جستجو در تالارهای گفتگو

استفاده از مغزی در كامپوزیت ها، پدیده جدیدی نیست. بیش از سه دهه است كه مغزی های فومی، بالسا و لانه زنبوری از مواد اصلی سازه های ساندویچی در بدنه و عرشه قایق ها می باشند و درصدها قطعه به كار رفته در ساخت و ساز، انرژی، زیر ساخت و حمل و نقل به چشم می خورند. در پنج سال اخیر نیز استفاده از مغزی در ساخت تیغه توربین های بادی رشد چشمگیری داشته است و این امر باعث شده كه كاربرد مغزی در سازه های ساندویچی دیگر نیز به طوری بی سابقه ای افزایش یابد. توسعه بازار استفاده از مغزی و تأثیر آن بر صنایع، نحوه تولید و كاربرد مغزی در سازه های كامپوزیتی را تغییر داده است. از طرف دیگر، تولید كنندگان مغزی و سازندگان لوازم مربوط به آن، برآنند تا مغزی جدیدی بسازند كه به وسیله آن بتوان توربین های محكم، سبك و ارزان تولید كرد. نیاز به استفاده از مغزی بر كسی پوشیده نیست. مغزی ها در تمام اشكال خود، چگالی كمی دارند، بنابراین جرم كمی هم داشته و نسبتاً ارزان می باشند. هر سازه ساندویچی، كه مغزی آن با شیشه/ رزین تقویت شده باشد، از انواع دیگر سازه ها كه موادی غیر از مواد مذكور در ساخت آنها به كار رفته باشد، در هر كیلوگرم مقاومت مكانیكی و سفتی بیشتری دارد. به علاوه مغزی های مختلف، از بالسا گرفته تا فوم ها و لانه زنبوری از لحاظ چگالی، شكل، فرآیند، هزینه و خواص فیزیكی تنوع زیادی دارند. تولیدكنندگان تیغه های توربین، نسبت به كیفیت این محصول حساس می باشند زیرا تیغه های بلندی تولید میكنند كه اغلب سنگین بوده و باید سال ها كار كنند. تولیدكنندگان توربین بعد از طراحی، تیغه های كامپوزیتی خود را از نوعی ترجیح دادند كه با آن تیغه های محكم تری ساخته شده بود. بیشترین مصرف كننده مغزی بروز بحرانن اقتصادی اخیر باعث شد كه به مدت پنج سال بخش انرژی بادی رشد یكنواختی داشته باشد با این حال در مقایسه با رشد تولید ناخالص ملی، در این بخش رشد بیشتری وجود داشته است. در زمینه انرژی بادی، آمریكا بیشترین رشد را نشان می دهد كه بخشی از این رشد، به دلیل افزایش قیمت در بازار انرژی و بخش دیگر به خاطر حمایت های دولت می باشد. گرچه بحران اقتصادی، فعالیت انرژی بادی را كند كرد، اما رخ دادهای زیادی حاكی از آن بود كه بخش تولید تیغه توربین از بزرگترین بخش های صنعت كامپوزیت در پنج سال اخیر بوده است. در سال 2008، آقای كریس رد، معاون تحقیقات شركت كامپوزیت ماركت ریپورتس (واقع در ایالت كانك تیكات انگلیس)، پیش بینی كرد تا سال 2017 درجهان 140،000 توربین با ظرفیت mw75% تا mw 5/2 ساخته خواهد شد كه تیغه های آنها از جنس كامپوزیت خواهد بود. این افزایش ظرفیت به تولید بیشتر این تیغه ها در سال 2006 انجامید. شركت های ال.ام ویند پاور و وستاس ویند سیستمز (در دانمارك)، زینمس ای.جی (در آلمان)، تی.پی.آی كامپوزیتس (در آریزونا)، گیمزا (در اسپانیا) و دیگر تولیدكنندگان توربین بادی، در سراسر جهان دارای تجهیزات ساخت توربین، موتور و تیغه می باشند. رشد تولید تیغه های توربین، نه تنها برای صنعت كامپوزیت و انرژی بادی تأثیرات مطلوبی داشته بلكه پیامدهای دیگری هم در بر داشته است. از آنجا كه این توربین ها باید به مدت 25 سال با كمترین فواصل تعمیر و نگهداری كار كنند، باید تیغه هایی ساخته شوند كه استانداردهای دقت عمل، وزن و ثبات كیفیت در آنها رعایت شوند و این خود از مهمترین پیامدهای افزایش تولید این تیغه ها می باشد، البته استانداردهای یاد شده در دهه قبل نیز وجود داشته اند اما امروزه در صنعت، كاربرد عملی پیدا كرده اند. آقای پیتر جورج، رییس مالی بخش رزین و مواد مغزی شركت گوریت (واقع در جزیره وایت انگلستان) و تأمین كننده تجهیزات مروبطه گفت:"كاربرد انرژی بادی از آنچه كه عوام به آن فكر می كنند پیش رفته و به سوی هدف اصلی صنعت یعنی ثبات كیفیت در حال حركت است". در صنعت كامپوزیت، بازار توربینهای بادی بزرگترین مصرف كننده مواد مغزی می باشد، بنابراین فناوری مواد مغزی از نیازهای این بازار میباشد. ویژگی های مغزی خوب در صنعت ساخت توربین، مغزی باید خصوصیاتی نظیر خرد شدن و كم حجم بودن را داشته باشد، ضمن اینكه باید با كیفیت مورد نیاز پروژه، تولید شود و در صنعت اتومبیل و هوافضا، مغزی باید حجم زیاد، كارایی بالا و كیفیت عالی داشته باشد. این تحول، بر زنجیره تولید تیغه و خود تولیدكننده مغزی كه بیشترین سهم را در این زنجیره دارد، فشار وارد می كند. در واقع، از یك طرف نوع و كیفیت موادی كه مغزی از آنها ساخته می شود و امروزه این مواد به طور اختصاصی برای ساخت تیغه های توربین تولید می شوند و از طرف دیگر، مقررات كنترل كیفیت كه توسط تولیدكنندگان تیغه توربین وضع شده اند، نشان دهنده این است كه صنعت ساخت توربین مصمم است محصولاتی با كیفیت و دوام بالا تولید كند. تولیدكنندگان توربین نیز مانند دیگر دست اندركاران كامپوزیت، مواد مختلفی را انتخاب می كنند و از آنها تركیبات مختلفی می سازند تا هم ارزان قیمت بوده و هم عملكرد خوبی داشته باشند. نوع مغزی بر چند استاندارد متریك تأثیر می گذارد كه عبارتند از: ضخامت و استحكام مكانیكی سازه ساندویچی و دوام و قیمت تیغه، بعضی انواع مغزی ها به سازه استحكام مكانیكی بیشتری می دهند اما گران هستند. انواع دیگر مغزی ارزان هستند اما از لحاظ مكانیكی مستحكم نیستند كه در هر دو صورت باید از سازه ساندویچی ضخیم تر استفاده كرد تا این عیوب برطرف شود. بعضی مغزی ها فقط مناسب سطوح صاف هستند، در حالیكه انواع دیگر مغزی، نظیر مغزی لانه زنبوری قابل تزریق نیستند . به علاوه تولیدكنندگان توربین از سیستم cam/cad، تحلیل اجزاء محدود (fea) و شبیه سازی استفاده می كنند تا موادی را كه در توربین ها بهتر كار میكنند، بشناسند و به این ترتیب در قسمت های مختلف تیغه توربین از مواد بهینه استفاده كنند. بعضی تولیدكنندگان تیغه، بالسا را به فوم ترجیح میدهند، در حالیكه دیگران فوم یا تركیبی از مغزی های مختلف را انتخاب می كنند. آقای دان ماریوت، نماینده بخش مهندسی پیشرفته تجهیزات مغزی شركت كری ایتیوفوم (واقع در ایالت میشیگان) اظهار داشت: اگر تیغه ای ساخته شود كه به خوبی كار كند، عوض كردن آن تیغه، تقریباً غیر ممكن است. هر شركتی كه در زمینه انرژی بادی كار می كند، تیغه توربین را به روش خود طراحی می كند و برای ساخت آن با تولیكنندگان تیغه قرارداد می بندد. به دلیل ماهیت انرژِی بادی و حجم زیاد تولیدات در صنعت ساخت توربین بادی، اغلب چندین تولیدكننده تیغه توربین، برای یك شركت تیغه ای بر اساس استانداردهای جهانی میسازند. مواد به كار رفته در هر تیغه، مختص تولیدكننده آن است و به صورت راز نگه داشته می شود، با این حال چون موادی كه یك تولیدكننده از آن استفاده می كند، تفاوت مهمی ندارد، می توان به نوع مغزی مورد استفاده و تغییرات احتمالی آن در محل و نحوه استفاده از آن پی برد. آنچه بدیهی است این است كه در عرض پنج سال اخیر، جنس، وزن، ساخت، نیازهای تولید و هزینه در قسمت های مختلف پوسته و شبكه كانال تیغه از مغزی های متفاوتی استفاده شده است. آقای گوریت جورج اظهار داشت:"می توان به طور نامحدود موادی را انتخاب كرد كه در ساخت مغزی از آنها استفاده شود. باید برای بهترین كاربردها، بهترین مواد را انتخاب كرد". مفاهیم رایج مغزی در چند سال اخیر چهار نوع مغزی كه در صنعت ساخت توربین بیشترین كاربرد را داشته اند، شناسایی شده اند. این مواد عبارتند از: بالسا، فوم استایرن اكریلو نیتریل (اس ای ان)، فوم پلی وینیل كلرید (پی وی سی) و فوم پلی اتلین ترفتالات. بالسا اولاً به علت ارزان بودن، ثانیاً به خاطر اینكه مغزی لانه زنبوری آن استحكام مكانیكی زیادی ایجاد می كند (فوت مكعب/ پاوند 5 الی فوت مكعب/ پاوند 15) و ثالثاً چون از منبعی مقاوم و تجدید پذیر نظیر درخت بالسا كه رشد سریعی دارد تأمین می شود، رایج ترین ماده مغزی میباشد. به علت استحكام و سفتی بیشتر تیغه هایی كه از تركیب چند ماده ساخته می شوند، این مواد تركیبی را در قسمت قاعده تیغه به كار می برند (تقریباً 10 متر اول یك تیغه 40متری) با این حال می توان آنها را در سراسر طول تیغه نیز مورد استفاده قرار داد. خواص مكانیكی بالسا به خاطر بافت ریز سازه ساندویچی آن است، اما اگر در سراسر تیغه از آن استفاده شود، نسبت به مغزی فومی تراكم و وزن بیشتری خواهد داشت. اگرچه تراكم ورقه بالسا متغیر است، ولی میانگین تراكم یك ورقه در حد تارانس سفتی نگه داشته می شود. با این حال، موقع تزریق بافت ریز سازه ساندویچی بالسا، رزین بیشتری جذب می شود و تیغه سنگین تر می شود. مغزی بالسا و مغزی فوم مثل هر مغزی دیگری باید در سطوح خمیده، زاویه دار شوند كه این امر باعث بروز شكاف ها یا چاك هایی در محل زوایای پدیده آمده در سطوح مغزی می شود. این چاك ها به جریان رزین كمك میكنند اما چون با رزین پر می شوند، باعث سنگینی تیغه می شوند. خوشبختانه در مرحله تزریق، چاك ها با رزین پر می شوند و فضای خالی كه به طور ناخواسته در سازه مغزی ایجاد شده بودند، برطرف می گردند. آقای جك لوگوس، مدیر فروش مغزی شركت نیدا (واقع در ایالت فلوریدا) ظهار داشت: "قیمت رزین یكی از دغدغه های مهم تولید كنندگان تیغه توربین های بادی می باشد. هر عاملی كه به كاهش قیمت سازه های ساندویچی كمك كند، به سود ما خواهد بود." مغزی ساخته شده از استایرین اكریلونیتریل (اس ای ان) و پی وی سی نسبت به بالسا تراكم كمتری دارند (تقریباً فوت مكعب/ پاوند 4) اما گران تر می باشند. مغزی های استایرن اكریلونیتریل (اس ای ان) و پی وی سی هردو فرمول گرماسخت دارند كه از سازه حفاظت می كنند اما باید ضخامت آنها دو برابر بالسا باشد تا با خواص فیزیكی بالسا مطابق شوند. در نتیجه در محل های نظیر 20 متری قاعده تیغه یا شبكه شیارها كه باید وزن در آن قسمت ها كم باشد ولی استحكام و سفتی قابل قبولی داشته باشند، از مغزی های فومی استفاده میشود. در مرحله تزریق، استفاده از هر نوع مغزی باید با كنترل جریان رزین همراه باشد تا مغزی خوب خیس شود. جریان رزین را می توان توسط ماشینكاری كانال های جریان رزین واقع در سطح مغزی انجام داد تا انتقال رزین به راحتی صورت پذیرد و رزین روی هر دو سطح مغزی به طور یكنواخت جریان پیدا كند. یكی از اشكالات مغزی نوع پی وی سی این است كه وقتی در فرایند پخت، پیش اغشته روی مغزی را می پوشاند، پف میكند و لایه های سازه ساندویچی ازهم باز میشوند. مغزی استایرن اكریلونیتریل (اس ای ان) و پی وی سی مثل مغزی بالسا باید علامت گذاری یا قطعه قطعه شوند تا بتوان آنها را ابزاركش كرد و با افزایش جذب رزین در چاك ها، قطعه سنگین شود. منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت