روش های تولید ماشینی کاپوزیت های پایه پلیمر

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


 

cavitation

 

کاویتاسیون یکی از خطرناکترین حالتهایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند.

آشنایی با انواع موتورهای خودرو

 

-موتور دیزل

-موتور های چهار  زمانه

-موتورهای دو زمانه

-موتور های وانکل

پلتروژن – فرایند پیوسته ای برای تولید انواع پروفیل های 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.

چشم انداز نیروگاه ها در آینده

 

وزارت انرژی آمریکا، برنامه های بسیاری برای آینده تولید انرژی از نیروگاه های زغال سنگ سوز درنظرگرفته است. نیروگاه های پیشرفته آینده بازده بالاتر وآلایندگی بسیار کمتری خواهند داشت، آنقدر کم که برخی آنها را نیروگاه های با «خروجی آلاینده نزدیک به صفر می دانند».

نیروگاه های آینده نه تنها با انواع کنونی تفاوت خواهند داشت که ابزار طراحی آنها نیز بسیار متفاوت خواهند بود. برای کاهش هزینه وکوتاه کردن زمان اجرای طرح های نیروگاه های آینده، وزارت انرژی، مهندسی مجازی را به عنوان یک فناوری توانمند به کار می گیرد. این فناوری، مهندسان آینده را قادر خواهد ساخت که ایده های بیشتری را که تا پیش از این با روش های سنتی مدت ها به طول می انجامید، سریع تر آزمایش کنند. نه تنها در زمینه ساخت نیروگاه های جدید که دربسیاری زمینه های دیگر مهندسی نیز، می توان از این فناوری سود جست.

تست های غیر مخرب (Non-destructive testing)

مهندسین معمولاً عادت دارند خواص یک ماده را روی نمونه‌های مخصوصی که از همین ماده تهیه شده‌اند با آزمونهای استاندارد ارزیابی کنند. اطلاعات بسیار ارزشمندی از این آزمونهای به دست می‌آید که شامل خواص کششی، فشاری، برشی و ضربه‌ای ماده مورد نظر است. اما این آزمونها ماهیت تخریبی دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه‌ای که با آزمونهای استاندارد تا حد تخریب تعیین می‌شود، به یقین راهنمای روشنی در مورد مشخصات کارایی قطعه‌ای نیست که بخش پیچیده‌ای از یک مجموعه مهندسی را تشکیل می‌دهد.
در طی تولید و حمل و نقل امکان دارد که انواع عیوب با اندازه‌های مختلف در ماده یا قطعه به وجود آیند. ماهیت و اندازه دقیق هر عیب روی عملیات بعدی آن قطعه تاثیر خواهد داشت. عیوب دیگری نیز مانند ترکهای حاصل از خستگی یا خوردگی ممکن است در طی کار قطعه ایجاد شوند. بنابراین برای آشکار سازی وجود عیبها در مرحله تولید و نیز جهت تشخیص و تعیین سرعت رشد این نقصها در طول عمر قطعه یا دستگاه ، داشتن وسائل مطمئن ضروری است.

پلتروژن-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:

www.smsm.ir