مهندس برتر
آموزش نیاز های ((اصلی و فرعی)) مهندس مکانیکمهندس برتر
آموزش نیاز های ((اصلی و فرعی)) مهندس مکانیکپلتروژن-فرآیند پیوستهای برای تولید انواع پروفیلهای کامپوزیتی
پلتروژن فرآیند پیوستهای برای تولید انواع پروفیلهای کامپوزیتی است. در این فرآیند، الیاف تقویت کننده را از یک حمام عبور میدهند تا به رزین آغشته شود. سپس الیاف آغشته شده را وارد یک قالب گرم مینمایند و نمونه پخت شده را توسط یک دستگاه کشش بیرون میکشند. بعد از این مرحله امکان برش محصول در اندازههای دلخواه وجود دارد. این فرایند تا حدودی مشابه فرایند اکستروژن پلاستیکها و تولید پروفیلهای پلاستیکی است.
از جمله مزایای این روش که یکی از باصرفهترین روشهای تولید
کامپوزیتهاست، این است که درصد الیاف در آن بالاست و چون الیاف بصورت طولی آرایش
مییابند، محصول دارای استحکام کششی و فشاری بسیار بالایی است. همچنین سطح محصول
نهایی کاملاً صاف است و نیازی به فرآیندهای تکمیلی نیست.
مراحل
فرآیند:
ورودی الیاف: الیاف تقویت کننده به شکلی هستند که بطور پیوسته
فرآیند امکان پذیر باشد. قفسه الیاف پیوسته، اولین قسمت خط فرآیند می‌باشد. بعد از
قفسه الیاف، قفسه نمد الیاف شیشه یه پارچه‌ها سطح قرار دارد. حرکت الیاف از ناحیه
آغشته سازی میبایست کنترل شود تا از هرگونه پیچش و گره و آسیب محفوظ بماند.
اینکار میتواند توسط راهنماهای فلزی، سرامیکی و یا تفلونی انجام شود.
حمام آغشتهسازی: آغشتهسازی الیاف تقویت کننده، از اصول فرآیند
پلتروژن می‌باشد. غوطهوری در حمام یک راه برای این کار است. در این روش الیاف از
رو و زیر میلههای آغشتهسازی عبور داده میشوند تا از هم باز، و به رزین آغشته
گردند. معمولاً در ساخت پروفیلهای پیچیده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتی
برای شکل دادن به الیاف آغشته به رزین، استفاده میکنند. پوشش این صفحات باید از
جنسی مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الیاف آغشته ضعیف شده، جلوگیری به
عمل آید. معمولاً این قطعات از جنس تفلون، پلی اتیلن با جرم مولکولی بسیار بالا،
فولاد با پوشش کرم و یا آلیاژهای مناسب فولادی میباشند.
قالب: قالب
پلتروژن، قلب این فرایند محسوب میشود. چرا که دما، کنترل کننده سرعت واکنش پخت،
محل پخت رزین در قالب و شدت گرمای حاصل از پخت رزین می‌باشد. قطعهای که کامل پخت
نشده باشد، خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی از خود نشان میدهد. همچنین اگر گرمای
اضافی در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترک حرارتی، موجب افت خواص الکتریکی، شیمیایی
و مکانیکی قطعه میشود.
گیره و کشش: حداقل 3 متر فاصله بین خروجی قالب و محل
کشش میبایس تعبیه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پیدا کند و در برابر فشار گیره کشش
تغییر شکل ندهد. سه روش برای کشش مرسوم است؛ کشش رفت وبرگشتی متناوب، کشش رفت و
برگشتی پیوسته و کشش توسط سیستم تسمه نقالهای.
برش: هر خط پیوسته پلتروژن
احتیاج به یک سیستم برش دارد تا طولهای مناسب از قطعه تحویل شود. هردو روش برش خشک
و تر قابل استفاده میباشند. ولی در هر حال تیغه برش میبایست الماسه باشد. در
صورتیکه سرعت خط بالا باشد، تیغه برش همراه پروفیل حرکت میکند.
مواد: با
توجه به خواص مورد نظر، میتوان از الیاف و رزینهای مختلفی استفاده نمود. الیاف
تأمین کننده خواصی چون استحکام کششی و ضربه، سفتی و مانند آن میباشند ولی رزین
تأمین کننده خواص فیزیکی مانند آتشگیری، مقاومت در برابر شرایط جوی، هدایت حرارتی و
مقاومت شیمیایی میباشند. برای بهبود خواص نیز از انواع افزودنیها استفاده
میشود.
الیاف: در انتخاب الیاف سه ویژگی مورد بررسی قرار میگیرد: نوع
الیاف (شیشه، آرامید و کربن)، شکل آنها ( Roving,Mat,Fabrics ) و آرایش یافتگی
آنها. الیاف شیشه مرسوم ترین نوع الیاف مورد مصرف میباشند. الیاف شیشه نوع
الکتریکی ( E-grade )، استحکام کششی حدود Mpa 3450 و مدول کششی Gpa 70 و ازدیاد طول
3 تا % 4 دارند و با قطر و وزن مختلف در دسترس میباشند. سطح الیاف نیز متناسب با
رزین کاربردی پوشش داده شدهاند. برای کاربردهای خاص میتوان از الیاف نوع S یا R
استفاده نمود.
ماتریس پلیمری:
پلی استر غیر اشباع: هر
دو نوع ایزو و ارتو فتالیک قابل استفاده میباشند. پلی استر مورد مصرف در فرآیند
پلتروژن باید امکان ژل شدن و پخت سریع را داشته باشد تا قطعه از قالب جدا شود و
بیرون کشیدن آن به سهولت انجام پذیرد. ویسکوزیته رزینهای معمول پلتروژن cP 500
می‌باشد. اگر ویسکوزیته رزین بالا باشد، میتوان آنرا با مقادیری استایرن مخلوط
نمود تا ویسکوزیته مناسب بدست آید. البته باید توجه داشت مقدار استایرن آنقدر زیاد
نشود که بصورت واکنش نکرده یا پلی استایرن درآید.
پراکسیدهای مورد استفاده در
این فرآیند، باید در دمای بالاتر از محیط فعال شوند. به عنوان نمونه میتوان به
موارد زیر اشاره نمود:
به علت پیوندهای غیر اشباع، پلی استر پس از پخت 7 درصد جمعشدگی نشان
میدهد. این نقص میتواند توسط فیلر و افزودنیهای Low Profile جبران گردد. خواص
الکتریکی پلیاستر، قطعات آنرا مناسب برای کاربردهای ولتاژ بالا ساخته است. مقاومت
در برابر شرایط محیطی پلیاستر، متوسط تا خوب است. خواص بهتر توسط افزودنیها و
پارچه و پوشش (حتی بعد از فرآیند) قابل دستیابی است.
وینیل استر: این رزین
نسبت به پلیاستر دارای مقاومت خورندگی، خواص مکانیکی و حرارتی بهتری می‌باشد ولی
حدود 75 درصد گرانتر می‌باشد.
رزین اپوکسی: این رزین برای استفاده در دماهای
بالاتر مناسبتر است ضمن آنکه خواص مکانیکی آن عالیست.
سایر رزینها: از رزینهای
دیگری مانند فنولیک، پلیمتیل متااکریلات و حتی ترموپلاستها استفاده نمود.
مواد افزودنی:
فیلر: در فرآیند پلتروژن پرکردن قالب
اهمیت فراوانی دارد. برای این منظور از پرکنندهها استفاده میشود. بعد از رزین و
الیاف، سومین بخش رزین را تشکیل میدهد. از معمولترین فیلرها، کربنات کلسیم،
سیلیکات آلومینیم و هیدروکسید آلومینیم را میتوان نام برد. با توجه به ویسکوزیته
فرمولاسیون، تا 50 درصد وزنی فیلراستفاده میشود.
عامل جدا کننده( release agent
): به منظور جداشدن قطعه از قالب، میبایست از یک عامل جداساز استفاده شود. این
عامل نباید کاملاً ناسازگار با رزین باشد و همچنین سازگاری آن به حدی نباشد که به
سطح قطعه مهاجرت نکند. همچنین باید قبل از پخت رزین مذاب شده باشد.
سایر
افزودنیها: در فرآیند پلتروژن میتوان از انواع رنگدانهها، افزودنیهای بهبود
خواص حرارتی و سایر مواد مرسوم در صنعت کامپوزیت استفاده نمود.
خواص: جهت مقایسه
خواص پروفیلهای پلتروژن با سایر مواد جداول ذیل ارائه میگردد:
مقایسه خواص مکانیکی پروفیلهای پلتروژنی با سایر مواد
مزایای پلتروژن: پلتروژن یکی از اقتصادیترین روشهای تولید پروفیلهای
کامپوزیتی مورد مصرف در صنایع ساختمان است.
از این فرآیند در ساخت قطعات سبک
مقاوم در برابر خورندگی، سیستمهای عایق الکتریکی، سازههای ساحلی و بسیاری از
کاربردهای دیگر استفاده میشود. ویژگیها و مزایای قطعات حاصل از این روش، در جدول
زیر خلاصه شده است:
مقایسه خواص فیزیکی-شیمیایی پروفیلهای پلتروژنی با سایر مواد
کاربردها:کاربرد قطعات پلتروژنی محدوده وسیعی را در بر میگیرد:
