگ 3 سانتی داریم، هم 2 سانتی و هم 1 سانتی! حال فرض کنید اندازه ذرات ما زیر 37 میکرون باشد، چگونه می خواهیم بدون الک کردن ذرات را از یکدیگر جدا کنیم؟!

جواب بر می گردد به دستگاه تولید کننده پودر.هر چه دستگاه دقیق تر باشد اندازه ذرات پودر تولید شده نزدیک تر است به چیزی که می خواهیم و طبعا هر چه دستگاه دقتش پایین تر باشد مقدار پودر تولید شده ای که اندازه مورد نظر ما را دارد کمتر می باشد.شرکت های تولید کننده پودرهای ساینده برای اینکه اندازه ذرات پودر تولیدی خود را مشخص کنند از سه عبارت D50 ، D90 و D10 استفاده می کنند.

D10, D50, D90

مهمترین شاخص برای تعیین محدوده اندازه ذرات D10, D50, D90 می باشد.حرف D مخفف کلمه Diameter به معنی قطر است.فرض می کنیم که ذرات همه کروی شکل هستند و اندازه قطر آنها همان قطری است که برای تعیین D10, D50, D90 استفاده می شود.

به طور کلی دو مفهوم از سه عبارت D10, D50, D90 استخراج می شود.

مفهوم اول

اگر اندازه ذرات یک نمونه پودر را به ترتیب از کوچک به بزرگ کنار هم قرار دهیم آنگاه :

D10 یعنی قطری که وزن قطر های کوچک تر از آن شامل %10 وزن کل نمونه باشد و وزن قطرهای بزرگتر از آن شامل %90 وزن کل نمونه باشد.

D50 یعنی قطری که وزن قطر های کوچک تر از آن شامل %50 وزن کل نمونه باشد و وزن قطرهای بزرگتر از آن شامل %50 وزن کل نمونه باشد.به D50 “قطر متوسط جرم” نیز می گویند و معمولا وقتی صحبت از مش یک پودر است منظور همان D50 است یعنی متوسط قطر ذرات آن پودر.

D90 یعنی قطری که وزن قطر های کوچک تر از آن شامل %90 وزن کل نمونه باشد و وزن قطرهای بزرگتر از آن شامل %10 وزن کل نمونه باشد.

مفهوم دوم

نمودار توزیع حجم ذرات به نموداری گفته می شود که کل حجم ذراتی که یک اندازه مشخص دارند را (در یک نمونه) به صورت جداگانه به ما نشان می دهد.در این نمودار اندازه ذرات در محور افقی و حجم آنها در محور عمودی قرار دارد(خطوط آبی رنگ).

منحنی حجم تجمعی (خط قرمز رنگ) به ما می گوید که احتمال حضور یک ذره با اندازه مشخص به همراه ذرات کوچک تر از آن چه مقدار می باشد.به این صورت که محور افقی اندازه ذرات را به ما نشان می دهد و محور عمودی درصد احتمال حضور آن ذره و ذرات کوچک تر از آن را.پس از رسم این منحنی اندازه ذره ای که احتمال حضور آن و ذرات کوچک تر از آن %10 باشد بیانگر D10 است و اندازه ذره ای که احتمال حضور آن و ذرات کوچک تر از آن %50 باشد بیانگر D50 است و اندازه ذره ای که احتمال حضور آن و ذرات کوچک تر از آن %90 باشد بیانگر D90 است.

معنی برخی از کلمات رایج انگلیسی در مورد ساینده ها