آشنایی با مکانیک مواد مرکب (کامپوزیت)

[EN-EZEL 13039]

تارعنکبوت ، قوی ترین الیاف موجود در جهان

براساس مجموعه مقالات چاپ شده توسط آکادمی ملی علوم آمریکا ، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا و ارتش ایالات متحده در مطالعه تار عنکبوت به پیشرفت هایی دست یافته اند . پروتئینی که عنکبوت را قادر می سازد خود را آویزان کند و هم چنین به شکار طعمه کمک می کند نظر دانشمندان را به خود جلب کرده است . ملکول های این پروتئین بسیار کشسان و قوی هستند و به گونه ای طراحی شده اند که بتوان آن ها را کشید . تار عنکبوت را می توان تا سی الی پنجاه درصد طول اولیه اش بدون پاره شدن کشید . این ماده از فولاد محکم تر و از نظر استحکام با الیاف کولار قابل مقایسه است .

برمبنای مجموعه مقالات چاپ شده ، شمار نوشتارهای علمی درزمینه تارعنکبوت در دهه گذشته افزایش قابل توجهی داشته است . این افزایش به علت ویژگی های مکانیکی شگفت انگیز تارعنکبوت است . علاقه به تارعنکبوت در حالی است که مواد زیستی و بیومیمتیک دوزمینه بسیار قابل توجه و روبه روشد درزمینه پژوهش های مواد است .

دلیل توجه ارتش ایالات متحده به این ماده استفاده از آن در ساخت جلیقه های ضد گلوله و محافظ هاست . هدف عمده پژوهش های دانشگاه کالیفرنیا ، درک چگونگی چین خوردن این پروتئین و سازماندهی رشته تار عنکبوت است . پژوهشگران با استفاده از روش میکروسکوپ نیروی اتمی و یک کشنده مولکولی با تصویربرداری و کشش این پروتئین به سرنخ هایی دست یافته اند . این مشاهدات به پژوهشگران کمک می کند تا آن چه را هنگام تشکیل تارعنکبوت در غده تراوش تارعنکبوت رخ می دهد ، شبیه سازی کنند . آن ها دریافته اند که وقتی پروتئین باز می شود به صورت تکه تکه است . درضمن این پروتئین دارای پیوندهایی است که هنگام افزایش بار، باز شده و تغییر شکل می دهند ، این امر از الگویی پیروی می کند که دردیگر پروتئین های تحت بار کشف شده است .

تارعنکبوت دارای بخش های کریستالی و بخش های شبه لاستیکی کشسانی است . پژوهشگران دریافته اند که مولکولهای منفرد دارای هردوبخش هستند .

خلق مواد برتر با تقلید از عنکبوت

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس ( UCLA ) براین باورند که با مطالعه توانمندی عنکبوت ها در تنیدن تار می توان به راز تولید مواد قوی تر و بهتر پی برد . بنابراظهار نظر توماس هان ، استاد دانشگاه مکانیک و هوا فضا دانشگاه کالیفرنیا و فرانک کو استاد دانشگاه در کسل ، مهندسان می توانند با تقلید از قدرت عنکبوت در تنیدن تار ، فرایند طراحی مواد را بهبود بخشند . به این ترتیب آن ها می توانند کارآیی محصولات گوناگونی را از راکت تنیس گرفته تا بمب افکن استلیث بهبود بخشند . آزمایش های انجام شده توسط پرفسور کو نشان می دهند که تار عنکبوت در برابر تغییر خواص ، فوق العاده مقاوم است و می توان آن را در هوا یا زیر آب تنید .

الیاف تار عنکبوت و ظرافت آن – قطری در حدود 02/0 میکرون – برتری های فراوانی دارند . ویژگی های ذاتی تارعنکبوت برای مهندسان که در حال طراحی مواد برای مشتریان و بازار صنعتی هستند ، بسیار جذاب است . پرفسور هان می گوید : « به طور معمول می توان موادی فوق العاده قوی ساخت ولی با این کار چقرمگی کاهش می یابد . هم چنین می توان موادی با چقرمگی فوق العاده بالا ساخت ولی استحکام کاهش خواهد یافت . ترکیب این دو ویژگی همان گونه که در تار عنکبوت مشاهده می شود ، هدف ماست . »

پرفسور کوکه سال هاست عمر خود را صرف مطالعه الیاف عنکبوت کرده است ، در ژانویه 2002 به دوست و همکار قدیمی خود پرفسور هان در UCLA پیوست تا چند پروژه پژوهشی را رهبری کند . این پروژه ها تحت تأثیر ویژگی های چشمگیر تار عنکبوت تعریف شده اند .

به عنوان مثال پرفسور هان ، یک پلیمر را که با ذرات نانو متری تهیه شده توسط پرفسور ریچارد کانر در دانشکده شیمی دانشگاه کالیفرنیا تقویت می کند تا بتواند یک نانو کامپوزیت قوی تر با کارآیی بهتر بسازد . پرفسور هان با یک پلیمر پایه ( شبیه به ماده بیولوژیکی است که عنکبوت برای تنیدن تارش استفاده می کند ) آغاز کرده و ذرات نانو متری با ویژگی های مشخص را به آن می افزاید تا کامپوزیت هایی با کارآیی های گوناگون بسازد . پرفسور کو می گوید : « یک عنکبوت قدرت فوق العاده ای در تغییر ویژگی های تارش برای کارهای گوناگون دارد . این همان چیزی است که ما به دنبال آن هستیم . »

پرفسور هان توانست با افزودن نانو صفحات گرافیتی ، ماده ای با خواص الکترو مغناطیسی بهتر از جمله رسانایی بالا تهیه کند . این ویژگی در ساخت هواپیما بسیار مهم است . پرفسور هان می گوید : « دیگر نباید نگران امواج الکترو مغناطیس و بارهای الکترو استاتیک که با عملکرد اجزای الکترونیکی تداخل می کنند باشید . » او می افزاید : « اگر رعد و برق به بال هواپیما که با مواد ضعیف ساخته شده است برخورد کند یک سوراخ بزرگ در آن ایجاد می کند . » قابلیت افزایش کارآیی یک کامپوزیت صنایع گوناگون را بهره مند می سازد . پرفسور هان که مدت سی سال است با نیروی دریایی و نیروی هوایی آمریکا کار می کند ، اشاره می کند که محرکی قوی برای به کارگیری مواد با کارآیی بالا در صنایع هوا فضا وجود دارد . کاربردهای فضایی ، ماهواره ها و هواپیماهای استیلث همگی به دقت بالا ، کنترل حرارت ، کنترل سفتی ، پایداری و جذب رادار نیاز دارند . »

اگرچه بکارگیری ذرات میکرونی در طراحی مواد مدت های زیادی است معمول است ، پرفسور هان ذرات نانو متری را برای افزایش کارآیی مواد به کار گرفته است . او می گوید : « هنگام به کارگیری ذرات با اندازه میکرونی استحکام کاهش می یابد ، در حالی که با استفاده از ذرات نانومتری ، کارآیی هایی هم چون ویژگی های الکترو مغناطیسی ماده افزایش می یابند ، بدون این که استحکام آن دچار کاستی شود . »

پرفسور کو می گوید : « فن آوری نانو به ما اجازه می دهد به آن چیزی که تأثیر کوانتومی نامیده می شود ، دست یابیم . » این تأثیر کوانتومی است که علت افزایش کارآیی به صورت فزاینده ، سریع تر شدن واکنش های شیمیایی و حرکت الکترون ها و هدایت بهتر حرارت را توضیح می دهد . در مقیاس نانو ، به علت ریز بودن مواد و چسبندگی اتم ها ماده قوی تر می شود .

در حالی که پرفسور هان آزمایشاتی برای افزایش کارآیی نانو کامپوزیت ها انجام می دهد ، پرفسور کو روی الیاف و نانو کامپوزیت های به شکل الیاف کار می کند . پرفسور کو معتقد است یک وجه مهم تارعنکبوت ، شکل رشته ای آن است . در حالی که یک عنکبوت قادر است دسته ای از تارهای خود را بدون هیچ کوشش قابل ملاحظه ای تولید کند ، انسان باید فرآیندهایی همانند ریسندگی الکترواستاتیک یا الکترو ریسندگی را برای تولید الیاف در مقیاس نانو به کار گیرد .

فرآیند الکترو ریسندگی ، قابلیت ساخت الیافی با قطر کمتر از 100 نانو متر ، 1000 برابر نازک تر از موی انسان را داراست . برای ریسندگی یک پلیمر مایع با دستگاهی شبیه به سوزن روی یک صفحه متصل به زمین ، از بار الکتریکی استفاده می شود . این الیاف فوق العاده ظریف دارای خلل و فرج بسیاری بوده و سطح ویژه بالایی دارند ، از نظر تجاری و علمی نانو الیاف به شدت مورد توجه قرار گرفته اند .

به گفته پرفسور کو یکی از برتری های شکل رشته ای ، قابلیت فرم دهی آن به شکل دلخواه است . یک ورق صلب را نمی توان به هر شکلی در آورد ، در حالی که الیاف را می توان به شکل های هندسی گوناگون شکل دهی کرد .

به دلایل مشابه ، پرفسور هان از ذرات نانو متری برای افزایش ویژگی های یک پلیمر استفاده می کند . پرفسور کو می گوید : « نانو الیاف به جهات مختلف از الیاف میکرونی بهترند . نانو الیاف سطح بیشتری برای کارکردن دارند . هنگامی که شما ماده ای با قطر بسیار کم در اختیار دارید ، سطح زیادی برای واکنش شیمیایی در اختیار دارید . یعنی وقتی ضخامت بسیار کم باشد ، با مقدار ماده مساوی ، قابلیت واکنش ماده با دیگر مواد بهتر است . »

کاربردهای بالقوه مواد ساخته شده با نانو ذرات ، طیف وسیع و شناخته شده ای دارند . این کاربردها عبارتند از کامپیوترهای همراه ، مخازن ذخیره انرژی هیدروژنی و دارو رسانی . حوزه الکتریک نیز تحت تأثیر نانو ذرات قرار گرفته است . سیم ها و لوازم الکترونیک کوچک تر شده اند ولی به لحاظ قدرت و سرعت رشد یافته اند . سازندگان لوازم صنعتی نیز فن آوری نانو را برای ساخت لوازم ورزشی از جمله راکت تنیس به کار می گیرند .

پرفسور کو می گوید : « ممکن است عنکبوت ها هنوز پاسخ های بیشتری برای مهندسان در زمینه ساخت مواد برتر و محصولات بهتر داشته باشند . » پرفسور کو ، تار عنکبوت را یکی از جذاب ترین مواد موجود در طبیعت می داند . به گفته او می توان از عنکبوت ها نکات بیشتری را فرا گرفت و هنوز رازهایی برای حل باقی مانده است .

منبع: فصلنامه كامپوزيت

[EN-EZEL 13039]

بهينه سازي ورق هاي كامپوزيت با استفاده از الگوريتم ژنتيك قاسمي محمدرضا*,پيله وريان خسرو * گروه مهندسي عمران، دانشكده مهندسي، دانشگاه سيستان و بلوچستان بهينه سازي سازه ها يعني طراحي آنها به صورتي كه هم مسايل فني رعايت شوند و هم كمترين وزن و هزينه اجرايي را داشته باشد. در سالهاي اخير استفاده از مواد مرکب چندلايه در ساخت سازه هاي مکانيکي، فضايي، دريايي و خودروسازي افزايش يافته است. يکي از دلايل عمده استفاده از اين مواد، مقاومت بسيار زياد به همراه وزن کم آنها مي باشد. از اهداف اين تحقيق طراحي بهينه يک ورق مرکب چند لايه با کمترين وزن و هزينه ممکنه است، به طوري که صفحه بيشترين بار ممکن را تحمل نمايد تا به مرحله گسيختگي نهايي برسد. معيار گسيختگي در اين تحقيق معيار تساي-هيل مي باشد. تابع برازندگي که به صورت چند هدفه است، ترکيبي از وزن، هزينه و بار گسيختگي نهايي مي باشد. بنابراين مساله در اينجا يک مساله کمينه سازي و بيشينه سازي بطور همزمان مي باشد - كمينه سازي وزن و هزينه و بيشينه سازي بار گسيختگي نهايي. متغيرهاي طراحي در اين مساله متشكل از ضخامت، زاويه الياف و جنس براي هر لايه مي باشند كه مي توانند به صورت پيوسته يا گسسته در نظر گرفته شوند. تغييرات ضخامت به صورت پيوسته و تغييرات زاويه الياف و جنس به صورت گسسته مي باشند. تعداد لايه ها ثابت در نظر گرفته مي شود و براي تحليل ورق از روش تئوري کلاسيک چندلايه ها استفاده مي گردد. از اهداف اصلي اين تحقيق چگونگي تلفيق توابع كمينه سازي و بيشينه سازي چند هدفه بطور همزمان و نيز بدست آوردن بار گسيختگي نهايي صفحه- باري كه تحت آن بار همه لايه ها و نه فقط اولين لايه گسيخته شود. اغلب برنامه هاي بهينه ساز با دو اشكال عمده همگرايي موضعي وعملکرد با متغيرهاي گسسته مواجه هستند. لذا دستيابي به ابزاري که بر مشکل مذکور غلبه کند, ضروري به نظر مي رسد. الگوريتم وراثتي كه يكي از روشهاي بهينه سازي الهام گرفته از طبيعت است، بر اين مشكل فايق آمده است. به منظور نيل به اهداف فوق اقدام به تهيه نرم افزاري گرديده كه كليه مراحل تحليل، طراحي وبهينه سازي صفحات كامپوزيت را با در نظرگرفتن شرايط اخير بوسيله الگوريتم وراثتي انجام مي دهد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه با يک ترکيب قابل قبول از لحاظ وزن و هزينه، يک صفحه کامپوزيت قادر به تحمل بارهاي بسيار بزرگي از نظر مقدار مي باشد.

كليد واژه: الگوريتم ژنتيك، ورق هاي كامپوزيت، تابع چند هدفه، كمينه سازي و بيشينه سازي همزمان

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[EN-EZEL 13039]

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :

 

1- روش های تولید ساده لایه چینی دستی و پاششی که شامل روش های تولید با قالب باز هستند . تیراژ دراین نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .

 

2- روش های تولید خاص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می گیرند .

 

3- روش تولید قطعات صنعتی SMC ، BMC ، RTM ، GMT ، LFT و ... که روش های LFT و GMT مربوط به گرمانرم ها و روش های RTM ، BMC و SMC مربوط به گرما سخت ها هستند .

 

بازار تولید قطعات صنعتی در اروپا در سال 1999 معادل 352 هزارتن بوده که سهم هریک از این روش ها به صورت زیر است :

 

SMC : 190 هزارتن معادل 54 درصد

 

BMC : 90 هزارتن معادل 6/25 درصد

 

LFT و GMT : 42 هزارتن معادل 9/11 درصد

 

RTM : 30 هزارتن معادل 5/8 درصد

 

 

 

1- روش تولید SMC

 

 

 

Sheet Moulding Compoundیا SMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه بین 60- 20 درصد است که معمولا ً از پنج ماده اصلی زیر تشکیل شده است :

 

- رزین پلی استر غیر اشباع ویژه SMC که دارای یک پیک گرمازا بین 290-220 درجه سانتی گراد است .

 

- افزودنی LS , LP

 

- الیاف شیشه معمولا ً از نوع رووینگ

 

- پر کننده کربنات کلسیم ، کائولن و هیدروکسید آلومینیوم

 

فرآیند تولید قطعه SMC شامل سه مرحله است :

 

تهیه ورق یا لایه SMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه ورق SMC به این شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن و با دور بالا مخلوط می شوند . پس از آن که خمیر حاصله به گرانروی مناسب رسید ، غلیظ کننده Thickener به آن اضافه می شود . خمیر حاصل به وسیله پمپ ، به دستگاه تولید ورق SMC منتقل و بر روی دو لایه فیلم پلی اتیلنی ، به عنوان فیلم حامل Carrier ، ریخته می شود . میزان خمیر به وسیله دو تیغه قابل تنظیم است . سپس الیاف شیشه به طول 25 میلی متر 50-12 میلی متر بریده شده و به صورت منظم بر روی خمیر ریخته می شود . لایه حاصل همراه با فیلم دیگر که فقط شامل خمیر است و فاقد الیاف است تشکیل یک لایه را می دهند . پس از عبور از یک سری غلتک ، الیاف به صورت کامل با خمیر آغشته می شود ، سپس ورق بسته بندی می شود . پس از حدود سه الی پنج روز محصول آماده عملیات قالب گیری است . لایه های SMC برش خورده ، درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته شده و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت قطعه درون قالب محصول تولید می شود .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed دردو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن به وسیله الکتریسیته یا روغن .

 

مزایای این روش ، تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول ، قیمت پایین محصول تمام شده و مشخصات مکانیکی یکنواخت با تلرانس 6 درصد بوده و معایب آن ، نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها است . روش SMC به طور گسترده ای در صنایع الکتریکی به کار می رود . میزان مصرف اروپا در سال 1999 معادل 82 هزار تن تابلوهای برق ، قطعات الکتریکی ، محفظه چراغ بزرگراه و اتوبان بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع الکتریکی ، نارسانایی الکتریکی ، پایداری در حرارت بالا ، عدم نیاز به رنگ آمیزی ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی ، مقاومت مکانیکی زیاد ، مقاومت شیمیایی ، پایداری ابعادی ، قابلیت بازیافت و آزادی عمل در طراحی است .

 

این روش در صنعت حمل و نقل نیز کاربردهای فراوانی دارد . میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 67 هزار تن شامل بدنه خودرو ، قطعات با استحکام زیاد ، بدنه قطارهای سریع السیر ، قطعات کامیون و اتوبوس بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع حمل و نقل وزن کم محصول ، پایداری ابعادی ، آزادی عمل در طراحی ، توانایی تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه کم سرمایه گذاری نسبت به تولید قطعه فلزی ، سرعت عمل در مونتاژ ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی و تولید قطعه با ضخامت های متغیر است .

 

روش SMC در صنعت ساختمان نیز به کار گرفته شده است . به طوری که میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 41 هزارتن شامل ساخت پانل های ساختمانی ، حمام آماده ، صندلی ، میز و سایر موارد بوده است .

 

 

 

2- روش تولید BMC

 

 

 

Bulk Moulding Compound یا BMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه است که طول الیاف در آن 6 میلی متر 12-4 میلی متر و میزان الیاف در خمیر بین ده تا حداکثر بیست درصد است . فرآیند تولید قطعه BMC شامل سه مرحله است . تهیه خمیر BMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه خمیر BMC بدین شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن با دور بالا مخلوط و پس از این که خمیر به دست آمده به گرانروی مناسب رسید به مخلوط کن دیگری از نوع دو باز و با تیغه Z پمپ می شود . سپس به آن غلیظ کننده Thickener و الیاف شیشه به طول 6-4 میلی متر اضافه و مخلوط می شوند . خمیر حاصل درون فیلم پلی اتیلنی بسته بندی می شود و پس از حدود سه الی پنج روز ، محصول آماده عملیات قالب گیری است . تکه های BMC آماده درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت درون قالب ، قطعه تولید می شود .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن بوسیله الکتریسیته یا روغن .

 

مزایای این روش عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول و بهای کم محصول تمام شده و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد در عملیات پیچیده بازیافت نسبت به گرمانرم ها است .

 

 

 

3- روش تولید GMT

 

 

 

Glass Mat reinforced Thermoplastic یا GMT ترکیبی از خانواده گرمانرم های معمولا ً پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه اند که در آن الیاف شیشه به صورت مت یا تک جهته استفاده می شود . فرآیند تولید قطعه GMT شامل چهار مرحله است : تهیه الیاف مت مخصوص GMT ، تهیه ورق GMT ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . در این روش یک blank GMT گرمانرم PP درون کوره قرار داده شده و جهت آماده سازی عملیات قالب گیری گرم می شود . سپس با قرار دادن آن درون قالب و بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله ، قطعه تولید می شود .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 500-200 ، مرحله دوم mm/s 20-10 و قابلیت اعمال فشار دریک مرحله ، قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت و کوره از نوع هوای گرم یا مادون قرمز .

 

مزایای روش GMT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت متوسط محصول و امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

 

 

 

4- روش تولید LFT

 

 

 

روش های مختلفی وجود دارد که اساس همگی آنها ترکیب زمینه پلی پروپیلن یا انواع دیگر گرمانرم ها با الیاف شیشه بلند درون اکسترو در طی دو مرحله و سپس آماده سازی آن و قرار دادن ورق آماده درون پرس ، بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله است .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : اکسترودر ، پرس هیدرولیک و قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت .

 

مزایای روش LFT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت کم محصول ، امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

 

 

 

5- روش تولید RTM

 

 

 

تزریق رزین به داخل یک قالب بسته معمولا ً قالب کامپوزیتی که الیاف شیشه ویژه این روش قبلا ً درون آن قرار گرفته است .

 

تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از : قالب بسته معمولا ً از جنس کامپوزیت ، دستگاه تزریق رزین ، دستگاه خلأ ، بالابر و لوازم مناسب برش و یا شکل دهی الیاف .

 

از مزایای روش RTM می توان به ساخت قطعات با ابعاد بزرگ ، نیاز به سرمایه گذاری اولیه کم قالب و تجهیزات ، قابلیت تولید قطعه با کیفیت سطحی A و مشخصات مکانیکی مناسب و از معایب آن به عدم قابلیت تولید قطعات پیچیده ، قیمت تمام شده متوسط جهت محصول ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها اشاره کرد .

 

 

 

منبع : فصلنامه كامپوزيت

[EN-EZEL 13039]

پرس توليد قطعات کامپوزيت

 

 

مشخصات

این پرسها از نوع چهار ستونه بوده، بطوريکه ستونها چهار قطعه اصلی پرس را که بطور دقیق ماشینکاری شده اند، به یکدیگر متصل می نماید.

به منظور طول عمر بالا و حرکت یکنواخت و دقیق، تمامی سطوح سایشی دستگاه سختکاری شده و سنگ خورده می باشد و توسط پلاستیکهای ضد سایش پوشیده شده است.

ریلهای دستگاه دارای سیستم روغنکاری اتوماتیک می باشند.

دستگاه به سه صورت میز ثابت،میز یک طرف یا دو طرف متحرک جهت کاربردهای خاص ساخته می شود

استفاده ازسیستم کنترلPLC ، شیر پروپرشنال و خط کش الکترونیکی توانایی تنظیم پارامترهای متفاوت از جمله تنظیم سرعت حرکت و فشار در بازه های متفاوت از طریق صفحه نمایش فراهم گردیده است.

به منظور سهولت درنصب و تعویض قالب، شیارهای T مناسب در صفحات پرس تعبیه گردیده است.

[EN-EZEL 13039]

مزایای استفاده از کامپوزیت در صنعت ساختمان ایران

 

مواد مرکب با خواص بهینة خود بازار وسیعی را در سراسر جهان به خود اختصاص داده­اند. طبق آمار، میزان مصرف فولاد آمریکا در سال ۱۹۹۰ کمتر از سال ۱۹۶۰ شده است درحالی که تولید ناخالص ملی آن در همین سال ۲.۵ برابر بیشتر از سال ۱۹۶۰ بوده است. ظهور و رونق تکنولوژی مواد مرکب نیز درست در همین دورة زمانی بوده و یکی از مهمترین دلایل کاهش مصرف فولاد در جهان می‌باشد. از آنجا که صنعت ساختمان بزرگترین مصرف کنندة محصولات مواد مرکب می­باشد، در گفتگویی با مهندس موسوی از اعضای مؤسسة کامپوزیت ایران به بررسی زوایای این مسأله پرداخته شده است:

سوال: ضمن تشکر از شما، جایگاه کامپوزیت­ها را در صنعت ساختمان چگونه می­بینید؟ مهندس موسوی: باید گفت کامپوزیت­ها مزایای بسیار زیادی دارند: دارای مقاومت بسیار بالا و وزن بسیار اندک هستند، کاربری آنها بسیار ساده است و نیاز به تخریب تعمیراتی سازه یا متوقف کردن عملکرد سازه ندارند و در مقابل خوردگی­ها نیز بسیار مقاومند. با در نظر گرفتن همة این خصوصیات و با توجه به مشکلات ساخت­وساز، استفاده از آنها اجتناب ناپذیر است. این مواد در صنعت ساختمان کاربرد وسیعی دارند که می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

1. تعمیر و تقویت خارجی سازه­ها: سازه­های ساختمانی مخصوصاً سازه­های بتن آرمه در هنگام اجرا یا بهره­برداری به دلایل مختلف از جمله ضعف اولیه یا عمر زیاد تحت اثر عوامل مختلف محیطی یا مکانیکی تضعیف می­­­شوند. روش­های سنتی تقویت این سازه­ها دارای دو مشکل اساسی هستند: اولاً در اجرا بسیار مشکل­ساز می­باشند. چرا که برای تقویت مثلاً یک ستون به کمک غلاف بتنی باید قسمتی از سازه تخریب موضعی شود تا قطعات فولادی لازم در سازه جاسازی شوند و سپس بتن­ریزی انجام گیرد که بسیار پردردسر و گاه غیرممکن است. ثانیاً با توجه به مشکلات رایج در ساخت بتن، احتمال آنکه قسمت­های تقویت کننده نتوانند در هنگام اجرا به گونة مناسب با سازة در دست تعمیر هماهنگ شوند وجود دارد، که در صورت وقوع چنین امری سازه انتظارات مورد نظر را برآورده نخواهد کرد.

 

2. ساخت سازه­های تمام کامپوزیت: حتی در کشورهایی همچون مالزی، ساخت سازه­های تمام کامپوزیت از قبیل گنبدها آغاز شده است. در ایران نیز سازه­های گنبدی شکل وجود دارند که وزن بتن مورد نیاز برای ساخت آنها بالغ بر 70 هزار تن خواهد گردید و اگر آنها را از کامپوزیت بسازیم وزن آنها تا یک سوم تقلیل می­یابد. به این ترتیب علاوه بر اجرای ساده، مقادیر معتنابهی در هزینة زیرسازی صرفه­جویی می­گردد و علاوه بر آن عمر سازه نیز با توجه به مقاومت کامپوزیت­ها در برابر شرایط محیطی مختلف افزایش می­یابد.

 

3. تعمیر و تقویت داخلی سازه­ها: در مناطق جنوب و شمال کشور، به دلیل زیاد بودن رطوبت و سایر مواد خورنده، آرماتورهای فلزی بتن، دچار پوسیدگی زودهنگام می­شوند که این خود باعث کاهش مقاومت آرماتور و ترک برداشتن و گسیختن بتن در اثر ازدیاد حجم آرماتورهای پوسیده می­گردد. در چنین شرایطی آرماتورهای کامپوزیتی تولید شده توسط فرایند پالتروژن می­توانند پاسخگوی مناسبی به این مسئله باشد. همچنین گاه برای افزایش استحکام فشاری و کششی ملات­های سیمان یا بتن، از الیاف کوتاه کامپوزیت­ها در ترکیب با ملات یا بتن مورد نظر استفاده می­شود. به این ترتیب می­توان از عملکرد مناسب سازه اطمینان حاصل کرد.

سوال: لزوم کاربرد کامپوزیت­ها را در صنعت ساختمان کشورمان چگونه می­بینید و موسسه کامپوزیت ایران در این راستا چه گام­هایی برداشته است؟

 

مهندس موسوی: جدای از مواردی که در پاسخ به سوال قبل اشاره شد، باید توجه داشته باشیم که ایران نیز همچون ژاپن روی خط زلزله واقع شده است. دولت ژاپن پس از زلزلة هولناک سال 1923 که 143 هزار نفر از مردم شهرهای توکیو و یوکوهاما را به کام مرگ فرستاد، به فکر تقویت ساختمان­های شریانی که به هنگام خطر در امدادرسانی نقش حیاتی دارند، افتاد. مطالعات و تحقیقات فراوانی جهت مستحکم­سازی بیمارستان­ها، آتش­نشانی­ها و مراکز رادیو و تلویزیون صورت پذیرفت و در این راستا حتی اقدام به ساخت و تست کردن نمونه­های مقیاس کامل سازه نمودند.

 

لازم به ذکر که اثر زلزله بر سازه، با وزن سازه تقریباً نسبت مستقیم دارد و هر چه سازه سنگین­تر باشد، اثر زلزله نیز بیشتر می­گردد. به این ترتیب چون در روشهای سنتی تقویت سازه، وزن قسمتهای تقویت شده حدوداً 1.5 الی 2 برابر می­گردید، دنیا به کامپوزیت­ها که نسبت مقاومت به وزن بسیار بالا و کاربری ساده­ای دارند، روی آورد و از حدود 30 سال پیش استفاده از آنها به عرصة عمل کشیده شد.

 

در کشور زلزله­خیز ما نیز سازه­های بتنی چه در مرحلة اجرا و چه در مرحلة بهره­برداری، در اثر بارهای مکانیکی یا عوامل محیطی تضعیف می­گردند و نیاز مبرم به تقویت دارند. در راستای پاسخ­گویی به این نیاز، پروژه­ای تحت عنوان بررسی رفتار تیرهای بتن آرمه تعریف شد و برتری کاربرد تیرهای تقویت شده با کامپوزیت نسبت به نمونه­های تقویت نشده به 3 روش حل عددی، تحلیلی و تست آزمایشگاهی به اثبات رسید. این موضوع به عنوان اختراع نیز ثبت گردیده، در کنفرانس بین­المللی بتن و توسعه در ایران و کنفرانس مشابهی در هنگ­کنگ به صورت مقاله ارائه شد.

 

هم­اکنون پروژه­هایی در کشور هستند که در همان مراحل اولیه قبل از بهره­برداری به صورت مناسب اجرا نشده­اند و ناچارند به علت عدم استحکام مناسب یا کارا نبودن روش­های سنتی جهت تقویت، بنا را کاملاً تخریب کنند. به­عنوان مثال در پروژة یک بنای ده طبقه در تهران، پیمانکار طرح، طبقات زیرین را بسیار ضعیف اجرا می­کند که در نتیجه پس از پایان طبقة هشتم، آثار تزلزل در ساختمان پدیدار می­شود و به ناچار به استفاده از کامپوزیت­ها روی می­آورد.

 

همچنین بحث تقویت با کامپوزیت­ها منحصر به سازه­های بتن آرمه نبوده و می­تواند در لوله­های انتقال نیز به کار گرفته شود. به طور مثال لوله­های انتقال گاز غالباً دچار مشکل خوردگی می­گردند و امروزه یکی از روشهای مناسب تعمیر در دنیا، استفاده از کامپوزیت­ها می­باشد. یا مثلاً مواردی پیش می­آید تا لوله­ای که جهت انتقال سیال با دبی کم استفاده شده است به دلایل مختلف از قبیل رشد جمعیت با یک لولة فشار بالا تعویض شود و در اینجاست که می­توان تنها با تقویت لوله از هزینه­های اضافی تعویض لوله جلوگیری نمود.

 

مورد دیگری از تقویت با کامپوزیت­ها را در صنایع حمل و نقل و به­طور خاص بحث تراورس راه آهن می­توان­ یافت. در کشور ما سالیانه مقادیر بسیار زیادی تراورس راه آهن تعویض یا بهسازی می­گردد و این جدای از هزینة هنگفت بستن خط و تغییر ریل­ها و زیرسازی­های لازم است. اما اگر همین تراورس­ها با کامپوزیت تقویت شوند عمر 7 سالة تراورس­ها را تا 30 سال می­توان افزایش داد و در ازای پرداخت هزینة اولیة دو یا سه برابر، هزینة تعمیر و تعویض تا 4 برابر کاهش می­یابد و در نهایت صرفة اقتصادی دارد. (پایان گفتگو با مهندس موسوی)

[EN-EZEL 13039]

بررسی چالش های کاربرد کامپوزیت در صنعت ساختمان

 

در زمینة کاربرد مواد مرکب در صنعت ساختمان، دیدگاه­های مهندس موسوی، از اعضای مؤسسه کامپوزیت ایران، قبلاً در شبکه بیان شد. اما گسترش مواد مرکب در صنعت ساختمان، همواره با معضلاتی همچون هزینه، مسائل زیست محیطی، استانداردها و غیره نیز همراه بوده است که در این زمینه نیز گفتگویی با مهندس موسوی انجام و به این موارد پرداخته شده است:

سوال: ضمن تشکر از شما با توجه به پایین‌تر بودن قیمت مصالح ساختمانی در برابر کامپوزیت­ها, آیا استفاده از کامپوزیت­ها در بخش ساختمان صرفة اقتصادی دارد؟

 

مهندس موسوی: موادی که برای تقویت سازه­های بتن آرمه استفاده می­شوند، الیاف شیشه و رزین اپوکسی می­باشد که به علت تحریم ایران با قیمت­های بالاتر از نرخ­های متداول جهانی به دست ما می­رسند. البته ایران مواد اولیه مورد نیاز را از کشورهای شرقی بالاخص روسیه خریداری می­کند که نسبت به نمونه­های غربی خود از قیمت و کیفیت پایین­تری برخوردار است. اما با تمام مشکلات بیان شده، به خاطر خصوصیات این مواد و با توجه به مشکلات ساخت­وساز، استفاده از آنها در کشور ما اجتناب ناپذیر است.

 

به طور مثال گاه هزینه متوقف کردن عملکرد بنا در مقایسه با هزینة تقویت بسیار سرسام­آور است. در یکی از شهرهای کشور، یک پل ترانزیت کالا پس از گذشت 30 سال از احداث آن، در قسمت سرستون­ها دچار آسیب گردیده بود و به علت موقعیت منحصر به فرد و حجم بسیار بالای ترانزیت آن، امکان بستن پل وجود نداشت. چرا که این عمل ترافیک غیر قابل کنترل و زیان مالی سنگین را به همراه می­آورد. در این مورد روش­های سنتی به هیچ وجه جوابگو نبوده و تقویت پل تنها به کمک کامپوزیت­ها ممکن گردید. در بازار ایران مواردی وجود دارند که زمان بسیار مهمتر از هزینة تقویت است و باید با جستجو و بررسی این موارد را بیابیم.

 

سوال: آیا کاربرد کامپوزیت­ها در صنعت ساختمان، مستلزم رعایت استانداردها و قوانین خاصی نیست و آیا استانداردهای لازم در کشور ما تدوین شده است؟

مهندس موسوی: متداول­ترین استاندارد پذیرفته شدة صنعت ساختمان در دنیا، استاندارد انستیتوی بتن آمریکا (aci) از زیرمجموعه­های astm می­باشد. در ایران نیز مرجع تدوین استاندارد ساختمان، مرکز تحقیقات مسکن وزارت مسکن و شهرسازی است که استاندارد فوق را پذیرفته و مطابق با آن، دستورالعمل­های مربوطه را تنظیم می­نمایند.

 

رعایت استانداردهای مربوط به استفاده از کامپوزیت­ها در ساختمان نکتة قابل توجهی است و بعضی نهادها با مراجعة به ما نگرانی خود را در این باب اظهار داشته­اند، اما باید توجه داشت که دستورالعمل­های تدوین شده astm، در مورد مشخصه­سازی و تست کارآیی سازه­های کامپوزیتی است و در ساخت بنا به بیان کلیت نحوة اجرا اکتفا نموده است. به این ترتیب مهندس طراح ساختمان می­تواند با بررسی پارامترهای مختلف مهندسی و هزینة اجرا به صلاحدید خود بهترین روش را انتخاب کند و در این مورد، استاندارد، آزادی عمل را از مهندس طراح سلب نکرده است.

 

در زمینة تقویت بناها به روش سنتی، هم­اکنون آیین­نامه­های خاصی وجود ندارد و در مورد روش­های جدید نیز کمیتة چهارصد و چهل astm به انتشار مجموعه­ای از مقالات معتبر مربوطه در قالب یک گزارش کارکرد پرداخته است که بیانگر عنایت آنها به روش­های نوین تقویت ساختمان می­باشد. با این همه سردمداران تدوین استاندارد در این زمینه، کانادا و ژاپن هستند و گفته می­شود آنها در صدد انتشار یک استاندارد تقویت بنا با کامپوزیت­ها طی یکی دو سال آینده می­باشند.

 

لازم به­ذکر است در این کشورها حتی بناهایی وجود دارند که بیست سال از ساخت یا تقویت آنها با کامپوزیت­ها می­گذرد و دچار کوچک­ترین مشکلی نشده­اند. اما با این وجود، کشورهای یاد شده مایل به سپری شدن مدت زمان بیشتری هستند. آنچه مسلم است کامپوزیت­ها در هنگام وقوع زلزله بسیار بهتر از روش­های سنتی معمول که دستورالعمل­ خاصی را نیز تبعیت نمی­کنند، ظاهر خواهند شد. مراجع استاندارد دنیا رفته­رفته تقویت بنا با کامپوزیت­ها را پذیرفته­اند اما در زمینه­های دیگر مانند بحث اتصالات کامپوزیتی نیاز به تحقیقات و پیشرفت بیشتری می­باشد.

 

سوال: آیا کاربرد کامپوزیت­ها در صنعت ساختمان مشکلات زیست محیطی به همراه ندارد؟

 

مهندس موسوی: در مبحث بازیافت و تجزیه­پذیری کامپوزیت­ها باید گفت که کامپوزیت­ها از ترکیب دو بخش اصلی الیاف و رزین تشکیل شده­اند. الیاف عمدتاً از جنس شیشه و رزین­ها نوعی مادة پلاستیک می­باشند. بنابراین مشکل مواد کامپوزیتی چندان حادتر از معضل اشیاء شیشه­ای یا پلاستیکی نمی­باشد و شما مشاهده می­کنید که از این دو ماده به صورت گسترده و روز افزونی استفاده می­نماییم. راه­حل­هایی برای بازیافت الیاف شیشه و بعضی انواع رزین­ موجود در کامپوزیت­ها وجود دارد.

 

موسسه کامپوزیت ایران در همین راستا مشغول انجام تحقیقاتی در زمینة استفاده از مازاد و ضایعات کامپوزیت­های مصرفی در تقویت داخلی بناهای بتنی می­باشد تا بتواند به گونه­ای ضمنی، از انباشته شدن این ضایعات در طبیعت جلوگیری کند. در مورد مشکلات احتمالی حضور این مواد در زندگی روزمره از قبیل آتش­گیر بودن یا متصاعد کردن گازهای مضر برای سلامت انسان، باید گفت که این قبیل معضلات مرتبط با نوع رزین مورد استفاده در ساخت کامپوزیت­ها می­باشد و با انتخاب رزین مناسب می­توان نسبت به عملکرد مناسب کامپوزیت­ها اطمینان حاصل کرد. به طور مثال رزین­های فنولیک می­توانند دماهای بسیار بالا را تحمل کنند و اصطلاحاً ضد حریق شناخته می­شوند.

 

ما همچون کشورهای دیگر دنیا ناچاریم از کامپوزیت­ها استفاده کنیم و بسیاری از کشورهای در حال توسعه همچون هند و مالزی نیز به این سمت روی آورده­اند. اگر بخواهیم تنها به معضلات زیست محیطی آنها فکر کنیم باید بسیاری از مواد دیگر همچون پلاستیک­ها را نیز کنار بگذاریم و بدیهی است که چنین عملی زندگی را غیر ممکن می­سازد.

 

سوال: استقبال مراجع ذی­صلاح جهت توسعة فناوری استفاده از کامپوزیت­ها در صنعت ساختمان کشور چگونه بوده است؟

 

مهندس موسوی: تقویت بتن با کامپوزیت­ها شیوه­ای نوین است و متاسفانه در کشور ما عادت به کهنه­گرایی، دشواری­هایی را پدید آورده است. حتی اساتید مهندسی عمران نیز بعد از ما و پس از مشاهدة فعالیت­های موسسه، این مبحث جدید را جدی گرفتند و مطالعاتی را در این راستا آغاز کرده­اند. گاه شنیده می­شود که روش­های سنتی از 50 سال پیش مورد استفاده واقع شده­اند و نیازی به استفاده از روش­های جدید نیست؛ اما مشکلاتی که در طی 50 سال استفاده از آنها همواره دردسرساز بوده، از چشم دور می­ماند. این تفکر حتی موجب پدیدار شدن نوعی ترس از روی آوردن به راهکارهای جدید حتی در بالاترین سطوح محققان ما گردیده است.

 

ما دستاوردهایمان را برای ارگان­ها و اساتید مختلف از جمله وزارت مسکن و شهرسازی ارسال داشتیم و در کنفرانس­ها و همایش­های بین­المللی به معرفی تکنولوژی جدید پرداختیم و همکاری و مساعدت مسئولین را خواستار شدیم، اما استقبال کافی جهت توسعة این بستر از سوی دست­اندرکاران به عمل نیامد و همکاری­ها با سرعت مناسب پیش نمی­رود. این تکنولوژی، پتانسیل بهره­گیری فراتر از این حجم کوچک تقاضا را دارد و مسئولین امر باید بیش از این به مشکلات بپردازند.

[EN-EZEL 13039]

کاربرد کامپوزیت ها در راه?آهن

 

به­خاطر ویژگی­های خاص مواد کامپوزیتی، روز به روز استفاده از این مواد در صنایع مختلف گسترش بیشتری می­یابد. در ذیل به کاربرد جدیدی از این مواد در راه آهن اشاره شده است:

خبر:

 

(مأخذ: نشریة کامپوزیت، شمارة 1، صفحة 12)

 

شرکت تای­تک واقع در هوستون در ایالت تگزاس، یک واحد تابعه از گروه تکنولوژی­های آمریکای شمالی است. این شرکت بیش از شش سال است که در زمینة توسعه و آزمایش تراورس­ها (چوبهای عرضی که در زیر ریل راه آهن قرار می‌گیرند) کار می­کند. تای­تک با استفاده از پلاستیک بازیافتی و مواد دور­ریختنی که با افزودنی­ها و پر کننده­های ویژه­ای مخلوط شده­اند، یک نوع تراورس ساخته است. تراورس­های تای­تک هم­اندازة تراورس­های چوبی هستند و می­توانند همانند چوب میخ­کوبی شوند. برخلاف چوب این تراورس­ها نمی­شکنند و ترک برنمی­دارند، همچنین مستعد پوسیدگی نیستند، حشرات نمی­توانند به آنها آسیبی بزنند و خواص خود را نیز به مدت طولانی­تری حفظ می­کنند.

 

هشتاد درصد محتوای این تراورس­ها را ضایعات بازیافتی کم­قیمت، مثل ضایعات رزینی آسیاب شده، لاستیک خرد شده از تایرهای بازیافتی و ضایعات فیلم­های پلی­اتیلنی با دانسیته بالا(HDPE) تشکیل می­دهند. به این مواد اصلی، پرکننده­ها و تقویت­کننده­ها نیز افزوده می­شوند. سپس تراورس­ها، قالبگیری شده و درون قالب، سرد می­شوند تا شکل و ابعاد مناسب خود را حفظ کنند. قیمت نهایی تراورس­های کامپوزیتی برابر با قیمت یک تراورس چوبی با کیفیت بالا خواهد بود؛ یعنی بین 30 تا40 دلار در آمریکا و حدود 50 دلار در اروپا.

 

اخیراً شرکت تای­تک قراردادی دو ساله به ارزش 10 میلیون دلار برای تامین تراورس­های کامپوزیتی راه­آهن یونیون به پاسفیک منعقد ساخته است. تای­تک امیدوار است که بیش از پنج درصد بازار تراورس­های عرضی جهان را در اختیار بگیرد. به این ترتیب سالانه بیش از سه میلیون تراورس تولید خواهد کرد.

 

تحلیل:

 

چنانچه از متن خبر فوق مشاهده می­شود، تراورس­های کامپوزیتی با داشتن قیمتی معادل قیمت بهترین نوع چوبی آن، از مزایای دیگری نظیر سهولت کاربرد، عمر طولانی­تر و خواص مکانیکی بهتر برخوردار هستند که اقتصادی بودن استفاده از آنها را مسلم می­سازد. علاوه بر اینها مواد اولیة مورد استفاده برای ساخت این تراورس­ها اغلب از مواد ارزان هستند که از ضایعات کارخانجات دیگر به دست آمده­اند. این مساله علاوه بر ایجاد یک منبع درآمد برای این کارخانجات منجر به خروج آن­ها از طیف آلاینده­های زیست محیطی و تبدیل به مواد بازیافت شده و مفید می­گردد. به­علت عدم پوسیدگی، استفاده از این تراورس­ها در مناطق مرطوب به صرفه­تر از نوع چوبی آن است. با توجه به آمار ارائه شده در مطلب فوق، وجود بازار بزرگی در جهان برای این محصول قابل تصور است. روش جدید، همچنان که شرکت تای­تک پیش­بینی کرده است، سهم خوبی از بازار را بدست خواهد آورد.

 

با توجه به تولید فیلم پلی­اتیلن سنگین در کشور و وجود کارخانجات متعدد لاستیک­سازی و منابع محدود چوب (جنگل­ها) و وجود توان طراحی قطعات کامپوزیتی در کشور، به­نظر می­رسد تولید این تراورس­ها در داخل، به صرفه خواهد بود.

[EN-EZEL 13039]

صنعت کامپوزیت در هند

اگرچه چین مرکز قدرت در منطقه آسیاست ولی هند نیز با 1/1 میلیارد نفر جمعیت (پرجمعیت ترین کشور پس از چین) و اقتصادی در حال توسعه، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. نرخ رشد تولید ناخالص ملی این کشور در سال 2006 حدود 5/8 درصد بوده و هزینه های کارگری در آن بسیار پایین است. هند از نظر متخصصان ماهر IT بسیار قوی است و زبان انگلیسی یه طور گسترده ای در دنیایی تجارت آن مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین شگفت آور نخواهد بود که بسیاری از شرکت ها و سرمایه گذاران خارجی قصد دارند واحدهای تولیدی در هند تأسیس کنند و یا اینکه قبلاً این کار را کرده اند.

صنعت کامپوزیت هند نیز به خوبی عمل کرده و برای سومین سال متوالی نرخ رشد سالانه ای معادل 30- 25 درصد داشته است. این رقم بیش از دو برابر مقدار رشد عمومی صنعت و سه برابر رشد تولید ناخالص ملی است. به گفته دکتر نیر بانی مؤسسه پلاستیک های تقویت شده با الیاف در این کشور، تولیدکنندگان محصولات کامپوزیتی در هند عموماً شرکت های کوچک تا متوسطند. حدود 300 شرکت متوسط و بیش از 1200 شرکت کوچک (با گردش مالی کمتر از 1 میلیون روپیه در سال) در این کشور فعالیت می کنند. البته بیش از 60 کارخانه بزرگ نیز در این کشور وجود دارد که حدود 25 شرکت از آنها محصولات خود را به سایر کشورها صادر می کنند. تولیدکنندگان تجهیزات فراوری مواد شیمیایی در صدر این شرکتها قرار دارند.

چالش های فراوری صنعت کامپوزیت هند از دید صنعتگران این کشور عبارتند از:

- در دسترس نبودن مواد اولیه باکیفیت

- حساسیت بازار به افزایش قیمت ها در عین افزایش هزینه مواد اولیه

- کمبود کارگر ماهر

- ناآگاهی صنعت هند نسبت به کامپوزیت ها

تضمین کیفیت و استانداردسازی از دیگر موضوعاتی هستند که تولیدکنندگان را نگران می کند. دکتر نیر عقیده دارد هند به تولیدکنندگان مواد اولیه بیشتری همچون تولیدکنندگان الیاف شیشه، مواد شیمیایی و رزین های ویژه و مونومر استیرن نیاز دارد. معمولاً بهای مواد اولیه در هند نسبت به بازار جهانی بیشتر است. این مسئله رقابت هزینه ای محصولات کامپوزیتی را با محصولاتی که از مواد متداول تولید می شوند تحت تأثیر قرار می دهد؛ البته واردات مواد اولیه نیز ممکن است ولی همه نمی توانند از عهده آن برآیند. تأمین کنندگان مواد اولیه باید در هند دفتر داشته باشند تا بتوانند مواد اولیه را با قیمت قابل قبول ارائه کنند. این مسئله به گسترش بازار کمک خواهد کرد. در این کشور، آگاهی مهندسان و عامه مردم درباره کامپوزیت ها بسیار ضعیف است و مؤسسات دانشگاهی بسیار کمی کامپوزیت را آموزش می دهند. ارائه خدماتی همانند آموزش نیروی انسانی، طراحیف طراحی قالب و قالبسازی به تنهایی کافی نیست و ممکن است از سرعت رشد این فناوری بکاهد.

دولت هند برنامه کامپوزیت های پیشرفته (ACP) را با هدف حل بعضی از این مشکلات در دست اجرا دارد. این برنامه به طرحهای ارائه شده در زمینه فناوری کامپوزیت ها کمک مالی می کند. شرط اصلی ان است که محصول طرح برای اولین بار در هند تولید شود. این برنامه تاکنون از ساخت محصولات کامپوزیتی گوناگون ازجمله اتاق راننده قطار و کیوسک های سرویس بهداشتی برای راه آهن هند حمایت کرده است. علیرغم انجام این طرحهای موفق، تولید انبوه این محصولات ممکن نشده است. قیمت بالاتر محصولات کامپوزیتی، برای خریداران سازمانی همانند راه اهن مسئله مهمی است. آنها همچنین دانش و تجربه کمی نسبت به کامپوزیت ها و به کارگیری آنها دارند.

حوزه های رشد

در کنار صنعت راه آهن، سایر بازارهای رو به رشد مواد کامپوزیتی در هند عبارتند از تأسیسات زیربنایی، مواد شیمیایی، حمل و نقل و انرژی بادی. شرکت های هندی باور دارند که فرصت های قابل توجهی برای صادرات محصولات دارای ارزش افزوده کامپوزیتی به اروپا و ایالات متحده وجود دارد.

انرژی بادی

هند از نظر ظرفیت نیروگاه های بادی، چهارمین بازار بزرگ دنیاست. از نظر ظرفیت افزوده شده در سال 2006 نیز این کشور مقام سوم را دارد. در حال حاضر این کشور با وجود 15 شرکت تولیدی فعال، پایگاه خوبی برای تولید توربین های بادی به حساب می آید.

شرکت سوزلون انرژی در بمبئی پنجمین شرکت بزرگ تولیدکننده توربین بادی در جهان و بزرگترین شرکت در هند (با بیش از 50 درصد از سهم بازار) و آسیاست. فروش محصولات این شرکت رد سایر کشورها در سال مالی منتهی به 31 مارس 2007، بیش از 48 درصد از کل فروش آن بوده است.

شرکت ال ام گلس فایبر تولیدکننده پیشروی پره توربین بادی، دو کارخانه تولید پره در هند دارد. در ماه می سال جاری نیز مرکز تحقیق و توسعه این شرکت در بنگلور افتتاح شد. این مرکز به دو مرکز تحقیق و توسعه قبلی این شرکت در دانمارک و هلند افزوده شده و ضمن جذب 40 نفر نیرو تا پایان سال، به طور تخصصی در زمینه روش اجزای محدود (FEM)، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و طراحی به کمک رایانه (CAD) برای توسعه محصولات کار خواهد کرد.

هوانوردی

صنعت هوافضای هند به سرعت در حال رشد است و صنایع بسیاری نه فقط برای تأمین نیازهای هند بلکه برای حضور در بازار جهانی وارد عرصه کامپوزیت ها می شوند.

هند سریع ترین بازار در حال رشد هوانوردی جهان را داراست. طبق آمار مرکز هوانوردی آسیا- اقیانوسیه، تعداد مسافران در هند بیش از هر جای دیگر در حال رشد است. اقتصاد رو به رشد، مردمی که پول کافی برای هزینه کردن در مسافرت ها را دارند، سفرهای ارزان و چندین خط هوایی جدید، این رشد را رقم می زنند. صدها هواپیمای جدید توسط این کشور سفارش داده شده است (بویینگ پیش بینی می کند که هند در 20 سال آینده به 850 هواپیما به ارزش 6/72 میلیارد دلار نیاز دارد)، فرودگاهها توسعه یافته اند و تاسیسات زیربنایی جدیدی ساخته شده اند. پیش بینی میشود بخش هوانوردی نظامی نیز با رشد مواجه شود.

راه آهن

روزانه حدود 11000 قطار در سیستم حمل و نقل ریلی هند در حرکتند که 7000 دستگاه از آنها مسافری هستند. این سیستم روزانه 13 میلیون مسافر را جابجا می کند. راه آهن هند در حال بررسی نوسازی خطوط قدیمی، پل ها و سیستم ردیابی و واگن های قدیمی خود و همچنین تأسیس خطوط جدید و به روز کردن قطارهای فعلی و ساخت مدل های جدید است.

خودرو

صنعت خودروی هند در حال توسعه است. تعداد خودروهای در گردش این کشور طی 5 سال گذشته سالانه به طور متوسط 10 درصد رشد داشته است صادرات نیز در حال افزایش بوده و این بخش در حال تبدیل شدن به یک تأمین کننده رده اول یا تولیدکننده اصلی تجهیزات (OEM) است. رنو و نیسان قصد دارند با همکاری شرکت ماهیندرا اند ماهیندرا یک کارخانه جدید در چنایی تأسیس کنند. پیش بینی میشود تولید این کارخانه در سال 2009 آغاز شود. این کارخانه قادر خواهد بود سالانه 400000 دستگاه خودرو تولید کند. در حال حاضر ماهیندرا و رنو با سرمایه گذاری مشترک، خودروی ارزان قیمت لوگان را برای بازار هند تولید می کنند. فورد و هیوندایی نیز کارخانه هایی در چنایی تأسیس کرده اند و بی ام و نیز به دنبال این امر است.

برنامه خودرویی 2016- 2006 وزارت صنایع سنگین هند قصد دارد این کشور را به یک قطب جهانی تولید خودرو تبدیل کند. طبق این برنامه صنعت خودروی هند تا سال 2016 به یک تجارت 145 میلیارد دلاری در زمینه طراحی و تولید خودرو و اجزای آن تبدیل خواهد شد.

ساخت و ساز و تأسیسات زیربنایی

ساخت و ساز در تمام هند مشاهده می شود. شبکه جاده ای هند دومین شبکه راههای جهان از نظر وسعت است و حدود 65 درصد بار و 80 درصد مسافر این این کشور از طریق ان جابجا میشوند. با این وجود جاده های بیشتری به همراه تأسیسات زیربنایی مربوط به آنها مورد نیازند تا جوابگوی تعداد رو به رشد خودروهای این کشور باشد. برنامه های توسعه روستایی برای تأمین تأسیسات زیربنایی عمومی همانند مدرسه، درمانگاه، جاده، آب آشامیدنی و برق در حال اجرا هستند. این کشور همچنین خود را برای میزبانی مسابقات کشوری مشترک المنافع در سال 2010 آماده می کند.

صنایع لوله سازی این کشور نیز از فرصت ها بهره می برد. تقاضا برای لوله کامپوزیتی ساخته شده از روش پیچش الیاف بسیار زیاد است و شرکت های هندی زیادی در حال تأسیس کارخانه تولیدی در این زمینه هستند. رشد اقتصادی به مصرف انرژی بیشتر منجر می شود. برای غلبه بر مشکل کمبود نیرو، دولت برنامه ای برای افزایش ظرفیت تولید انرژی تا 100،000 مگاوات تا سال 2012 طراحی کرده و در حال اجرای 5 طرح چند مگاواتی با ظرفیت اولیه 4000 مگاوات است.

[EN-EZEL 13039]

ساخت آینده با کامپوزیت

بیش از صد سال است ساختمان ها از چند ماده محدود ساخته میشوند (مصالح ساختمانی، تیر و الوار، فولاد و بتن). طی چند سال اخیر کامپوزیت های پلیمری با پاستیک های تقویت شده با الیاف FRP به طور فزاینده ای در صنعت ساختمان به کار گرفته شده اند و توان بالقوه خوبی برای کاربرد بیشتر در ساختمان سازی دارند.

کاربردهای موجود

نخستین کاربردها یاین مواد در اجزای کوچکی از ساختمان همانند پنجره، سایه بان، در و نمای ساختمان بود. معمولاً این محصولات "سازه های ثانویه" نامیده میشوند و به وسیله چارچوب اصلی ساختمان متشکل از مواد ساختمانی متداول حمایت میشوند. در برخی مواد FRP برای ساخت سازه های بزرگ خودپشتیبان همانند گنبد مساجد نیز استفاده شده است؛ در مواردی که احتمالاً ساخت سازه از مواد متداول سخت و یا پرهزینه بوده است.

در سالهای اخیر کاربردهای پیچیده تری برای فراهم آوردن نماهای زیبا و نمایشی در طراحی ساختمانتوسعه یافته است. این کاربردها عبارتند از غلاف ها و نماهای پوششی دارای شکل های پیچیده که اغلب نتایج حیرت انگیزی دارند. با این وجود، ساخت کل ساختمان از FRP پیشرفت کندی داشته است. این امر با در نظر گرفتن این که یک چندلایی تقویت شده با الیاف شیشه، علاوه بر برتری های متعدد دیگر، استحکامی بیش از فولاد سازه ای دارد بسیار شگفت انگیز است.

برتری های FRP در ساختمان سازی

ساخت تدریجی ساختمان در مکانی غیر از محل ساختمان:

- کنترل کیفیت بهتر

- رعایت بهینه نکات ایمنی و بهداشتی

- زمان ساخت کوتاهتر

- امکان تولید زمینی در محل

- امکان پیش بینی خدمات موردنیاز در سازه در محل کارخانه

- امکان اتوماسیون و تولید خودکار

کاهش جرم:

- نصب آسانتر، سریع تر و اقتصادی تر

- نیاز به جرثقیل های کوچکتر

- توانایی حمل قطعات بزرگتر به محل ساخت ساختمان و کاهش زمان و هزینه مونتاژ

- کاهش احتمال شکست در حین نصب

- کاهش اندازه و هزینه سازه پشتیبان، فونداسیون و...

- کاهش مصرف انرژی در انتقال قطعات به محل ساخت ساختمان

دوام عالی:

- مقاوم در برابر تغییر ویژگی ها در هوا

- کاهش نیازهای تعمیراتی

- کاهش هزینه های طول عمر

امکان ساخت به شکل های پیچیده:

- امکان خلق طرحهای جدید و زیبا

- راه حل های هندسی کارآمدتر

ظاهر و جلوه های سطحی ویژه:

- ایجاد بافت های ظاهری گوناگون و نامتعارف

- شبیه سازی ظاهر مواد متداول همچون سنگ یا گرانیت

نارسانایی حرارتی بهینه:

- کاهش انتشار کربن و هزینه های اجتناب از آن

- انرژی محاط شده کمتر

- امکان بازیافت

- امکان استفاده از رزین ها و الیاف طبیعی

بهینه سازی هندسی:

پیش از این امکان قالب گیری شکل های پیچیده از کامپوزیت برای اجرای طرح های معماری مشاهده شده است ولی اگر این قابلیت برای ساخت ساختمان های بسیار کارآمد و بهینه از نظر سازه ای به کار گرفته شود میتواند تأثیر بیشتری داشته باشد. به عنوان مثال سقف های FRP دو مخزن تصفیه آب با قطر 25 متر را د رنظر بگیرید که هردوی آنها از پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه و از روش لایه چینی دستی ساخته شده اند. سقف اول یک سازه معمولی متشکل از تیرهای FRP به عنوان پشتیبان و صفحات موجدار است و 14 تن وزن دارد.این سقف شبیه بسیاری از سقف های ساختمانی، دارای اجزای متعدد با سازه های اولیه و ثانویه جداگانه است.سقف دوم یک سازه یکپارچۀ بهینه، شامل یک پوسته نازک سه بعدی است و تنها 8 تن وزن دارد. به این ترتیب با بهینه سازی هندسی امکان کاهش میزان مواد مصرفی تا 43 درصد فراهم شده است. البته این طراحی نیازمند سرمایه گذاری بیشتری در بخش تحلیل های مهندسی و همچنین ابزار کار استولی صرفه جویی قابل ملاحظه ای در زمان ساخت و مونتاژ قطعه در محل استفاده خواهد داشت.

بنابراین درک این نکته مهم است که کارآمدترین سازه های FRP از نظر شکل سازه ای و هندسی، اساساً متفاوت از سازه های ساختمانی متداولند و باید روش طراحی ساختمان تغییر یابد تا راه حل های مؤثری از آنچه با مواد ساختمانی متداول به دست می آید فراهم شود.

ساختمان های کاملاً کامپوزیتی

نمونه های متعددی از سازه های ساختمانی کاملاً کامپوزیتی وجود دارد. نخستین کاربردهای FRP در صنایعی توسعه یافته اند که کامپوزیت ها در آنجا شرایط فنی ویژه ای را فراهم می آورند. به عنوان مثال FRP برای تولید رادوم های بزرگ به کار گرفته شد چون از نظر الکتریکی برای راداری که آن را میپوشاند نامرئی است. شرکت اپتیما در زمینه به کارگیری سازه های کامپوزیتی برای ساختمان هایی همچون مدرسه، دفتر کار، مراکز نمایشگاهی و... سرمایه گذاری می کند. پژوهش های انجام شده در زمینه این ایده به وسیله شرکت اینتراویژن آرشیتکتز در نروژ، منجر به مفهوم ایگلو شد که میتواند ساختمان هایی بسیار کارآمد و اقتصادی را فراهم کند.

چندین سازه تمام کامپوزیتی از جمله هوم پلنت و رست زون درون گنبد هزاره لندن ساخته شده است. هوم پلنت سازه ای پوسته ای از FRP به قطر 36 متر است که چون با قصد جابجایی پس از نمایشگاه سال 2000 طراحی شده بود، بارهای وارده از سوی برف و باد را تحمل می کند. چنین سازه ای می تواند در کاربردهای متعدد همانند ساخت مدارس، دفاتر کار و ساختمان های صنعتی و نمایشگاهی به کار گرفته شود.

 

شکل ساختمان ها

بسیاری از مهندسان معمار تمایل دارند با شکل و ظاهر ساختمان ها دست و پنجه نرم کنند. ولی این افراد اغلب با توجه به قابلیت های مواد ساختمانی متداول، در تبدیل مفاهیم پیشرو به واقعیت با محدودیت مواجه میشوند. به کارگیری FRP قالبگیری شده امکان ایجاد شکل های هندسی نمایشی همانند طرح پیشنهادی برای توسعه ایستگاه بترسی پاور را فراهم می کند.

در هر حال باید مراقب مفهوم "امکان ساخت همه چیز از کامپوزیت" و چگونگی بیان آن به مهندسان معمار و مشتری ها بود. با وجود امکان قالبگیری سازه های دارای شکل های پیچیده از این مواد، عموماً تولید این سازه ها نسبت به شکل های هندسی معمولی گرانتر است. گسترش مراکز بزرگ ماشین کاری چندمحوره برای تهیه قالب یا توپی به صورت مستقیم از فایل کامپیوتری، ممکن است به کاهش هزینه های ساخت قطعات کمک کند.

ساخت مسکن کامپوزیتی

شرکت ساختمانی استارلینک سیستمز در حال توسعه یک روش مقیاسی برای ساخت خانه های ارزان و کارآمد از نظر حرارتی است. در این روش، پروفیل های FRP پالترودی به هم پیچیده شده یا در هم چفت می شوند و سرعت کار بالاست. پیش بینی میشود با به کارگیری این روش، ساخت مسکن اقتصادی تر شده و آسیب کمتری به محیط زیست وارد کند. ساخت سریع خانه از این شیوه میتواند پاسخگوی تقاضای روزافزون مسکن در بسیاری از کشورها باشد. همچنین انتظار می رود این روش راه حل مناسبی برای ساخت پناه گاه ها و ساختمان های موقت با کاربری نظامی و شهری باشد.

همانگونه که شرکت فیوچر سیستمز آرشیتکتز نشان داده است کامپوزیت های FRP با توجه به قابلیت قالب گیری شکل های پیچیده، برای ساخت خانه های مدرن نیز مورد توجه قرار گرفته اند.

کلاس های کامپوزیتی

فیوچرسیستمزآرشیتکتز و وایت یانگ گرین با سرمایه گذاری دولت انگلستان، چندین کلاس FRP برای پروژه "کلاسهای آینده" طراحی کرده اند. سازه این کلاسها در کارخانه به صورت پوسته بیرونی و لایه های درونی قالبگیری شده و سپس با سرعت قابل قبولی در محل استفاده بر روی هم سوار میشود. این روشف سازه سه بعدی کارآمدی را بدون هرگونه چارچوب داخلی جداگانه ایجاد می کند. در گام نخست دو کلاس تولید شده از این روش مورد استقبال معلمان و شاگردان قرار گرفت. این کلاسها به ایجاد یک محیط آموزشی جذاب کمک کرده و خلاقیت دانش آموزان را تقویت می کنند.

برای ساخت این دو کلاس از روش لایه چینی دستی استفاده شد. ولی چنانچه این نوع کلاسها به تولید انبوه برسند میتوان برای کاهش هزینه ها، با سرمایه گذاری در زمینه ابزار و مهندسی تولید، روشهای تولید خودکار همانند قالب گیری با انتقال رزین (RTM) را به کار گرفت.

فرصت های آتی

در حال حاضر به کارگیری FRP برای ساخت ساختمان های بزرگ و سازه های اولیه امکان پذیر است. سبکی قابل توجه کامپوزیت ها به ویزه در سازه های سقفی بزرگ با فاصله زیاد ستون ها از یکدیگر نمود پیدا می کند. انتظار میرود امکان ساخت سقف هایی به طول چند صد متر بدون ستون، به روشی اقتصادی با کامپوزیتهای FRP فراهم شود.

معمولاً FRP برای جایگزینی مستقیم مواد متداول، اقتصادی نخواهد بود و باید در روشهای نوآورانه جدیدی به کار رفته شود تا راه حل هایی اقتصادی فراهم کند. این راه حل ها نه فقط شامل شکلهای هندسی کارآمد میشود بلکه تغییر روشها را نیز در بر می گیرد. به عنوان مثال ساخت صفحات ساندویچی ضخیم، علاوه بر تأمین یکپارچگی سازه ای، نارسانایی حرارتی بالا و برتری ساخت سازه در محلی غیر از محل نصب، با کاهش تعداد سازه های پشتیبان و امکان تهیه سقف های بزرگ بی ستون، آزاده و انعطاف پذیری بیشتری در به کارگیری فضای داخلی ایجاد خواهد کرد و تغییر کاربری ساختمان برای استفاده بهینه از فضا را در اینده آسانتر می کند.

کاربردهای بالقوه این فناوری تقریباً شامل همه موارد میشود: مدارس، دفاتر کار، صنایع، ساختمان های نمایشگاهی، استادیوم های ورزشی و غیره. استادیوم های المپیک و ساختمانهای مربوط به آنها یکی از کاربردهای بالقوه مشخص این فناوری هستند.

چالش ها

نشان داده شده است که کامپوزیتهای FRP توانایی ایجاد تحول در ساخت ساختمان ها و خلق طرحهای زیبا و نمایشی جدید را دارند و در بعضی موارد منجر به کارآمدتر و اقتصادی تر شدن سازه ها میشوند. انتظار میرود که این مسئله ابتدا در حوزه های خاصی رخ دهد و سپس به بازارهای بزرگی همانند ساخت مسکن نیز نفوذ کند. به کارگیری مواد FRP برای مهندسان و معماران سنتی چالشی بزرگ خواهد بود. آنها باید با این مواد و فرایندهای ساخت آنها آشنا شوند تا قادر باشند سازه های کارآمدی طراحی کنند. برای صنایع کامپوزیتی و ساختمانی بسیار سخت است که نزدیک به هم کار کنند. پیش بینی میشود که مشاوران متخصص در ارتباط دادن این صنایع با هم نقشی کلیدی داشته باشند. آشنایی با اصول قراردادها و قوانین تجاری مورد استفاده در صنعت ساختمان برای بعضی از تولیدکنندگان کامپوزیت که میخواهند وارد این بازار شوند الزامی خواهد بود. در هرحال این بخش از بازار پتانسیل رشد قابل توجهی دارد و انتظار میرود در اینده توسعه حیرت انگیزی داشته باشد.

[EN-EZEL 13039]

کاربردهای گوناگون الیاف بازالت

رووینگ های با مقاومت شیمیایی و استحکام بالا برای ساخت میله های تقویت بتن، پروفیل ها و... به کار گرفته می شوند. پارچه های سوزنی مقاوم از نظر شیمیایی نیز برای تقویت بتن و ملات های دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد سنگ های بازالت خرد شده برای شن ریزی زیر خطوط راه آهن و به کارگیری بازالت برای تولید کاشی های کف، تجهیزات ضد اسید، پشم سنگ و نمدهای پوششی از دیگر کاربردهای این ماده ارزشمند است.

کاربرد الیاف بازالت بعنوان ماده ای ضد آتش

صندلی های ضد آتش

گونه ای از پارچه های بازالتی به عنوان یک لایه ضد آتش در ساخت صندلی های وسایل حمل و نقل عمومی مثل قطار، اتوبوس، مترو و... به کار می رود. این نوع پارچه دارای مقاومت سایشی بالایی در حد 8000 چرخه مارتیندل است و در برابر تخریب های وارده با اشیای تیز و برنده همانند چاقو نیز مقاومت می کند. این لایه شامل یک بافت فلزی سه محوره بوده و انعطاف پذیر و سبک هم است و راحتی مناسبی به صندلی می دهد. این محصول به وسیله یک دستگاه برش با نیروی 600 نیوتن نیز بریده نخواهد شد. ضمناً پارچه های بازالتی برای پوشاندن غلتک های فلزی مورد استفاده برای جابجا کردن صفحات فولادی داغ بسیار مناسبند.

کابل های الکتریکی ضد آتش

به تازگی نوارهایی از جنس الیاف بازالت ضد آتش با ضخامت 2/0 میلی متر، برای ساخت کابل های الکتریکی به کار گرفته شده اند. این نوارها یک پوشش ضد لغزش دارند و در عرض های گوناگون تولید می شوند. شرکت های بزرگ سازنده کابل با موفقیت کاربرد این نوارها را در ساختمان انواع مختلف کابل آزمایش کرده اند.

لباس ضد آتش

لباس های آتش نشانی از پارچه های بازالتی ضد آتش و یک لایه بسیار نازک از الیاف بازالت عایق تهیه می شوند و عملکرد مناسبی در دماهای 60 تا 750 درجه سانتی گراد دارند.

کاربرد الیاف بازالت در صنایع خودرو

رووینگ های با استحکام بالای بازالت برای ساخت قطعات کپسول های CNG و در فناوری های SMC و BMC کاربرد دارند. پارچه های سوزنی بازالت نیز برای تولید نمدها و پوشش داخلی در خودرو، قطعات BMC و مواد اصطکاکی به کار می روند.

مقاومت الیاف بازالت در برابر سوختن، نقش اساسی در جایگزینی آزبست با این ماده در کاربردهای اصطکاکی همانند لنت ترمز کامپوزیتی و غلتک ها داشته است. بازالت هنگام بالا رفتن حرارت نرم نشده و عملکرد خود را از دست نمی دهد.

شرکت آزدل با همکاری صنایع PPG (تولیدکننده الیاف شیشه) بر روی یک کامپوزیت گرمانرم از پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف سوزنی بازالت به نام و لکالیت کار می کنند. این شرکت ادعا می کند که این ماده ضمن داشتن ضریب انبساط حرارتی کم و نسبت بالای استحکام به وزن، جذب صدا و نرمی مناسبی دارد.

کاربرد الیاف بازالت در ساخت و ساز

میلگردهای تقویت کننده سازه

تیرهای پل تهیه شده با الیاف شیشه نوع E سنگینند و درصورت استفاده از الیاف شیشه نوع S یا کربن به دلیل گرانی این مواد هزینه ها افزایش پیدا می کند. به کارگیری الیاف بازالت راه حلی برای تولید محصولات مستحکم با هزینه کمتر است.

در نمودار 1 ویژگی های میله های ساخته شده از الیاف شیشه و بازالت با هم مقایسه شده اند.

شرکت کمنی وک رووینگ های بازالت مورد استفاده در روش پالتروژن را با چگالی خطی بالا و با انواع سایزینگ برای کاربردهای مختلف تولید می کند. در جدول 1 ویژگی های این ماده آورده شده است.

میله های کامپوزیتی بازالت جایگزین مناسبی برای عناصر تقویت کننده الیاف شیشه ای و فولادی در مواد ساختمانی هستند. یک کیلوگرم میله کامپوزیتی تک جهته بازالت معادل با 6/9 کیلوگرم تقویت کننده فلزی کارایی دارد. این میله ها برای تقویت بتن در مهندسی هیدرولیک و ساختمان های بنا شده در مناطق زلزله خیز نیز به کار میروند. تقویت کننده های بازالتی به دلیل خنثی بودن از لحاظ شیمیایی، با بتن های دارای PH های متفاوت سازگار بوده و دارای ضریب انبساط حرارتی یکسانی با بتن هستند در نتیجه هیچ تغییر شکل پسماندی تحت خمش نخواهند داشت.

بازالت همچنین در تقویت و نوسازی پل ها، ساخت صفحات ساندویچی و تعمیر ترک ها و خرابی های موضعی ساختمان ها و سازه ها استفاده می شود.

صفحات ضد آتش

حمل و نقل و کار کردن با این صفحات که از الیاف بازالت ساخته می شوند و برای قسمت بندی داخلی ساختمان ها به کار می رند بسیار ساده است. این صفحات جایگزین مناسبی برای صفحات فلزی سنگین هستند. معمولاً برای ساخت دیوارهای داخلی، سقف و... از تخته های MDF استفاده می شود. این تخته ها اغلب با یک لایه تزئینی مثلاً با طراحی شبیه به چوب بلوط پوشش داده می شوند. برای ضد آتش کردن این تخته ها میتوان یک لایه بازالت بین MDF و لایه تزئینی قرار داد بدون اینکه دیده شود. آزمایش ها نشان داده اند که زمان مقاومت نمونه حاوی لایه بازالتی نسبت به نمونه معمولی چهار برابر افزایش می یابد. یعنی اگر نمونه اولیه 3 دقیقه در مقابل آتش مقاومت کند نمونه بازالتی 12 دقیقه مقاومت خواهد داشت.

تورهای زمینی و تورهای بتن اندود

اسفالت جاده ها معمولاً در اثر سنگینی ترافیک دچار ترک می شود. برای جلوگیری از ترک خوردن آسفالت میتوان از الیاف بازالت استفاده کرد. همچنین با به کارگیری این ماده میتوان دیوارها و ستون های بتنی را تقویت و بازسازی کرده و انها را مجدداً برای مدتی طولانی قابل استفاده کرد. بیشینه دمای عملکرد بلند مدت الیاف بازالت 560 درجه سانتی گراد است و بنابراین دمای آسفالت های معمولی منجر به کاهش استحکام یا تاب برداشتن بازالت نخواهد شد. امروزه از تورهای بازالتی برای تقویت کف جاده ها و بزرگراهها و افزایش عمر عملکرد انها از طریق کاهش انتشار ترک های ناشی از بارهای ترافیکی، چرخه های حرارتی و... استفاده می شود. به کارگیری تورهای تقویت کننده بازالتی، کاهش ضخامت آسفالت جاده را تا 20 درصد ممکن می سازد. نمودار 2 مدول و استحکام کششی الیاف بازالت را با دیگر الیاف متداول مقایسه می کند.

برتری های این محصول عبارتند از:

- مدول و استحکام بالاتر و مقاومت شیمیایی بیشتر نسبت به تورهایی از جنس شیشه نوع E

- هزینه و ویژگیهای مکانیکی بهتر از تورهای ساخته شده از الیاف شیشه

- کاهش نیافتن استحکام و عدم اعوجاج الیاف بازالت در دماهای معمولی باتوجه به نقطه ذوب 1450 درجه سانتی گرادی آن

- عملکرد مناسب در دماهای پایین که در مناطق سردسیر بسیار مهم است.

- کمتر بودن تغییر طول آن قبل از شکست نسبت به مواد مصنوعی

- تولید آسان با تجهیزات نورد عادی و کشیده نشدن برخلاف تورهای پلیمری

- عدم نیاز به هرگونه تجهیزات خاص نصب

- سازگاری زیست محیطی با طبیعت و یافت شدن در سراسر جهان

تورهای بافته شده از الیاف بازالت علاوه بر کاربردهای ذکر شده، در خاک برداری ها، برای جلوگیری از ریزش سنگ ها، در روش هیدروپونیک و همچنین به عنوان پایه ای برای ساخت صفحات لانه زنبوری و صفحات صنعتی تقویت کننده سازه های پلاستیکی و بتنی کاربرد دارند. در جدول 2 الیاف بازالت و دیگر الیاف به کار گرفته شده برای تقویت جاده ها با هم مقایسه شده اند.

پارچه های توری بازالت

پارچه های توری بازالت از الیاف بازالت بافته شده، با قیر اشباع و در نهایت خشک می شوند. در دمای محیط نسبت مدول الاستیک الیاف بازالت به قیر 24 به 1 است که نشان دهنده مقاومت عالی الیاف بازالت نسبت به تغییر شکل است. کشیدگی این الیاف در شکست حدود 4/3 درصد است. الیاف بازالت در برابر دماهای بالا و همچنین سرما مقاومت خوبی دارند که این ویژگی ها برای استفاده از کفپوش ها در شرایط مختلف آب و هوایی بسیار مهم است. ضریب انبساط حرارتی معادل قیر، استحکام کششی بالا، تغییر طول کم، مقاومت در برابر پرتوی فرابنفش، مقاومت شیمیایی پایدار و مقاومت خوب در برابر فرسایش زیست محیطی و تغییرات آب و هوایی نیز از دیگر ویژگی های الیاف بازالت است.

این محصولات همچنین در تقویت باندهای پرواز فرودگاهی و ساخت دیواره های جاذب صوت در بزرگراه ها، خطوط راه آهن و مترو نیز کاربرد دارند.

[EN-EZEL 13039]

کاربرد الیاف بازالت در صنایع زیربنایی کاربردهای الیاف بازالت در صنایع زیربنایی بسیار گسترده است ازجمله مخازن تحت فشار، کپسول، لوله، پروفیل و پره توربین های بادی.

پره توربی های بادی

با استفاده از الیاف چندمحوره بازالت میتوان پرتره های سبک تر، بزرگ تر، قوی تر و محکم تر را با هزینه ای در حدود الیاف شیشه نوع E ساخت. شرکت آلستروم با استفاده از الیاف دو محوره کمنی وک پره های توربین بادی تولید می کند. به گفته پژوهشگران در یک پره توربین بادی سفتی مهم ترین مسأله است. چند لایه های تولید شده از الیاف بازالت، دارای 15 درصد سفتی بالاتر و 25 درصد استحکام کششی بیشتر از الیاف شیشه نوع E هستند که این امر کاربرد آنها را در بعضی نواحی توربین های بادی ایده آل میسازد.

قایق

با استفاده از الیاف بازالت چند محوره میتوان پوشش ژلی بخش بیرونی بدنه قایق را نیز تقویت کرد، در نمودار 3 ویژگی های این ماده آورده شده است. به کارگیری الیاف بازالت علاوه بر تامین ویژگیهای مکانیکی بالا و مقاومت در مقابل آب دریا، مقاومت عالی در برابر آتش، عایق سازی صوتی و حرارتی و سازگاریبا محیط زیست را نیز به ارمغان می آورد. شرکت کمنی وک انواع مختلف الیاف تک جهته و چند جهته را که می توانند برای فناوری های قالب بسته نظیر RTM و تزریق در خلا به کار روند عرضه می کند.

 

لوله

بازالت می تواند در همه کاربردهای آزبست بعنوان جایگزین آن به کار گرفته شود ضمن اینکه ویژگی های نارسانایی حرارتی آن سه برابر آزبست است. عمر لوله های بازالتی برای کاربردهای مختلف، بدون رعایت اصول نگهداری یا حفاظت الکتریکی حدأقل 50 سال است. به کارگیری الیاف بازالت به همراه الیاف سرامیکی یا کربنی و فلزات، جدیدترین زمینه کاربری این ماده در تولید کامپوزیت های هیبریدی است.

لوله های کامپوزیتی الیاف بازالت شامل نخ های بازالت پیچیده شده، پارچه ها و ورقه های پیش آغشته به یک چسب هستند. لوله ا به عنوان پوشش میله ها و محورها، و برای انتقال مایعات خورنده و گازها در صنایع گوناگون و در بخش های خدمات کشاورزی و عمومی کاربرد دارند. کاربردهای دیگر لوله های بازالت عبارتند از دکل ها، قاب آنتن های هوایی، لوله های مختلف ساختمانی، وسایل ارتباطی، حمل نفت خام و گازها و لوله های محافظ کابل ها. امروزه به دلیل کاهش تفاوت قیمت لوله های فلزی و کامپوزیتیو باتوجه به برتری های قابل توجه لوله های کامپوزیتی، کاربرد این لوله ها در جایگزینی خطوط لوله قدیمی به طور چشمگیری در حال افزایش است.

برتری های لوله های الیاف بازالت عبارتند از:

1- وزن یک متر لوله بازالت پلاستیک، 3 تا 4 برابر کمتر از لوله فولادی است. این مسأله فقط حمل و نقل لوله را ساده نمی کند، بلکه هزینه های حمل و نقل، جابجا کردن بار و نصب آن را نیز کاهش می دهد.

2- استحکام لوله های ساخته شده از پلاستیک تقویت شده با بازالت چندین برابر نوع الیاف شیشه و بیش از لوله های فولادی است. این قابلیت کاربرد این لوله ها را در سیستم های تحت فشار بالا (مثلاً فشار 100 مگاپاسکال) که به کارگیری لوله های فلزی عملی نیست ممکن می سازد.

3- مقاومت شیمیایی بالا در محیط های خورنده، ساخت خطوط لوله برای انتقال سولفید هیدروژن، بازها، اسیدها و... را از بازالت ممکن می سازد.

4- هیچ نیازی به اندازه گیری ویژگی ضدخوردگی و عایق بودن آنها نیست.

5- لوله های بازالتی در برابر قارچ ها و میکرواورگانیسم ها مقاومند.

6- کامپوزیت بازالت هدایت حرارتی کمی دارد بنابراین از رسوب نمک ها و پارافین ها در خطوط لوله جلوگیری می کند و به هیچ گونه عایق حرارتی اضافی نیاز ندارد.

7- لوله های بازالتی به خوردگی الکتروشیمیایی مقاومند. این ویژگی در کنار سایر ویژگی های ذکر شده باعث افزایش طول عمر این لوله ها تا 80 سال می شود یعنی عمری معادل 2 تا 3 برابر لوله های فلزی.

8- میتوان از تجهیزات مورداستفاده برای تولید لوله های الیاف شیشه برای ساخت لوله های بازالتی در قطرها و ضخامت های مختلف استفاده کرد.

9- لوله های ساخته شده از الیاف بازالت هیچ حفاظت الکترونیکی نیاز ندارند چون خودشان دی الکتریکند و به عنوان حصاری برای تابش های الکترومغناطیسی عمل می کنند.

ویژگی های لوله های کامپوزیتی پلاستیک/ بازالت در جدول 3 آورده شده است.

مخازن تحت فشار، کپسول های CNG، *****های فاضلاب، لوله ها و مخازن مقاوم به خوردگی نیز کاربردهای دیگری برای الیاف بازالت هستند. مخازن تحت فشار الیاف شیشه E معمولاً سنگین و مخازن الیاف شیشه Sمعمولاً گرانند. همچنین با به کارگیری این الیاف در *****ها مشکل تعویض زود به زود *****ها در اثر خوردگی را میتوان حل کرد.

کاربردهای پیشرفته الیاف بازالت

الیاف بازالت در مهندسی الکترونیک در ساخت قطعات ساده و پیچیدۀ نیاز ویژگیهای دی الکتریکی بالا، در عایق های صوتی و حرارتی کاملاً غیرقابل احتراق برای کابین ها، بدنه موتورها، کشتی ها و هواپیماها، به عنوان تقویت کننده لاستیک های صنعتی، تسمه برای انتقال بارهای سنگین، در شبکه های مهندسی نظیر خطوط لوله انتقال آب گرم، خطوط لوله انتقال حرارت، در پمپ های انتقال مایعات خورنده، کانال سازی، پوشش های حفاظتی در برابر پرتوهاس الکترومغناطیس و پاک شدن اطلاعات در رایانه ها و در محفظه های دفن مواد زاید خیلی سمی کاربرد دارند.

کاربردهای کشاورزی

الیاف بازالت در بخش کشاورزی نیز استفاده می شوند ازجمله در لوله های آبیاری، پرورش بذر گیاهان به وسیله الیاف فوق باریک (هیدروپونیک) و ساخت ماشین های کشاورزی.

کاربردهای نظامی

در بین کاربردهای گوناگون الیاف بازالت، تجربه کاربرد این محصولات برای اهداف نظامی جالب توجه به نظر می رسد. این تحقیقات بیشتر در شورویسابق انجام شده است. برخی از کاربردهای دفاعی شناخته شده الیاف بازالت عبارتند از:

1- کفپوش و پوشش تانک ها، کشتی ها و هواپیماها، محفظه های غیرقابل احتراق پوسته راکت ها و دیگر سخت افزار نظامی.ویژگی ضد آتش پارچه بازالت به عنوان عایق حرارتی در شرایط ویژه فعالیت های نظامی کاربرد دارد. این الیاف علاوه بر تقویت کنندگی، برای محدود کردن آتش و انفجار در محفظه ای با درجه حرارت 1050 درجه سانتی گراد بسیار مؤثرند و از گسترش آتش جلوگیری می کنند.

2- فوم ضد صدای تقویت شده با الیاف سوزنی بازالت که وسیله ای مؤثر برای نیروهای امنیتی به شمار می رود. این سیستم جدید و منحصر به فرد که در مواقع تهاجم و تظاهرات به عنوان ضربه گیر استفاده می شود که با دیوارهای فومی سریع ساز نیروهای انتظامی را از تظاهرکنندگان جدا می کند. این فوم ها بی ضرر بوده برخلاف روش های قدیمی همانند استفاده از گازهای اشک آور که باعث صدمات جسمی به تظاهرکنندگان و بستری شدن اورژانسی آنها می شد به تظاهرکنندگان صدمه ای نمی زند.

3- جلیقه ضدگلوله. اگرچه استفاده از الیاف بازالت به عنوان جایگزین لایه کولار در جلیقه ضدگلوله عاقلانه به نظر نمی رسد ولی تحقیقات انجام شده بر روی نمونه های 200 × 200 سانتی متری با لایه های دمپینگ بازالتی با فشنگ های 356-Mag و 9Para Fm نتایج بسیار قابل قبولی داشته اند. برتری های دیگر جلیقه ضدگلوله تهیه شده از پارچه های بازالت عبارتند از وزن پایین تر و برتری مشهود آن از نظر هزینه.

4- ساختار سبک لانه زنبوری الیاف بازالت برای استفاده در تجهیزات رادار، پره ها، جاذب های نور خورشید، عرشه و بدنه کشتی ها، دیوارهای نگهدارنده گرما و حرارت، بدنه کامیونهای نظامی مناسب است.

[EN-EZEL 13039]

سایر وسایل و تجهیزات تولید شده با الیاف بازالت

 

نوارهای آب بندب بازالت

نوارهای آب بندی بازالتی از هسته ای از جنس الیاف بازالت و نوارهای رووینگ شیشه به عنوان پوشش ساخته می شوند. باتوجه به هدایت گرمایی کم و مقاومت ارتعاشی زیاد، این نوارها ماده ای عالی برای عایق سازی محسوب می شوند. مقاومت این ماده در محدوده دمایی گسترده، کاربرد نوارهای بازالتی را برای عایق کاری آب بندهای حرارتی تأسیسات، خطوط لوله و اتصال های کف قالب های بتنی ممکن ساخته است.

بدنه لوازم الکتریکی

بدنه دریل دستی ضربه ای ساخته شده از پلی آمید 6 تقویت شده با 45 درصد وزنی الیاف بازالت یکی دیگر از کاربردهای این الیاف است.با توجه به کوتاه بودن طول الیاف بازالت در کامپوزیت های قالبگیری تزریقی شده (4/0-2/0 میلی متر)، نکته کلیدی کیفیت مناسب قطعه برهم کنش زمینه و الیاف است.

سه پایه دوربین

شرکت گیتزو که سه پایه های حرفه ای عکاسی تولید می کند به تازگی سه پایه ها و تک پایه های بازالتی جدیدی ارائه کرده کهبرای هرنوع دوربین عکاسی مناسب است. گیتزو با سه پایه های الیاف کربنی وارد بازار کامپوزیت شد و هم اکنون تجربه خود را برای ساخت لوله های تقویت شده با الیاف بازالت مورد استفاده قرار می دهد است. علت انتخاب الیاف بازالت توسط این شرکت، استحکام مناسب محصول نهایی و قیمت کمتر ان نسبت به الیاف کربن است. سه پایه بازالتی محصول این شرکت تقریباً 20 درصد سبکتر از سه پایه آلومینیومی است و از نظر میرایی ارتعاشات عملکرد بهتری دارد. شرکت لیب تکنولوژیز دو نوع اسنوبرد جدید ارائه کرده است که در آنها به جای الیاف شیشه از پارچه بازالتی استفاده شده است. این اسنوبردها که گلدن فلیس بازالت نامیده می شوند شامل یک هسته چوبی در مرکز با آستری الیاف بازالت در دو طرف آن هستند که منجر به سبک تر و صلب تر شدن آنها می شود.

شرکت مروین نیز با استفاده از محصولات شرکت بازالتکس یک نوع اسنوبرد برای شرکت کوییک سیلور تولید کرده است که در غرفه بازالتکس در نمایشگاه کامپوزیت JEC سال 2005 به نمایش درآمد.

انتخاب رزین برای ساخت کامپوزیت ها

رزین ها از هر نوعی که باشند برای این که در ساخت قطعات کامپوزیتی استفاده شوند بایستی دارای ویژگیهای زیر باشند:

1- ویژگیهای مکانیکی خوب

2- چقرمگی مناسب

3- ویژگیهای چسبندگی خوب

4- مقاومت خوب در برابر عوامل تخریب کننده محیطی همانند مواد شیمیایی خورنده

ویژگیهای مکانیکی

شکل 1 منحنی تنش- کرنش را برای یک رزین ایده ال نشان می دهد. به خوبی مشاهده می شود که این رزین استحکام نهایی بالا و سفتی زیادی دارد (که با شیب اولیه نمودار مشخص می شود) و همچنین در برابر شکست مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. این بدان معنی است که این رزین اگرچه سفتی مطلوبی دارد ولی دچار شکست ترد نیز نمی شود.

همچنین باید توجه کرد که اگر قرار است کامپوزیتی تحت بارگذاری کششی قرار گیرد برای رسیدن به تمام ویژگی های مکانیکی موردانتظار از ترکیب الیاف و رزین، باید رزینی انتخاب شود که حدأقل به اندازه الیاف انعطاف پذیر باشد و از خود تغییر شکل نشان دهد.

شکل 2 کرنش در نقطه شکست را برای الیاف شیشه نوع E و نوع S، الیاف آرامید و کربن با استحکام زیاد و رزین اپوکسی نشان می دهد. در این نمودار دیده می شود که مثلاً الیاف شیشه نوع S قبل از شکست حدود 3/5 درصد افزایش طول دارد. لذا برای ساخت کامپوزیتی با حدأکثر ویژگیهای کششی، باید رزینی با حدأقل همین درصد افزایش طول در نقطه شکست انتخاب شود.

چقرمگی

مقاومت مواد در برابر گسترش ترک را چقرمگی می نامند، چیزی که اندازه گیری دقیق آن در سازه های کامپوزیتی مشکل به نظر می رسد. اما منحنی تنش- کرنش رزین ها نشانه های خوبی از میزان چقرمگی آنها فراهم می آورد. عموماً هرچه تغییر شکل رزین قبل از شکست بیشتر باشد، ماده چقرمتر بوده و در برابر ترک بیشتر مقاومت می کند. برعکس رزینی که میزان کرنش شکست آن کم است منجر به ساخته شدن کامپوزیتی ترد و شکننده خواهد شد که به راحتی ترک برمی دارد. در نتیجه رزین انتخابی باید از نظر این ویژگی با درصد افزایش طول الیاف تقویت کننده متناسب باشد.

چسبندگی

وجود چسبندگی زیاد بین رزین و الیاف تقویت کننده، ویزگی لازم و ضروری رزین هاست. چون فقط در این صورت میتوان اطمینان داشت که تنش های وارده به طور مرثر به الیاف تقویت کننده منتقل شده و از ایجاد ترک و جدایش بین رزین و الیاف در اثر این تنش ها جلوگیری میشود.

مقاومت در برابر عوامل مخرب محیطی

مقاومت در برابر اثر تخریبی آب و دیگر مواد خورنده و آسیب رسان و پایداری در برابر تنش های ثابت تکرارشونده، ازجمله ویژگیهای ضروری هستند که هر رزین باید داشته باشد. وجود این دسته از ویژگی ها، به ویژه در سازه های دریایی بسیار اهمیت دارد.

 

ویژگیهای الیاف بازالت

الیاف بازالت ویژگیهای قابل قبولی دارند. مدول یانگ الیاف بازالت بالاتر از مدول یانگ الیاف شیشه نوع ایی است. این مواد قابلیت مرطوب شدن یا آغشته شدن خوبی دارند، آب را جذب نمی کنند و دمای ذوبی بالاتر از دمای شعله معمولی دارند. این الیاف معمولاً سایزینگ سیلان دارند و در زمینه های گوناگون از جمله اپوکسی، پلی استر، فنلیک ها، گرمانرم ها و... به کار گرفته می شوند. الیاف بازالت مقاومتی عالی در برابر اسیدها و حلالها دارند اما در مقابل محیط های قلیایی ضعیف ترند؛ اگرچه باز هم از الیاف شیشه نوع E در محیط قلیایی قویترند.

الیاف بازالت ازنظر مقاومت در برابر شعله آتش نسبت به الیاف شیشه نوع ایی، 150 درجه سانتی گراد مقاومت حرارتی بالاتری دارند ولی قیمت آنها کمتر از سیلیس است. استحکام کششی این الیاف نیز 15 تا 20 درصد بالاتر از الیاف شیشه نوع E است در ضمن مقاومت شیمیایی بهتری دارند.

قطعات ساخته شده از الیاف بازالت نسبت به الیاف شیشه عایق صوتی بهتری به حساب می ایند و بنابراین با کاربرد انها در پوشش های داخلی احساس راحتی بیشتری خواهیم داشت. ویژگیهای دی الکتریکی الیاف بازالت همانند الیاف شیشه است و در نتیجه با کاربرد بازالت به جای شیشه در ساخت رادار، صحت عملکرد آن تغییر نمی کند.

با قرار گرفتن الیاف بازالت تحت دمای 400 درجه سانتی گراد تنها 20 درصد افت استحکام مشاهده میشود در حالی که استحکام الیاف شیشه نوع E تحت شرایط دمایی مشابه، بیش از 50 درصد کاهش می یابد.

تولید الیاف بازالت در مقایسه با الیاف شیشه و سایر الیاف از قبیل سرامیک، کربن، کولار و... مقرون به صرفه است. از نظر ویژگی ها نیز الیاف بازالت به الیاف شیشه برتری دارد ازجمله این برتری ها میتوان به مقاومت حرارتی بالا، اشتعال پذیری کم، افت کم عملکردو استحکام در دماهای کمتر از 250 درجه زیر صفر و دماهای بالاتر از 900 درجه سانتی گراد و همچنین در رطوبت زیاد، چسبندگی خوب به رزین های پلیمری و لاستیک ها، مقاومت سایشی و کششی، ویژگیهای دی الکتریکی بالا، جذب آب کم، غیرسمی بودن و ایمن بودن از نظر زیست محیطی. این برتری ها الیاف بازالت را ماده ای مناسب برای پر کردن فاصله خالی بین الیاف شیشه و الیاف مقاوم تر مانند سرامیک، کربن و... کرده است.

نخ های تابیده شده بازالت به دلیل استحکام نسبتاً بالایشان کاملاً شناخته شده اند. البته استحکام کششی این مواد پس از بافت از استحکام نخ و رووینگ اولیه کمتر میشود که احتمالاً این امر به دلیل شکستگی های جزئی تارهای الیاف است. تغییر طول این الیاف در شکست بین 6/1 تا 2/2 درصد است.

گزارش شده است که استحکام نخ های تابیده شده بازالت با سایزینگ پارافین در دمای بالاتر از 200 درجه سانتی گراد شروع به کاهش می کند در حالی که الیاف با سایزینگ ارگانوسیلوکسان استحکامشان را تا دمای 350 درجه سانتی گراد به خوبی حفظ می کنند. کاهش اساسی استحکام نخ ها و رووینگ های اولیه بازالت در دمای 400 درجه سانتی گراد احتمالاً به دلیل تجزیه گرمایی ذرات چسب سایزینگ است که بالاترین سرعت تجزیه را در خلال یک ساعت اول حرارت دهی داشته و بعد از 8 تا 10 ساعت کاملاً تجزیه می شوند. تخریب سایزینگ الیاف باعث کاهش چگالی آنها و متقابلاً کاهش استحکام شده و الیاف به طور جداگانه شکسته میشوند. مطالعه برهم کنش الیاف اولیه بازالت و محلول هیدروکسید سدیم و اسید سولفوریک نشان داده است که بازالت مقاومت نسبتاً خوبی د رهر دو محیط اسیدی و قلیایی دارد. این ویژگی، بازالت را از الیاف شیشه شناخته شده متمایز می کند. بازالت از سه سیلیکات معدنی به نامهای پلاگیوکلاس،الفین و پیروکسین تشکیل شده است. پلاگیوکلاس نوعی فلدسپار حاوی سیلیکات های سدیم و کلسیم، الفین یک سیلیکات دارای منیزیم و آهن و پیروکسین حاوی گروهی از سیلیکات های بلوری شامل اکسید فلزاتی همچون منیزین، آهن و کلسیم هستند. تفاوت های ترکیبی ناشی از این اجزا نشان می دهد که ترکیبات بازالت میتوانند به طور قابل توجهی از یک منطقه به منطقه دیگر متفاوت باشند. علاوه بر این سرعت سرد شدن جریان گدازه هنگام رسیدن به سطح زمین نیز بر ساختار بلوری بازالت اثر می گذارد. محققان بر این عقیده اند که با وجود دسترسی آسان به معادن سنگ بازالت در جهان، فقط تعداد کمی از این معادن دارای بازالتی مناسب برای ساخت الیاف پیوسته هستند. این معادن به ویژه در اکراین واقعند. شرکت های تولیدکننده الیاف بازالت به دلیل تفاوت های ترکیبی معادن مختلف معمولاً ترجیح می دهند که مواد اولیه خودشان را از یک معدن خاص تهیه کنند.

الیاف بازالت علاوه بر ویژگی های ذکر شده، کاملاً خنثی بوده و هیچ گونه خطری برای سلامتی انسان و محیط زیست ندارند. برای حفظ شرایط استاندارد و ایمنی لازم، الیاف باید قابل استنشاق نباشند؛ برای اقناع این شرط، تارهای تشکیل دهنده الیاف باید قطری بیش از 5 میکرومتر و طول مناسب داشته باشندو در جهت طولی از هم جدا نشوند. در پشم های معدنی که معمولاً قطری برابر 1 تا 3 میکرومتر دارند این شرایط فراهم نمی شود ولی تارهای پیوسته بازالت قطری بیش از 5 میکرومتر دارند.

مدول الاستیسته این الیاف بالا بوده و در نتیجه چقرمگی الیاف فولاد است. الیاف بازالت مقاومت خستگی خوب و مقاومت عالی در مقابل ضربه دارند و در پوشش های ضدگلوله عملکرد خوبی از خود به نمایش می گذارند، جایگزین ارزان و مناسبی برای الیاف کربن در بعضی کاربردها مثل روش پیچش الیاف هستند، مقاومت خوبی در برابر تابش نور دارند، کار کردن با آنها آسان است، به طور طبیعی نسبتب ه پرتوهای فرابنفش و پرتوهای الکترومغناطیسی پر انرژی مقاومند، با بسیاری از رزین ها سازگارند و برای تولید آنها نیاز به هیچ گونه تجهیزات فراوری خاصی نیست.

از نظر مقاومت حرارتی، الیاف بازالتبه طور استثنایی مانع گسترش آتش می شوند. محصولات بازالت در برابر شعله مستقیم نیز مقاومند. اگر با یک چراغ بونزنی که دمایی حدود 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد ایجاد می کند پارچه ساخته شده از الیاف بازالت را حرارت دهیم مانند یک پارچه فلزی تفتیده می شود ولی نمی سوزد. این حالت میتواند برای ساعت ها ادامه داشته باشد. اما پارچه ای از الیاف شیشه نوع E با چگالی سطحی یکسان، به وسیله شعله مشابه در کسری از ثانیه سوراخ می شود. از دیگر برتری های الیاف بازالت این است که عملکرد خود را تا دمایی زیر دمای نیتروژن مایع حفظ می کنند. این الیاف همچنین قابلیت بازیافت و استفاده مجدد را دارند.

ملاحظات اقتصادی

امروزه گونه های مختلف الیاف تولید و به کار گرفته می شوند از جمله الیاف سیلیکاتی (با بیش از 5/99 درصد سیلیس)، الیاف کربن، الیاف سرامیکی، الیاف PAN اکسید شده و نوارهای شیشه ای با پوشش میکا. تمام این الیاف خیلی گرانتر از الیاف بازالتند. فناوری الیاف بازالت فاصله خالی بین الیاف شیشه نوع E و الیاف سدکننده آتش را پر می کند. اگرچه الیاف بازالت هنوز به طور گسترده مصرف نمی شود اما به آرامی در حال بازکردن راه خود به سوی مصرف کنندگان است. بهای الیاف بازالت بین قیمت الیاف شیشه نوع S (15-10 دلار برای هر کیلوگرم) و الیاف شیشه نوع E (5/5-2/1 دلار برای هر کیلوگرم) است.

[EN-EZEL 13039]

قالبگیری با انتقال رزین- RTM

یکی از روش های متداول تولید قطعات کامپوزیتی روش قالبگیری با انتقال رزین (RTM) است. RTM یک فرایند قالب بسته کم فشار است که از طریق آن با به کارگیری پلیمرهای مایع گرماسخت تقویت شده با انواع گوناگون الیاف، قطعه ای با کیفیت سطح و دقت ابعادی بالا تولید می شود. معمولاً در این فرآیند پلیمرهایی از خانواده اپوکسی، وینیل استر، متیل متاکریلات، پلی استر یا فنلیک و تقویت کننده الیاف شیشه استفاده میشوند. سایر تقویت کننده ها از جمله الیاف کربن، آرامید یا الیاف سنتزی به تنهایی یا در ترکیب با یکدیگر برای کاربرد در شرایط دشوارتر به کار گرفته می شوند.

نوع زمینه پلیمری و تقویت کننده، عامل تعیین کننده جنس قالب و کارایی آن از نظر مکانیکی و سطحی است. علاوه بر پلیمر و تقویت کننده، میتوان برای افزایش دیرسوزی، مدول خمشی و کیفیت سطح نهایی از پرکننده های معدنی نیز استفاده کرد.

در این فرایند تقویت کننده ها به صورت پارچه بافته، الیاف سوزنی و... به شکل خشک درون قالب قرار داده می شوند. این الیاف یا قبلاً به شکل دقیق قالب تهیه می شوند (به صورت پیش شکل) یا در حین فرایند چیدن آنها در قالب، با دست شکل داده می شوند. بعد از قرار دادن الیاف درون قالب، یک رزین که از پیش با کاتالیزور مخلوط شده است به درون قالب بسته تزریق شده و الیاف را در بر می گیرد. ممکن است روی سطح قالب پوشش ژلی اعمال شود؛

فرایندی که طی آن، قبل از قرار دادن الیاف درون قالب، روی سطح قالب پوشش داده می شود.

برتری ذاتی فرایند RTM تزریق رزین با فشار کم است. فشار تزریق رزین در حین پر شدن قالب معمولاً از 690 کیلوپاسکال تجاوز نمی کند. دیگر برتری های این روش در مقایسه با فرایندهای قالب باز عبارتند از: کمتر بودن میزان انتشار گازها و بخارات ناشی از پلیمریزاسیون یا پخت رزین، شرایط کاری تمیزتر، پایداری ابعاد بیشتر قطعات تولیدی، کیفیت خوب هردو سطح قطعه تولیدی و فرایند تولید سریعتر. با این حال باتوجه به هزینه بالای ساخت قالب و نیاز به گره های نگهدارنده قالب و تجهیزات کمکی، در مجموع فرایند RTM از نظر هزینه و حجم تولید فرایندی متوسط محسوب می شود و در اصل بین دو دسته فرایندهای قالب باز کم هزینه با تولید کم و فرایندهای پرهزینه قالبگیری با پرس با تولید انبوه قرار دارد.

همیشه این سؤال مطرح بوده است که ایا فرایند RTM در مقیاس وسیع در صنعت کامپوزیت مورد استفاده قرار گرفته است؟

صنعتگران زیادی در سالهای گذشته روش RTM را به عنوان روش تولید قطعات کامپوزیتی آزمایش کرده و به کار گرفته اند، اما تنها تعداد کمی از آنها برای مدت زیادی از این روش استفاده کردند و تقریباً میتوان گفت هیچ کدام از آنها RTM را به عنوان روش انحصاری تولید خود نپذیرفتند.

طبق آمارهای موجود تقریباً همه صنایعی که تولیداتی ارزان یا با قیمت متوسط دارند از روش های قالبگیری باز استفاده می کنند. قطعاً نیاز به مهارت زیاد برای فرایند RTM عامل اصلی دلسردی بسیاری از صنعتگران در به کارگیری این روش برای تولید قطعات کامپوزیتی بوده است.

به علاوه این که عواملی چون هزینه های نهفته ناشی از نگهداری قالب، چیدن تقویت کننده ها درون قالب، عملیات مجدد روی قطعه پس از قالبگیری (به علت وجود حباب یا چسبیدن قطعه به قالب) و همچنین خسارات وارده طی فرایند ساخت باعث شده اند تا از دیدگاه بسیاری از تولیدکنندگان فرایند RTM فرایندی با هزینه و حجم تولید متوسط محسوب نشود.

فرایندی که امروزه تحت عنوان RTM مورد استفاده قرار می گیرد در واقع RTM سبک (Light) یا LRTM است. اگرچه ممکن است این فرایند نتواند همانند RTM سنتی فرایندی با حجم تولید متوسط (1000 تا 10000 قطعه در سال) به حساب اید اما نسبت به فرایندهای قالب باز از سرعت بالاتری برخوردار بوده و برتری های واقعی یک فرایند قالب بسته را به همراه دارد. باتوجه به برطرف شدن معایب فرایند RTM در LRTM، اعتماد تولیدکنندگان به این روش روز به روز بیشتر می شود، به طوری که امروزه آمارهای موجود از به کارگیری گسترده این فرایند توسط صنعتگران حکایت دارد.

تاریخچه

فرایندی که امروزه به عنوان LRTM شناخته می شود اولین بار حدود 25 سال قبل در بلژیک به کار گرفته شد. در واقع ایده این فرایند از روش VARTM یا RTM به کمک خلاء گرفته شده است که روشی برای تولید قطعات سبک با به کارگیری خلاء است.

مراحل این فرایند عبارتند از:

- الیاف خشک از طاقه بریده شده و پس از شکل دادن در محفظه قالب قرار داده می شوند.

- پس از آن که الیاف در جای مناسب خود قرار گرفتند، قالب بسته و محکم می شود.

- یک خلاء نسبی محفظه داخل قالب را فرا می گیرد.

- رزین با مقدار مشخص و با فشار کم به داخل قالب تزریق می شود.

- خلاء نسبی، رزین را در تمام قالب پخش کرده و تمام الیاف به رزین آغشته می شوند.

- پس از گذشت زمان لازم برای سخت شدن قطعه، قالب باز شده و قطعه از آن جدا می شود.

این فرایند در آن زمان دارای مشکلاتی بود. الیاف مورد استفاده (کوتاه یا بلند) درون قالب به راحتی شکل نمی گرفتند. نظم این الیاف پس از بسته شدن قالب به هم می خورد. با ورود رزین، رشته های الیاف کنار هم جمع شده و به هم می چسبیدند. این امر باعث می شد تا قطعه تولیدی دارای انعطاف پذیری لازم نبوده و تقریباً سخت شود. این مشکل در فرایندهای قالب باز وجود نداشت.

علاوه بر این، مشکلات دیگری نیز وجود داشت. جابجایی الیاف و به هم ریختن آنها در قالب باعث می شد تا خلاء نسبی موجود نتواند الیاف را فشرده و قالب را به طور کامل بسته نگاه دارد. این امر باعث می شد تا تنها قطعات ساده و تخت با این روش تولید شوند. استفاده از این روش برای تولید قطعات پیچیده نیازمند به کارگیری الیاف بافته ویژه ای همراه با کارهای اضافی روی الیاف بود. اگرچه این الیاف خوب شکل می گرفتند ولی قیمت تمام شده آنها بسیار بالا بود و از طرفی جریان رزین را به خوبی عبور نمی دادند. این عوامل سبب شد تا این فرایند رشد چندانی نداشته باشد.

ورود نسل جدید تقویت کننده ها به بازار

کم کم الیافی وارد بازار شدند که مشکلات مذکور را حل کردند. بدین ترتیب قطعات تولیدی از روش VARTM از کیفیت خوبی برخوردار شدند. ولی هزینه های بالا، فرایند VARTM را از دسته فرایندهای با هزینه متعادل خارج می کرد.

حدود 10 سال قبل با ورود نسل جدید الیاف به بازار، وضعیت به کلی تغییر کرد. چندین شرکت تولیدکننده الیاف شیشه، الیاف جدیدی تولید کردند که منحصراً برای فرایندهای قالب بسته طراحی شده بودند. ویژگیهای مثبت این الیاف، آنها را به الیافی ایده آل برای روش VARTM تبدیل کرد.

این الیاف دارای چسبندگی کمتری بوده و نرم تر بودند و به همین دلیل به راحتی در قالب شکل می گرفتند. علاوه بر این، برای شکل گیری در قالب نیاز به مرطوب شدن نداشتند. ویژگی مثبت دیگر این الیاف، این بود که از سه لایه تشکیل شده بودند که لایه میانی آنها محیطی مناسب برای عبور جریان با چگالی کم فراهم می کرد. این لایه باعث می شد تا رزین بدون هیچگونه مقاومتی و به طور افقی در الیاف جریان یابد. همچنین لایه های بیرونی این الیاف دارای انعطاف زیادی بودند و این عامل سبب می شد تا سطوح خارجی قطعه تولیدی از کیفیت بیشتری برخوردار شد.

مایک انگرر مالک شرکت نیوبوستون کامپوزیت در سفری که در سال 1997 به اروپا داشت با این فرایند آشنا شد و از جمله اولین تولیدکنندگان آمریکایی بود که این فرایند را به عنوان فرایندی مناسب برای تولید قبول کرد. پس از گذشت زمان کوتاهی، مایک انگرر روش تولید محصولات خود را از فرایندهای قالب باز به LRTM تغییر داد. در همان زمان نیل مک آرتور از شرکت کامپوزیت مک آرتور این فرایند را در اروپا مشاهده کرد و به عنوان نخستین تولیدکننده قطعات کامپوزیتی در استرالیا آن را پذیرفت.

اما چگونه فرایند قالبگیری رزین به کمک خلاء یا VARTM به LRTM تغییر یافت؟

گای شومارات صاحب شرکت شومارات یکی از اولین تولیدکنندگان نسل جدید الیاف کوتاه و همچنین آلن هارپر صاحب شرکت انگلیسی پلاستک سازنده تجهیزات تزریق رزین تصمیم گرفتند برای رشد صنایع خود این فرایند را به عنوان فرایندی مناسب برای تولید قطعات کامپوزیتی معرفی کنند و به این نتیجه رسیدند که VARTM احتیاج به نام جدیدی دارد. بدین ترتیب VARTM به RTM سبک یا LRTM تغییر نام داد.

فرایندی جهانی

با گذشت زمان، حدود 400 صنعتگر در سراسر دنیا فرایند RTM را یاد گرفته و بیش از 100 تن از آنها شروع به تولید قطعات کامپوزیتی با این روش کردند. پس از حدود 20 سال از ابداع RTM این فرایند و مواد مصرفی آن به طور چشمگیری تغییر یافته اند.

چارلز تور یکی از توسعه دهندگان اصلی این فرایند- هنگامی که در بلژیک تهیه کننده مواد اولیه بود- هم اکنون در شومارات کار می کند و برای گسترش و پیشرفت این فرایند وقت زیادی صرف کرده است. پلاستک نیز به سهم خود اتصالات و تجهیزات جانبی ویژه ای را طراحی و تولید کرد که مراحل ساخت و نصب قالب را به طور چشمگیری ساده کرده است.

فرایند LRTM مورد استفاده در حال حاضر برتری های زیادی دارد و قطعه تولیدی برای نخستین بار انتظارات قالبگیران را برآورده میسازد. تولیدکننده میتواند با هزینه ای تقریباً دو برابر هزینه روش های قالب باز، قطعه ای را از روش قالب بسته تولید کند. گذشته از هزینه، یک قالبگیر میتواند انتظار داشته باشد که با استفاده از یک قالب، چهار بار در روز قطعه تولید کند که به این ترتیب در مقایسه با قالبگیری باز نرخ تولید تقریباض دو برابر است. افزودن یک نیمه قالب اضافی (به عنوان مثال دو نیمه قالب ماده و یک نیمه نر) اغلب می تواند سرعت فرایند را افزایش دهد. علاوه بر این ها در این روش خروج گازهاو بخارات ناشی از پلیمریزاسیون رزین به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد و میتوان رو ی هر دو سطح قطعه پوشش ژلی اعمال کرد.

شرایط کاری در فرایند LRTM به مراتب تمیزتر از روش قالبگیری باز بوده و یکنواختی قطعات در آن بیشتر است. میزان مصرف مواد نیز بیشتر قابل پیش بینی است. البته LRTM محدودیت هایی هم دارد. جداسازی بعضی قطعات پیچیده از نیمه نر قالب مشکل است. بعضی قطعات را به دلیل پیچیدگی هندسی قطعه نمیتوان از روش LRTM قالبگیری کرد. هزینه مواد در فرایند LRTM نسبتاً زساد بوده و تهیه برخی مواد زمان زیادی می طلبد (البته هزینه بالای مواد با افزایش بهره وری جبران می شود).

[EN-EZEL 13039]

قالب

مهم ترین جزء فرایند LRTM، قالب است. در فرایندهای قالب بسته، قالب دارای دو نیمه است. یک نیمه قالب نسبتاً صلب و نیمه دیگر نسبتاً انعطاف پذیر است. در واقع یک نیمه قالب سفت تر از نیمه دیگر آن است. معمولاً نیمه صلب قالب با استفاده از فناوری و موادی ساخته میشود که برای ساخت قالب های فرایند قالب باز به کار گرفته می شود.

تنها تفاوت مهم قالب فرایندهای قالب باز و نیمه صلب قالب فرایند LRTM این است که عرض فلانج دور قالب در LRTM حدود 25-15 سانتی متر است.

قالب فرایندهای قالب باز با فلانج دارای سیستم پاشش، بدون هیچ گونه تغییری میتواند برای قالبگیری IRTM استفاده شوند. بعضی اوقات قالبگیر میتواند برای شروع، یک فلانج به قالب موجود اضافه کند. ولی برای قطعات کوچکتر معمولاً ساخت قالب جدید ساده تر است. ذکر این نکته ضروری است که چرخه های قالبگیری سریع، نیازمند قالب هایی با کنترل دما هستند که عملاً فرایند ساخت متفاوتی با قالب های باز دارند.

معمولاً در فرایند LRTM، نیمه صلب قالب، نیمه ماده قالب و دارای محفظه خالی و برعکس نیمه انعطاف پذیر قالب، نیمه نر و دارای برجستگی است. نیمه انعطاف پذیر معمولاً یک کامپوزیت چند لایه است که با روش لایه چینی دستی از رزین های وینیل استر و الیاف کوتاه تولید می شود. استفاده از قالب های شفاف از این جهت سودمند است که به قالبگیر اجازه مشاهده جریان رزین در داخل محفظه قالب را می دهد. البته این مسأله برای قالبگیران ماهر و باتجربه از اهمیت کمتری برخوردار است. نیمه انعطاف پذیر قالب معمولاً روی نیمه صلب قالب ساخته میشود و برای ایجاد فضای خالی بین دو نیمه، از ورقهای موم استفاده می شود (البته روشهای سودمند دیگری نیز وجود دارد که دارای نتایج مطلوبی هستند). فلانج نیمه بالای قالب بایستی با فلانج نیمه پایینی هماهنگ باشد.

همچنین نیمه بالایی قالب باید دارای اجزای مشخصی باشد که نقشی کلیدی در پیشرفت و موفقیت فرایند دارند. این اجزا عبارتند از واشرهای داخلی و خارجی فلانج برای آب بندی در ایجاد خلاء، روزنه یا روزنه های تزریق و دست کم دو روزنه خلاء که معمولاً یکی از آنها در نزدیکی مرکز قطعه تعبیه می شود. از این روزنه همچنین برای تزریق مایع جداکننده استفاده می شود. علاوه بر قالب، پمپ تزریق رزین و پمپ خلاء ازجمله تجهیزات ضروری این فرایند به شمار می آیند. سیستم خلاء میتواند شامل دو پمپ ونتوری ساده 20 دلاری و یا دارای تجهیزات 10،000 دلاری باشد. برای پمپ رزین اغلب قالبگیران از هرآنچه در دسترس است یا با آن آشنایی دارند استفاده می کنند. نمونه هایی از پمپ های مورد استفاده عبارتند از پمپ دنده ای، پمپ دیافراگمی، پمپ دودی و...

فرایند

در این فرایند قطعات میتوانند بدون پوشش ژلی یا با پوشش ژلی بر روی یک یا هردو سطح تولید شوند. آماده سازی قالب و اعمال پوشش ژلی همانند بر روی یک یا هر دو سطح تولید شوند. آماده سازی قالب و اعمال پوشش ژلی همانند فرایند قالبگیری باز است. هنگام اعمال پوشش ژلی، فلانج های قالب توسط کاغذ یا ماسک های قابل استفاده مجدد پوشانده می شوند.

به طور ایده آل هنگامی که پوشش ژلی هنوز چسبناک است تقویت کننده ها در محفظه مادگی قالب قرار می گیرند. پوشش چسبناک ژلی کمک می کند که تقویت کننده ها هنگام بسته شدن قالب در جای خود ثابت باشند. انواع مختلف تقویت کننده ها و الیاف میتوانند مورداستفاده قرار گیرند ولی استفاده از مواد ویژه باعث تسهیل فرایند و افزایش سرعت آن میشود.

سایر تقویت کننده ها و انواع مغزی ها میتوانند به همراه مت های شکل پذیر به کار گرفته شوند تا نتایج مطلوب به دست آید.

پس از آنکه همه مغزی ها و تقویت کننده ها در جای مناسب خود قرار داده شدند قالب بسته می شود. این عمل با قراردادن نیمه بالایی قالب روی نیمه صلب قالب با دست انجام می شود. معمولاً نیروی جاذبه همراه با لرزش های کوچک، فشار کافی را جهت بسته شدن قالب و آب بندی آن توسط واشر محیطی فلانج ایجاد می کند. در این لحظه خلاء کاملی در فضای بین واشرهای داخلی و خارجی فلانج اعمال می شود. این خلاء باعث ایجاد فشاری معادل چندین تن حتی روی قالبهای کوچک میشود. هنگامی که دو نیمه قالب به طور کامل فشرده شدنداز طریق روزنه مرکزی نیمه بالایی قالب یک خلاء نسبی اعمال میشود. در این هنگام قالب آماده دریافت رزین است. رزین از نقطه ای خارج از لبه قطعه و درون واشر داخلی وارد می شود. هنگامی که تقویت کننده ها در قالب قرار داده می شوند یک فضای خالی بین الیاف و واشر درونی باقی می ماند که این فضا محلی برای جریان رزین است. در نتیجه قبل از آنکه رزین به داخل تقویت کننده ها نفوذ کند دور تا دور آن را در قالب فرا می گیرد. برای قطعاتی که طول آنها بیش از 120 سانتی متر است معمولاض بیش از یک روزنه تزریق به کار گرفته می شود.

با آغاز جریان رزین درون تقویت کننده رزین به سمت روزنه خلاء که در مرکز قطعه قرار گرفته است پیش می رود. پس از آنکه قالب به طور کامل پر شد پمپ تزریق خاموش شده و لوله تزریق جدا می شود. هردوی خلاء های کامل و نسبی باید تا زمانی وجود داشته باشند که قطعه به قدر کافی پخت شده و بتواند از قالب جدا شود.

هنگام جدایش قالب، از طریق روزنه مرکزی اعمال خلاء، فشار ملایم هوا اعمال می شود تا عمل جدایش قالب تسهیل شود. ذکر این نکته ضروری است که در روش RTM سنتی تزریق تا زمانی که مشاهده شود قالب پر شده است ادامه می یابد ولی در روش LRTM میزان رزین موردنیاز پیش بینی شده و قالب تا آن زمان پر می شود. بنابراین قطعه ای با دقت و کیفیت بالا تولید شده و از بیرون ریختن رزین اضافی جلوگیری میشود.

Active Server Pages error 'ASP 0113'

Script timed out

/fa/CPO_Programs.asp

The maximum amount of time for a script to execute was exceeded. You can change this limit by specifying a new value for the property Server.ScriptTimeout

 

 

منبع: نشریه کامپوزیت

[EN-EZEL 13039]

[EN-EZEL 13039]

مروري بر روشهاي ترکيب ذرات نانو کلي در

نانوکامپوزيتهاي پليمري و بررسي خواص آنها

 

چكيده :

در اين مقاله در ابتدا به معرفي نانوکامپوزيتها پرداخته و معايب ومزاياي آنها نسبت به کامپوزيتهاي مرسوم و سنتي تشريح گرديده.در ادامه انواع ساختارهاي نانوکامپوزيت متداول بررسي گرديده.سپس روشهاي اختلاط ذرات نانو با پليمرها به منظور تهيه نانو کامپوزيتها معرفي گرديده در ادامه خواص مختلفي مانند استحکام کششي ،مدول ، آتشگيري ، خواص الکتريکي نانو کامپوزيت پلي استايرن - کلي با پلي استايرن خالص مقايسه گرديده است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[EN-EZEL 13039]

اجرای تونل تاسیسات شهری از جنس فایبر گلاس ( GRP )

 

 

 

اجزای مهم داخلی تونل تاسیسات شهری از جنس فایبر گلاس ( GRP ) به شرح ذیل می باشند :

 

الف- بدنه تونل

 

بدنه و دیواه های تونل از جنس فایبر گلاس ( GRP )و متناسب با بارهای خارجی وارد بر بدنه تونل ( بارهایی نظیر بار ترافیکی ، زلزله ، بار خاک و ...... ) طراحی و اجرا می گردد . در شکل شماره (3) بدنه تونل از جنس فایبر گلاس ( GRP ) در حال نصب است .

شکل شماره (3) بدنه تونل تاسیسات شهری از جنس فایبر گلاس ( GRP )

ب – ساپورتهای داخلی

 

جهت تحمل بارهای وارده از طرف تاسیسات مستقر در تونل تکیه گاه هایی از جنس فایبر گلاس ( GRP ) فولاد گالوانیزه و یا دارای پوشش ضد خوردگی طراحی و در فاصل معین نصب میشوند در شکل شماره (4) ساپورتهای داخل تونل تاسیسات نمایش داده شده اند .

شکل (4) ساپورتهای فولادی با پوشش اپوکسی نصب شده در داخل تونل تاسیسات شهری

ج- گذرگاه (گریتینگ)

 

جهت ایجاد سهولت در رفت و آمد پرسنل بهره بردار و همچنین استفاده از فضای دایروی کف تونل بعنوان کانال جمع آوری و هدایت آبهای ناشی از نشت لوله های آب و یا شستشوی تاسیسات داخل تونل از گریتینگ استفاده می شود . مشخصات هندسی و مکانیکی گریتینگ ها با توجه به بارهای اعمال شده بر کف گریتینگ تعیین می گردد . گریتینگ ها می توانند از جنس فایبر گلاس ( GRP ) و یا فولادی گالوانیزه انتخاب شوند . در شکل شماره (5) دو نوع گریتینگ فایبر گلاس ( GRP ) قابل استفاده در تونل تاسیسات شهری نشان داده شده است .

شکل (5) دو نمونه گریتینگ فایبر گلاس (GRP )

د- حوضچه های اخذ انشعاب

 

حوضچه های اخذ انشعاب عمدتا به منظور اخذ انشعابهای مربوطه به ساخته می شوند و کاربرد دیگر آنها استفاده بعنوان منهول ورودی و دسترسی در طول مسیر تونل می باشد . حوضچه های مذکور از جنس بتن و یا فایبر گلاس ( GRP ) قابل تولید می باشد . در شکل شماره (6) حوضچه های اخذ انشعاب بتنی نمایش داده شده است .

شکل (6) حوضچه اخذ انشعاب

ه- سایر تجهیزات

 

سایر تجهیزات نظیر دوربینهای امنیتی و مدار بسته ، سیستم تهویه مطبوع ، سیستم روشنایی و اعلام و اطفای حریق با توجه به موقعیت و نیاز پروژه طراحی و در داخل تونل نصب می شوند.

[EN-EZEL 13039]

بازیافت مواد کامپوزیتی

نوشتار حاضر، گزارش نهایی یک پروژه تحقیقاتی در زمینه بازیافت مواد کامپوزیتی است. هدف کلی این برنامه پژوهشی ، افزایش کاربرد کامپوزیت های پلیمری گرما سخت، از طریق توسعه فن آوری بازیافت مواد دور ریز بوده است. برای انجام این پروژه دو روش به کار گرفته شد :

روش کار در دانشگاه برونل به کار گیری مجدد کامپوزیت های گرما سخت خرد شده به عنوان پر کننده درپلیمرها و فن آوری مربوطه بود. یک فن آوری با فرآیندهایی که به تولید محصولاتی با ارزش افزوده بالا منجر می شود. این فرآیندها به ویژه برای بازیافت قراضه های تقریبا تمیز و غیر آلوده کامپوزیتی مناسب هستند.

در دانشگاه ناتینگهام کار بر روش های حرارتی بستر سیال متمرکز شده بود که انرژی و الیاف را به شکلی مناسب برای تهیه محصولات با ارزش بازیافت می کنند. این فرآیند برای قراضه های آلوده و مخلوط با سایر مواد، حاصل از قطعات صنایعی همچون صنعت خودرو مناسب است.

این گزارش نتایج کارهای انجام شده در دانشگاه ناتینگهام را بیشتر مورد بررسی قرار می دهد. در این دانشگاه یک فرآیند بستر سیال به کار گرفته شد. فرآیندی که بای بازیافت ماده تقویت کننده و انرژی از طریق سوزاندن زمینه پلیمری مواد کامپوزیتی مناسب است. سپس الیاف بازیافتی مشخصه سازی شده و کاربرد آنها درجاهایی که ارزش افزوده بالایی دارند نشان داده شده است.

هدف اصلی این مطالعه، کامپوزیت های گرما سختی بود که درحجم بالا به کارگرفته می شوند. کامپوزیت هایی با زمینه پلی استر، و فنلیک که با الیاف شیشه تقویت شده و با مواد معدنی پر شده اند. کامپوزیت های الیاف کربن نیز مورد مطالعه قرار گرفته اند.

 

فرآیند بستر سیال

به کارگیری بستر سیال برای بازیافت الیاف و شیشه و انرژی از مواد کامپوزیتی، بر مبنای یک کار قبلی در دانشگاه ناتینگهام انجام شد که درآن فرآیندهای گوناگون احتراق به عنوان روش بازیابی انرژی از کامپوزیتها مورد مطالعه قرار گرفته بودند. زمینه پلیمری کامپوزیت هنگام ورود به بستر سیال دما بالا تجزیه شده و این امر منجر به آزاد شدن الیاف و پرکننده و خروج آنها از بستر به وسیله جریان گاز می شود. یک بستر سیال دراندازه های آزمایشگاهی و به قطر 315 میلی متر ساخته شده و هوای سیال ساز به صورت الکتریکی پیش گرم شد تا بستر در دمایی بیش از 750 درجه سانتی گراد کار کند. الیاف و پرکننده ها پس از ترک بستر سیال به وسیله چرخانه از جریان گاز جدا شدند.

پژوهشهای نخستین روی یک نمونه صنعتی پایه پلی استری انجام شد که به روش قالب گیری ورقه ای ساخته شده بود. نتایج نشان دادند که استحکام الیاف شیشه در طول فرایند با افزایش دما کاهش می یابد. با این وجود حداقل دمایی برای تجزیه پلیمر و آزاد شدن الیاف مورد نیاز بود. به این ترتیب دمای بهینه فرایند تعیین شد.

در دمای 450 درجه سانتی گراد ، سوختن کامل نمی شد و به محفظه ای برای احتراق ثانویه نیاز بود که در آن، گازهای بستر سیال، پس از جدا شدن از الیاف و پرکننده ها بسوزند. پس از این محفظه، یک مبدل گرمایی قرارداده شد که در آن از سوزاندن پلیمر انرژی به دست آید.

 

بهینه سازی دستگاه بازیافت الیاف

سیستم جریان گردبادی الیاف و پرکننده نصب شده، نمی توانست الیاف را به طور کامل از پرکننده جدا کند و برای دستیابی به الیافی با کیفیت بالاتر، به سیستم جداساز بهتری نیاز بود. به همین علت، یک توری چرخان روی مجرای بستر سیال نصب شد. با عبور گازهای خروجی بستر سیال از توری، الیاف در سوراخ های توری گیر می کنند.

با چرخش توری، الیاف از جریان گاز خروجی جدا شده و داخل یک جریان هوای مخالف قرار می گیرند که الیاف را از توری گذرانده و وارد مجرای جمع کننده می کند. ذرات پرکننده روی شبکه توری جمع نمی شوند. این توری چرخان قادراست الیاف شیشه را با خلوص 80 در صد جمع آوری کند.

 

آماده سازی مواد برای بازیافت

قراضه های کامپوزیتی از داخل یک قیف و به وسیله یک ماردون به درون بستر سیال تغذیه می شوند. موثرترین روش آماده سازی، به کار گیری آسیاب چکشی برای خرد کردن ضایعات است، تا حدی که از یک توری با شبکه های 5 تا 10 میلی متری عبور کنند. نتایج نشان دادند که با کوچک تر شدن ابعاد مواد ورودی، روند فرایند بستر سیال سریع تر می شود و مواد باقی مانده درکف بستر در هر مرحله، کاهش می یابد. با این وجود درچنین شرایطی متوسط طول الیاف بازیافتی کوتاه تر است. علاوه بر قطعات SMC ، دیگر ضایعات کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه نیز از روش بستر سیال بازیافت شدند، از جمله قطعه ای از وینیل استر/ شیشه با پرکننده سیلیس. هر دوی این کامپوزیت ها با روشی مشابه به روش ذکرشده برای قطعات SMC فرآوری شدند، اگر چه تجزیه رزین وینیل اسر بسیار کند تر از پلی استر انجام شد. یک صفحه فنلیک/ شیشه نیز بازیافت شد. رزین فنلیک زمان بیشتری برای تجزیه نیاز داشت و قطعات باقی مانده از الیاف شیشه با سختی به رشته های جداگانه تبدیل می شدند.

 

بازیافت قطعات خودرو

هدف اصلی این پروژه، نمایش امکان بازیافت قطعات کامپوزیتی کهنه و اسقاطی از طریق بستر سیال بود، به ویژه ضایعات صنعت خودرو که در صورت ورود کامپوزیت به صنعت خودرو حجم زیادی خواهند داشت. این ضایعات اغلب به مواد دیگر چسبیده اند و قطعه انتخاب شده برای این آزمایش نیز درصندوق عقب یک خودرو- سازه ای ساندویچی متشکل از دو لایه پلی استر تقویت شده با شیشه و یک مغزی از فوم پلی اورتان – بود. این قطعه رنگ شده بود و تعدادی قطعه فلزی داخل آن قرار داشت. این قطع ابتدا با برش و سپس آسیاب چکشی به قطعاتی کوچک تر از 10 میلی متر خرد شد. سپس تمام محصولات آسیاب شده به درون بستر سیال تغذیه شد و دردمای 450 درجه سانتی گراد فراری شد. خلوص محصول به دست آمده 80 درصد بود. پس از آزمایش مقدار کمی زغال (ناشی از فوم پلی اورتان) و تعدادی قطعه فلزی در بستر سیال باقی مانده بود.

بازیافت کامپوزیت های الیاف کربن

چندین آزمایش نیز برای تحقیق در زمینه فرایند بازیافت الیاف کربن ازمواد کامپوزیتی انجام شد. ماده مورد آزمایش، قطعه ای اپوکسی- الیاف کربن بود که به روش پیچش الیاف ساخته شده و با آسیاب چکشی به قطعاتی کوچک تر از 10 میلی متر رد شده بود. آزمایش های بستر سیال تا دمای 5 درجه سانتی گراد انجام شدند و نتایج نشان دادند که تا این دما، اپوکسی از الیاف جدا شد ولی اکسیداسیون زیادی در سطح رخ نداد. الیاف کربن بازیافتی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شدند. این الیاف در شرایط مناسب قرار داشتند.

 

مشخصه سازی الیاف شیشه بازیافتی

الیاف شیشه بازیافتی به شکل تک رشته های کوتاه بودند. استحکام کششی، مدول یانگ و توزیع طول آنها مورد بررسی قرار گرفت. مدول این الیاف تغییری نداشت ولی کاهش محسوس در استحکام آنها مشاهده شد که دلیل آن دمای بالای بستر سیال بود. استحکام الیاف بازیافتی در دمای 450 درجه سانتی گراد، نصف استحکام الیاف شیشه اولیه بود. این کاهش استحکام در مقالات نیز گزارش شده است. آزمایش های کنترل شده در کوره آزمایشگاهی ، نشان دادند که این اثر به علت افزایش دمای فرایند است و به نظر میرسد کار مکانیکی در بستر سیال ، تاثیر محسوسی بر استحکام ندارد.

اندازه گیری توزیع طول الیاف بازیافتی بسیار دشوار بود. پس از چندین مرحل تحقیق و بررسی، روش پردازش تصویری با به کار گیری چندین نرم افزار دقیق مورد استفاده قرار گرفت. به این ترتیب میانگین طول الیاف بازیافتی 5-3 میلی متر گزارش شد.

بررسی تصویرهای میکروسکوپی الیاف نیز نشان دهنده کیفیت خوب الیاف و آلودگی سطحی بسیار کم بود. به این ترتیب فرایند بستر سیال روشی مناسب برای جداکردن الیاف از زمینه های پلیمری است.

 

به کار گیری مجدد الیاف شیشه بازیافتی

الیاف شیشه بازیافت شده تک رشته های کوتاهی بودند که سفتی آنها برابر سفتی الیاف شیشه اولیه اما استحکام آنها کم تر بود. بر پایه شکل و اندازه آنها، امکان به کار گیری این الیاف درکاربردهای مورد بررسی قرار گرفت که استحکام الیاف درآنها به اندازه سفتی مهم نبود. دو کاربرد با جزئیاتی که درپی خواهد آمد مورد بررسی قرار گرفتند. در هر دوی این کاربردها الیاف بازیافتی مستقیما به جای الیاف نو به کار گرفته شدند. بنابر این می توان گفت الیاف بازیافتی این توان بالقوه را دارند که به صورت موادی ارزشمند مورد توجه قرار گیرند.

 

1. تهیه پارچه سوزنی

پارچه سوزنی الیاف شیشه کربرد های بسیاری ، در صنعت کامپوزیت و چه در دیگر صنایع دارد. این نوع پارچه ها به روش های گوناگون تهیه می شوند و متداول ترین روش، فرایندی تر مشابه روش شبیه به صورت تک رشته هایی درون یک مایع پراکنده شده و سپس روی یک پارچه توری یا الک خوابانده می شود تا بافت مورد نظر به دست آید. از آنجائی که در بسیاری از کاربردها استحکام پارچه ویژگی زیاد مهمی نیست، این فرایند، فرایندی ایده آل به ویژه برای به کارگیری دوباره الیاف شیشه بازیافتی است.

پارچه های تهیه شده با نسبت های گوناگون الیاف بازیافتی، از روش های متفاوتی ارزیابی شدند. به عنوان مثال مناسب بودن بافت سطحی این پارچه ها برای فراهم کردن سطح پرداخت نهایی خوب هم در آزمایشگاه (اندازه گیری زبری سطح) و هم بصورت صنعتی (به کار گیری به عنوان پوشش یک یا چند لایی) آزمایش شد و در هر دو آزمایش ، پارچه نو عمل کرد. آزمایش های محیطی نیز به این صورت انجام شد که پارچه به عنوان بافت پوششی یک یا چند لایه به کار گرفته شد و سپس قطعه درمعرض محیط فرساینده مناسبی قرار گرفت و مجددا مشاهده شد که کارایی پارچه تهیه شده از الیاف بازیافتی، تفاوتی با پارچه های نو نداشت. استحکام پارچه سوزنی بازیافتی، به علت کاهش استحکام تک تک الیاف، عمدتا کم تر از پارچه سوزنی نو بود، اگر چه طول کوتاه تر الیاف نیز تاثیر گذار بود.

 

2. قالب گیری ترکیبات گرما سخت

ساخت ترکیبات گرم سخت به روش قالب گیری نیز فرصت مناسبی برای به کار گیری مجدد الیاف شیشه بازیافتی است. این مواد معمولا رکاربردهای نیازمند استحکام زیاد به کارگرفته نمی شوند و فرایند ترکیب سازی آنها با کمی اصلاح، می تواند برای الیاف بازیافتی تغییر داده شود. آزمایش های انجام شده روی یک ترکیب قالب گیری خمیری (DMC) درآزمایشگاه نشان دادند که جایگزینی الیاف شیشه بازیافتی به جای الیاف معمولی تا 50 درصد تاثیر قابل ملاحظه ای بر ویژگی های مکانیکی ماده-استحکام کششی، مدول و استحکام ضربه ندارد.

به دنبال این آزمایش ها، یک قطعه آزمایشی توسط یکی از شرکتهای همکار در پروژه ساخته و به کار گرفته شد. برای ساخت این قطعه با کاربرد الکتریکی، 17 کیلوگرم ترکیب خمیری شکل تهیه شد که در آن 50 در صد الیاف شیشه با الیاف بازیافتی جایگزین شده بود. فرایند ترکیب سازی وعملیات قالب گیری تحت تاثیر این جایگزینی قرار نرگفت و ترکیب تولید شده از نظر ظاهری تفاوتی با سایر ترکیبات نداشت. ویژگی های مکانیکی و الکتریکی قطعه DMC تولید شده با الیاف بازیافتی درمحدوده قابل قبولی قرار داشت.

 

تحلیل اقتصادی

به منظور ارزیابی چشم انداز احتمالی توسعه بیشتر فرایند بستر سیال و تعیین حوزه هایی که اصلاح آنها می تواند به بیشتر عملی شد این فرایند منجر شود، یک برآورد اقتصادی ازاین فرایند انجام شد. برای انجام این تحلیل ابتدا یک کارخانه بازیافت د رمقیاس واقعی طراحی شده و تجهیزات مورد نیاز ، اندازه تجهیزات و شرایط کار آنها (دما، فشار، سرعت، جریان سیال و...) مشخص شد.

نتایج نشان دادند که برای سر به سر شدن هزینه های این کارخانه، توان بازیافت آن باید 10000 تن در سال باشد. برای این که کارخانه پس از 10 سال، سالانه 3 درصد سود داشته باشد، توان بازیافت آن باید 15000 تن در سال باشد.

تغییر و بهبود فرایند بستر سیال ممکن است به افزایش توان تولید و عملی تر شدن چنین طرح هایی منجر شود. تحلیل هزینه های مشابهی برای کارخانه بازیافت الیاف کربن شیشه ارزش بیشتری دارد، تاسیس چنین کارخانه ای با توان تولید چند صد تن الیاف در سال امکان پذیر خواهد بود.

 

منبع : فصلنامه كامپوزيت

[EN-EZEL 13039]

مهندسی:کامپوزیتها -مواد چند سازه ای یا کاهگل های عصر جدید.

کامپوزیتها (مواد چند سازه ای یا کاهگل های عصر جدید )رده ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب موادساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است.اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی شوند.استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است مانند آجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده کاه استفاده می شده است .هنگامی که این دو باهم مخلوط بشوند در نهایت آجرپخته بدست می آید که بسیار ماندگار تر و مقاوم تر از هر دو ماده اولیه یعنی گل و کاه است.

تقسیم بندی مواد کامپوزیت:

1)کامپوزیتهای زمینه سرامیکی. ( CMC )

2)کامپوزیتهای زمینه فلزی. ( MMC)

1)کامپوزیتهای زمینه پلیمری. ( CMC )

رایجترین دسته کامپوزیت های زمینه پلیمری هستند که بیش از 90 درصد مصرف جهانی کامپوزیت را به خود اختصاص داده اند.

فایبرگلاس‌ها یا الیاف شیشه متداولترین الیاف مصرفی کامپوزیت‌ها در دنیا و ایران است . انواع الیاف شیشه عبارتند از انواع E ، C ، S و کوارتز. ترکیب الیاف شیشه نوع E یا الکتریکی ، از جنس آلومینوبور و سیلیکات کلسیم بوده و دارای مقاومت ویژه الکتریکی بالایی است.الیاف شیشه نوع S ، تقریباْْ 40 درصد استحکام بیشتری نسبت به الیاف شیشه نوع E دارند. الیاف شیشه نوع C یا الیاف شیشه شیمیایی ، دارای ترکیب بور و سیلیکات کربنات دو سود بوده و نسبت به دو مورد قبل پایداری شیمیایی بیشتری بخصوص در محیط‌های اسیدی دارد. الیاف شیشه کوارتز ، بیشتر در مواردی که خاصیت دی‌الکتریک پایین نیاز باشد، مانند پوشش آنتن‌ها و یا رادارهای هواپیما استفاده می‌شوند.

نقاط قوت کامپوزیتها:

وزن کم این مواد در عین بالا بودن نسبت مقاومت به وزن آنها (حتی تا 15 برابر برخی از فولادها )

مقاومت بالا نسبت به خوردگی.

وجود روش های مختلف ساخت و امکان تولید اشکال پیچیده و متنوع.

موارد کاربرد کامپوزیت:

1)صنعت هوا-فضا:ساخت بدنه هواپیما .ساخت پره های توربین بادی و پره های هلی کوپتر.پوشش رادار هواپیما.

2)صنعت نفت وگاز:به منظور ترمیم و تقویت سازه های فرسوده و ترمیم لوله های فرسوده نفت و گاز -.عایق توربین.(کامپوزیت ها با توجه به ساختار شبکه ای و طولی ای که دارند گرما را فقط در جهت طولی منتقل می کنند و نه عرضی بنابر این به عنوان عایق گرما برای دیواره توربین ها مناسب می باشند.-نقل قول از دکتر مظاهری رئیس گروه آیرودینامیک وپیشرانش دانشکده هوا-فضای شریف.)

3)صنایع دریایی:ساخت بدنه کشتی و تاسیسات فرا ساحلی.

4)صنعت ساختمان:پوشش کف -نما-سقف و برج های خنک کننده.

5)صنعت خودرو سازی:ساخت خودره ای سبک و در نتیجه کم مصرف تر.

آشنایی پروژه هایی در مورد کامپوزیت که در ایران در حال انجام است:

1) گروه كامپوزيت و چسب -پژوهشگاه پلیمر وپتروشیمی ایران:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

2)ساخت هواپیمای 4 نفره تمام کامپوزیت فجر 3 در شرکت هواپیمایی فجر.

3)مقاوم سازی پالایشگاه نفت آبادان، پل تقاطع اتوبان شهید همت و اتوبان شیخ فضل الله نوری و نیز دو پل راه آهن در استان یزد.

4) مقاوم سازی سطح خارجی بتون با استفاده از مواد کامپوزیتی :این طرح توسط موسسه کامپوزیت ایران به عنوان اختراع به ثبت رسیده است.

به گفته دکتر مهرداد شکریه رئیس موسسه کامپوزیت ایران : در این روش لایه‌هایی از الیاف شیشه یا کربن به ضخامت 3/0 میلیمتر با استفاده از یک رزین مثل اپوکسی روی سازه بتونی کشیده می‌شود و به این ترتیب میزان مقاومت بتون 3 برابر خواهد شد.

مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور :

مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور یک دهم سرانه مصرف در کشورهای پیشرفته است و سالانه بیش از 6 میلیون تن مواد کامپوزیتی به ارزش 145 میلیارد دلار در صنایع مختلف جهان مصرف می‌شود. دکتر مهرداد شکریه، رئیس موسسه کامپوزیت ایران با اعلام این مطلب افزود: سرانه مصرف کامپوزیت در کشورهای پیشرفته جهان 3 کیلوگرم است در حالی که این سرانه در کشور ما تنها 3/0 کیلوگرم است.به گفته عضو هیات علمی دانشگاه علم و صنعت ایران ایران از نظر سرانه مصرف مواد کامپوزیتی، همرده کشورهای آسیایی قرار دارد. وی با اشاره به این که علت پایین بودن سرانه مصرف مواد کامپوزیتی در این قاره وسعت این قاره و نیز وجود کشورهای فقیر در این منطقه است، در عین حال از کشور ژاپن با سرانه 5/4 کیلوگرم در سال به عنوان نمونه‌ای از یک کشور آسیایی پیشرفته با مصرف سرانه مواد کامپوزیتی بالا نام برد.

منابع:گروه علوم روزنامه شرق-روزنامه هموطن سلام-شبکه رشد-روزنامه شریف-سایت پژوهشگاه پلیمر وپتروشیمی ایران .

[EN-EZEL 13039]

کاربرد مواد قابل بازیافت در صنعت خودرو در دهه های 60 و 70 میلادی مواد طبیعی مورد استفاده در صنعت خودرو تقریبا ً به طور کامل با مواد سنتزی جایگزین شدند ولی به تازگی این صنعت رویکرد جدید به مواد طبیعی داشته است . به کارگیری مواد قابل بازیافت از دهه 1990 مورد توجه قرار گرفته است . یکی از دلایل عمده این مسئله ، رشد آگاهی مردم و توجه به مسایل زیست محیطی است که در عبارت هایی همانند " حفظ منابع " ، " کاهش انتشارco2 " ، و " بازیافت " انعکاس داشته است . علاوه براستفاده از سوختهای جایگزین ( الکل های طبیعی همانند اتانول و متانول در برزیل و یا بیودیزل ماده ای مشتق شده از روغن شلغم در کشورهای اروپایی ) و روغن های طبیعی ( برای سیستم های هیدرولیک و روانسازی ) ، به کارگیری الیاف طبیعی به عنوان مواد عایق ساز و ضربه گیر یا به عنوان پرکننده و تقویت کننده در مواد پلیمری نقش مهمی در راستای حفظ محیط زیست ایفا می کند . در حال حاضر الیاف گیاهی تنها در ساخت تزئینات داخلی خودروهای سواری و اتاق وانت و کامیون های کوچک به کار گرفته می شوند . علاوه برساخت قطعاتی همانند پانل تودری ، داشبورد و کنسول خودروها ، الیاف گیاهی به طور گسترده ای در عایق های حرارتی و صوتی به کار می روند . این مواد عایق ساز که معمولا ً از الیاف کتان بازیافتی صنعت نساجی تولید می شوند ، حاوی حدود 80 درصد وزنی الیاف هستند . در برزیل ، این قطعات از مخلوط کردن ضایعات کیسه های کنفی قهوه و کیسه های پلی پروپیلنی ساخته می شوند . به این ترتیب مشاهده می شود که گاهی اوقات مواد بازیافتی را می توان در کاربردهای پیشرفته نیز به کار گرفت . یکی دیگر از کاربردهای شناخته شده الیاف گیاهی ، ساخت تشک صندلی با استفاده ازالیاف نارگیل ولاستیک خام طبیعی است . قابلیت الیاف گیاهی درجذب آب به مقدارزیاد ، راحتی این صندلی ها را تا حدی افزایش می دهد که دستیابی به آن با مواد سنتزی ممکن نیست ، به غیر از این موارد در سالهای اخیر کاربرد جدیدی برای این مواد شناخته شده است . با ساخت صفحات تودری مرسدس بنز کلاس e ، یک گام مهم به سوی کاربردهای پیشرفته تر و با کارایی بالاتر برداشته شد . مواد ساخته شده با الیاف چوب این صفحات با اپوکسی تقویت شده با مت کتان / سیسال جایگزین شد . به این ترتیب وزن حدود 20 درصد کاهش پیدا کرده و ویژگی های مکانیکی مهم برای حفظ جان سرنشینان هنگام تصادف بهبود یافت . علاوه براین که ماده کتان / سیسال را می توان به شکل های سه بعدی پیچیده قالبگیری کرد که این قابلیت برای ساخت صفحات تودری بسیار مناسب است .

کامپوزیت های الیاف گیاهی

کتان ، سیسال ، کنف هندی و نارگیل که به راحتی در دسترسند و بهای نسبتا ً کمی دارند ، مهم ترین منابع تهیه الیاف گیاهی هستند . در اروپا هنوز هم مهم ترین نوع الیاف گیاهی از نظر تجاری ، الیاف کتان است . اگرچه زمانی محصولات جانبی صنعت نساجی – به علت ارزانی – به کار گرفته می شدند اما امروزه الیاف گیاهی از گیاهانی تهیه می شوند که به طور ویژه به این منظور کشت می شوند . درسالهای اخیر کشت کنف در اروپا دوباره احیا شده است . کنف نقطه تسلیم بالاتری دارد و نسبت به کتان الیاف قوی تری تولید می کند ، اما از آنجایی که هنوز به قدر کافی پیشرفت نداشته است الیاف کتان همچنان مهمترین نوع الیاف باقی مانده است .

علاوه برالیاف ، زمینه نیز اثر بسزایی بر ویژگیهای یک ترکیب دارد . برای تولید قطعات داخلی خودرو و مواد عایق ساز و ضربه گیر ، پلیمرهای گرما سختی هم چون رزین فنلیک به همراه کتان یا الیاف مشابه به کارگرفته می شوند . موادی که با چسب های گرما سخت متداول هم چون اپوکسی یا رزین فنلیک تولید می شوند ، شرایط کاربردهای پیشرفته تر را نیز برآورده می سازند . این مواد ویژگی های مکانیکی – به ویژه استحکام و سفتی – لازم برای چنین کاربردهایی را با هزینه قابل قبولی فراهم می کنند .

در مقایسه با ترکیب های پایه پلیمری گرما نرم هم چون پلی پروپلین ، ترکیب های گرما سخت پایداری حرارتی عالی و جذب آب کمتری دارند . با این حال انتظار می رود تمایل به استفاده از مواد قابل بازیافت منجر به جایگزینی رزین های گرما سخت با پلیمرهای گرما نرم شود . از نظر زیست محیطی ، جایگزینی الیاف سنتزی با الیاف طبیعی و کاهش اثرات مخرب مواد سنتزی بر طبیعت ، در مراحل اولیه است . فشارهای موجود برای کاهش انتشار گازهای آلاینده ای که منجر به اثر گلخانه ای می شوند هم چون co2 و افزایش آگاهی مردم از محدودیت منابع فسیلی انرژی ، عوامل اصلی گسترش مواد نوینی هستند . نمونه ای از پلیمرهای مشتق شده از مواد خام تجدید پذیر پلی آمید 11 ( pa11 ( است . این پلیمر – با پایه روغن کرچک – ویژگیهای منحصر به فردی دارد که آن را به ویژه برای ساخت لوله های انعطاف پذیر سیستم ترمز یا سیستم سوخت رسانی خودرو مناسب می سازد . اما موادی که تاکنون ساخته شده اند ( به عنوان مثال از نشاسته ، سلولز و شکر ) شرایط و نیازهای کاربردهای خودرویی را برآورده نمی سازند .

کامپوزیت های طبیعی ، جدای از روش های شناخته شده ای همانند دفن زباله ، سوزاندن و بازیافت آن ، راه جدیدی برای حل مشکل زباله های صنعتی فراهم می کنند که تجزیه بیولوژیکی است . نمونه هایی از این مواد هم اکنون در صنایع دیگر به کار می روند و تحت بررسی هستند ولی برای کاربردهای خودرویی ، هنوز با ویژگی ها و بهای قابل قبولی در دسترس نیستند .

 

روش های ساخت

بی شک مهم ترین فن آوری در این زمینه ، قالب گیری فشاری است . نسخه های گوناگون این فرآیند که جزئیاتی متفاوت – با توجه به شرکت ارایه کننده آن – دارند ، برای ساخت قطعه از الیاف طبیعی مناسبند . تفاوت عمده این روش ها باهم ، نحوه ترکیب الیاف و پلیمر و قالب گیری آنهاست . در بعضی از فرآیندها یک پلیمر از پیش ذوب شده به کار گرفته می شود ( فن آوری اکسپرس ) . برخی از آنها از الیاف پلیمری استفاده می کنند که قبل از فرآیند قالب گیری با الیاف گیاهی به صورت یک مت هیبریدی ترکیب می شوند و در دیگر روش ها ، پودر پلیمر قبل از قالب گیری با مت الیاف گیاهی ترکیب می شوند . از آنجا که تقریبا ً در تمام روش ها مت الیاف به کار گرفته می شود ، تهیه مت از الیاف ، نکته کلیدی این فن آوری است .

 

ویژگی ها

ویژگی های کامپوزیت های الیاف گیاهی به طور مستقیم به نوع الیاف وابسته است . علاوه برآن ، نوع زمینه ، درصد نسبی الیاف و زمینه و روش های ساخت نیز اثر قابل توجهی بر ویژگی ها دارند . تفاوت های موجود در رفتار تغییر شکل این مواد قابل توجه است . بعضی از ترکیبات الیاف کتان ، از نظر سفتی با الیاف شیشه معمولی قابل مقایسه اند . در فرآیند توسعه این محصول ، nmt اصلاح شده و در نهایت از نظر کارایی به gmt نزدیک شد . با این وجود ، محصول نهایی تحت شرایط ویژه ساخته شده و تفاوت های اساسی بین nmt و gmt به ویژه از نظر رفتار ضربه ای همچنان باقی مانده است .

یکی از ویژگی های الیاف گیاهی ، توانایی آنها در جذب و حفظ رطوبت است . این ویژگی در ساخت تشک صندلی بسیار مطلوب است ولی در دیگر کاربردها باید از وقوع آن جلوگیری کرد . این امر دلیل اصلی محدودیت کاربرد الیاف گیاهی در بخش های بیرونی خودرو است .

با کنترل دقیق نسبت ترکیب اجزای کامپوزیت و بهینه سازی فرآیند ساخت می توان جذب آب آن را تا سطحی مشابه کامپوزیت های الیاف شیشه کاهش داد . این مسئله طیف گسترده ای از کاربردهای نوین را فراهم کرده و به کارگیری الیاف طبیعی در بخش های بیرونی خودرو را نیز امکان پذیر می سازد . در این کاربردها باید از تجزیه کنترل شده کامپوزیت به وسیله باکتری ها و قارچ ها نیز جلوگیری شود .

یکی از مشکلات عمده به کارگیری الیاف گیاهی ، متغیر بودن کیفیت آنهاست . عوامل مؤثر برکیفیت این الیاف عبارتند از جنس خاکی که گیاه در آن رشد می کند ، مقدار آبی که در حین رشد دریافت می کند ، سال کشت گیاه و از همه مهم تر روش تولید و فرآوری الیاف . یک روش برای حل این مشکل ، آمیختن الیاف به دست آمده از کشت های گوناگون برای ساخت قطعه است .

مسأله قابل توجه دیگر ، جلوگیری از متصاعد شدن بوی نامطبوع یا گرد و غبار ، از قطعات به کار گرفته شده در درون اتاق خودرو است . نشان داده شده است که به کارگیری الیاف گیاهی از روشهای استاندارد ، از این نظر مشکلی ایجاد نخواهد کرد . معمولا ً بهترین نتایج با به کارگیری الیاف گیاهی با کیفیت و رزین های گرما سخت متداول به دست می آیند . از نظر ایجاد گرد و غبار، این مواد اغلب بهتر از مواد سنتزی متداول هستند .

معمولا ً الیاف طبیعی را می توان تا دمای 230 درجه سانتی گراد فرآوری کرد . این امر به کارگیری آنها را با بعضی از پلیمرها یا روشهای ساختی که به دماهای بالاتر نیاز دارند ، مشکل می سازند . به نظر می رسد ، این مسأله اصلی ترین کاستی این الیاف برای جایگزینی الیاف شیشه است .

 

ملاحظات

دلیل اصلی به کارگیری الیاف گیاهی ( عایق سازی و ساخت آسترها با ضایعات کتان و قطعات خودرویی از الیاف چوب ) از گذشته تا کنون ، عمدتا ً بهای کم این محصولات بوده است . بهبود ویژگی ها ، این مواد را به عنوان موادی با کارایی هایی بسیار و گران بهاتر مطرح ساخت . امکان طراحی و ساخت قطعات سبک با الیاف گیاهی اثبات شده بود ( همانند صفحات تودری مرسدس بنز کلاس e ) ، اما از نظر امنیت جان سرنشینان خودرو ، لازم بود تا رفتار ضربه ای الیاف بلند کتان به جای الیاف کوتاه چوب مورد توجه قرار گیرد .

کاهش 15 درصدی وزن نسبت به مواد تقویت شده با الیاف شیشه را نمی توان نادیده گرفت . این امر مهم ترین عامل گسترش این کامپوزیت ها در آینده است .

در بخش های تولید و مونتاژ کارخانه های ساخت کامپوزیت از الیاف شیشه ، که قطعات تحت عملیات پس از تولید ( برش ، سوراخکاری و اصلاح و ... ) قرار می گیرند ، کارگران به شدت از حساسیت های پوستی و بیماری های تنفسی ناشی از غبار این الیاف رنج می برند . به کارگیری الیاف گیاهی ، می تواند این مشکلات را حل کند .

در نهایت اینکه ، الیاف گیاهی از الیاف شیشه انعطاف پذیرترند و این مسأله باعث می شود در فرآیند بازیافت الیاف کم تر خرد شده و الیاف بلندتری به دست آید . در نتیجه ویژگی های مواد بازیافتی عالی است .

 

چشم انداز

گسترش کامپوزیت های الیاف طبیعی تازه آغاز شده است . گرچه جنبه های زیست محیطی به کارگیری این الیاف ، نخستین دلیل توجه به کاربردهای صنعتی این مواد بود ، کاربردهای آینده این الیاف بر پایه برتری ها و ویژگی های فنی آنها خواهد بود .

تلاش می شود کارایی این مواد افزایش یابد و فاصله آنها با مواد سنتزی بسیار کم تر شود . کشت الیاف برای اهداف صنعتی ، توسعه روش های آماده سازی الیاف را تداوم بخشیده و روش های نوین ساخت ، در آینده ویژگی های این الیاف را بیشتر بهبود خواهند داد . کارایی بالای الیاف گیاهی ، جایگزینی الیاف شیشه را در سطح مواد gmt برای محدوده گسترده ای از کاربردها ممکن می سازد . امکان به کارگیری این الیاف در قطعات بیرونی خودرو ، در آینده بسیار طرفدار خواهد داشت . برای بهره مندی کامل از برتری های این محصولات از نظر زیست محیطی ، باید مواد زمینه ای با پایه تجدید پذیر نیز ساخته شوند . علاوه برآن ، الگو گرفتن از اصول طراحی طبیعت ، نقش مهمی در کاربردهای صنعتی محصولات طبیعی ایفا کرده و علم بیونیک اهمیت خاصی پیدا خواهد کرد .

 

 

منيع : فصلنامه كامپوزيت