معرفی ( بخش فن آوری و مواد پیشرفته ـ کامپوزیت)

 

 

- مقدمه

- تعاریفی از صنعت کامپوزیت

- فرآیند های ساخت کامپوزیت ها

- الیاف شیشه

- کاربردهای کامپوزیت و مواد پیشرفته

 

 

   مقدمه

     پس از سالها تلاش در عرصه طرحهای آبی در بخشهای طراحی، اجرا و واردات ادوات و فن آوریهای نوین،  فرصتی سه ساله برای کارشناسان این شرکت فراهم آمد تا روی مقوله فن آوری و مواد پیشرفته ( مواد کامپوزیت ) تمرکز نمایند.

دراین راستا ضمن مطالعات میدانی وسیع هم در بازار مصرف ایران و هم در بازار تأمین کنندگان جهانی، فرصتهای مناسبی برای مطالعه و مداقه روی مقوله کامپوزیت ایجاد گردید .

 به همین منظور بخش فن آوری و مواد پیشرفته با هدف موثر بودن در این زمینه در شرکت مهندسی چگال آب تشکیل و به امکانات نرم افزاری کافی بخصوص به کارشناسان متخصص در این عرصه مجهز شد . بنا به تجارب ذی قیمتی که در سالهای اخیر نصیب کارشناسان این شرکت شد، موقعیت های زیر برای شرکت مهندسی چگال آب فراهم گردید:

1. مطالعه و ارائه خدمات مشاوره و بازرگانی جهت احداث زیر ساختهای صنایع مرتبط

2. مذاکرات فنی و بازرگانی بین المللی با صاحبان فن آوری در اقصی نقاط دنیا

3. مذاکرات فنی و بازرگانی بین المللی با صاحبان مواد اولیه پیشرفته

4. کارسازی انتقال دانش فنی و فن آوری به کشور برای برخی کارفرمایان

5. بازدید از آخرین دستاوردهای دنیای فن آوری و مواد پیشرفته در معتبر ترین نمایشگاههای دنیا

6. زمینه سازی وفراهم نمودن مقدمات انتقال دانش فنی و مواد پیشرفته به کشور

7. زمینه سازی اجرای پروژه های EPC بطور مشترک با شرکای داخلی و خارجی

بدین ترتیب بخش فن آوری و مواد پیشرفته با هدف انتقال دانش فنی و مواد اولیه پیشرفته حرکت خود را همچون بخش های دیگر شرکت آغاز نموده است. فلسفه وجودی و مأموریت این بخش خدمت بیشتر به زندگی مردم، دورنمای آن نزدیک شدن به اهداف و افکار مشتریان، ارزشهای آن حرکت های نوین و جامع و اصول حاکم به بخش موصوف مشتری مداری، کار گروهی و نگرش حرفه ای است .

بالا

تعاریفی از صنعت کامپوزیت

 مواد کامپوزیتی در واقع مواد مرکب مهندسی هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند . مواد کامپوزیت از دو قسمت اصلی محیط پرکننده یا ماتریکس (Matrix) و عامل تقویت کننده (Reinforcement) تشکیل شده اند . ماتریکس با احاطه کردن عامل مسلح کننده آن را در محل مناسب نگه می دارد و عامل مسلح کننده موجب بهبود خواص مکانیکی جسم کامپوزیت می گردد. مسلح کننده یا تقویت کننده ها عمدتاً الیاف کوتاه (Staple) و یا بلند و پیوسته (Filament) می باشند.

ماتریسهای متداول در صنایع کامپوزیت عمدتاً ماتریسهای پلیمری اعم از ترموست ها همچون رزین های پلی استر، وینیل استر و اپوکسی یا ترموپلاستیک ها همچون نایلون، پلی استایرن، پلی اتیلن و غیره هستند . مهمترین انواع الیاف که در صنعت کامپوزیت کاربرد دارند شامل الیاف شیشه، الیاف کربن، الیاف بازالت و الیاف آرامید می باشند.

مهمترین خصیصه مواد کامپوزیت این است که ماده حاصله از خواص ایده آل تری در مقایسه با هریک ازعوامل تشکیل دهنده خود ( بطور مجزا) برخوردار است . خواص مورد اشاره شامل موارد زیر می باشند:

- مقاومت مکانیکی بالا در قیاس با وزن کم آنها

- مقاومت بالا در برابر خوردگی

- خصوصیات خستگی عالی نسبت به فلزات

- خواص عایق حرارتی و الکتریکی خوب

- پایداری ابعادی

- امکان تولید شکل های پیچیده

 الیاف مورد استفاده در قطعات کامپوزیت می بایست استحکام کششی بسیار بالایی داشته و خواص الیاف آن (در قطرکم ) از خواص توده ماده بالاتر باشد . در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل می شود و ماتریس پلیمری ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام می دهد. ضمناً ماتریس، الیاف را به مانند یک چسب کنار هم نگه می دارد و البته گسترش ترک را محدود می کند. همچنین مدول ماتریس پلیمری باید از الیاف پایین تر باشد تا اتصال قوی بین الیاف و ماتریس بوجود آید. این اتصال معمولاً با اعمال ماده سایزینگ (Sizing) روی الیاف هنگام تولید آنها به نحو موثری انجام می شود. خواص کامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و کیفیت اتصال رزین و الیاف دارد . اگرطول الیاف از یک حدی که طول بحرانی نامیده می شود، کوتاه تر باشد، نمی توانند حداکثر نقش تقویت کنندگی خود را ایفا نمایند.

بالا

فرآیند های ساخت کامپوزیتها

روشهای معمول تولید کامپوزیتها بطور خلاصه به شرح زیر می باشد:

 الف) لایه گذاری دستی(Hand Lay up)  :

در این روش پس از اعمال ماده رها ساز قالب و پاشش ژل کت برای بدست آمدن یک سطح ظاهری مناسب، الیاف روی قالب قرارگرفته و رزین بطور دستی روی آن اضافه شده و توسط قلم مو پخش و توسط غلطک هواگیری می شود . در این روش امکان آغشته سازی الیاف بارزین قبل از قرار گیری در قالب نیز وجود دارد. براساس طراحی قطعه کامپوزیت، لایه گذاری برای رسیدن به ضخامت مورد نظر ادامه یافته و معمولاً پخت یاسفت شدن رزین در این روش در دمای محیط انجام می شود و در صورت تمایل به تسریع در سفت شدن از انواع کاتالیزورها یا شتابدهنده ها استفاده می شود . معمولاً در این روشها از الیاف شیشه به شکل مت یا پارچه استفاده می شود.

ب) پاشش رزین(Spray up)  :

در این فرآیند پاشش رزین همراه با خرد شدن الیاف روی قالب صورت می گیرد.  این عمل توسط یک اسپریر تفنگی (Spray Gun) که ورودی آن الیاف رووینگ و رزین و کاتالیست ها می باشد، انجام و حبابهای هوا توسط غلطک خارج می گردد. در این روش نیز فرآیند لایه گذاری تارسیدن به میزان طراحی شده انجام و سفت شدن قطعه در دمای محیط و یا با اعمال حرارت انجام می گیرد.

ج) کشش الیاف یا پالتروژن(Pultrusion)  :

 پالتروژن فرآیند پیوسته ای برای تولید انواع مقاطع کامپوزیت است . در این روش الیاف رووینگ از یک حمام حاوی رزین عبور داده شده و سپس وارد یک قالب گرم شده و توسط دستگاه کشش و پس از عبور از قالب به بیرون کشیده می شوند . در این فرآیند امکان تولید مقاطع مشابه پدیده اکستروژن در پلاستیکها وجود دارد.

د) پیچش الیاف (Filament Winding) :

 این روش مناسب ترین روش برای تولید قطعات مدور همچون لوله و مخازن استوانه ای است . در این فرآیند بسته به نوع تکنولوژی، الیاف شیشه به شکل رووینگ به همراه مت یا پارچه و یا همراه الیاف خرد شده پس از عبور از حمام رزین حول یک قالب پیچیده و همزمان یا بعد از پایان عملیات، پخت قطعه صورت می گیرد. زاویه قرارگیری الیاف رووینگ، روش اضافه شدن الیاف خرد شده و اعمال عامل مسلح کننده مت یا پارچه بستگی کامل به نوع تکنولوژی کاربردی دارد.

ه) روشهای قالب گیری (Molding) :

در این روش که خود شامل روشهای مختلفی چون قالبگیری صفحه ای (SMC) و قالبگیری توده ای (BMC) می باشد ، برعکس روشهای قبل مقوله قرارگیری ماتریس والیاف در محیط بسته قالب صورت می گیرد و لذا از سطح صاف تری برخوردار می باشند.

و ) روش تزریق رزین  (RTM):

در این فرآیند ابتدا الیاف در یک قالب با دوکفه نر و ماده قرار گرفته و سپس رزین و کاتالیست ها از طریق منافذ موجود، وارد قالب می شود . در این روش هوای محبوس بطرف خروجی حرکت کرده و از آن خارج می شود . در ضمن امکان پخت کنترل شده نیز در این روش وجود دارد.

بالا

   الیاف شیشه

الیاف شیشه معمولترین عامل مسلح کننده در صنعت کامپوزیت می باشد و کامپوزیت رزین و الیاف شیشه یا فایبرگلاس، یک کامپوزیت با زمینه پلیمری است که توسط الیاف تقویت شده است .

برای مقایسه خواص مکانیکی الیاف شیشه کافی است مقاومت کششی فولاد معمولی با چگالی حدود 8 گرم بر سانتیمتر مکعب که حدود 300 مگاپاسکال یا 3000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است، مدنظر قرار گیرد، در مقابل الیاف شیشه معمولی با چگالی حدود 5/2 گرم بر سانتیمتر مکعب دارای مقاومت کششی حدود 3000 مگاپاسکال یا 30000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشد.

بسته به میزان عناصر اصلی تشکیل دهنده الیاف شیشه، انواع الیاف شیشه E-Glass، C-Glass، S-Glass و ECR-Glass معمولترین انواع موجود در بازار می باشند که مشخصه اصلی آنها به شرح زیر است:

E-Glass مصارف عمومی و الکتریکی

S-Glass خواص مکانیکی بالا

C-Glass مقاومت شیمیایی مناسب

ECR-Glass  مقاومت خوب شیمیایی، الکتریکی و مکانیکی و سازگاری بیشتر زیست محیطی بدلیل عدم وجود بورفلورین در ترکیب آن.

 الیاف شیشه بسته به نوع مصرف و فرآیند تولید کامپوزیت در انواع رووینگ (Roving)، یارن (Yarn)، چاپداسترندمت (Chopped Strand Mat)، تیشو (Tissue)و پارچه (Woven) تولید و عرضه می گردد.

بالا

کاربردهای کامپوزیت و مواد پیشرفته

کامپوزیت و مواد و فن آوری پیشرفته بخصوص در سالهای اخیر رنج وسیعی از کاربردها را به خود اختصاص داده است . از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 الف ) صنایع ساختمانی :

- ورق های صاف و موجدار تک یا دو جداره جهت ایجاد پوشش

- انواع نورگیرها

- انواع پانلهای مسلح

- آسفالت مسلح

- انواع کیوسک، اطاقک و دربهای کامپوزیتی

- انواع کاغذ دیواری

- عایق های حرارتی

ب) وسایل خانگی و بهداشتی

- انواع میز و صندلی، مبلمان و دکوراسیون

- وان حمام و جکوزی، کابین حمام، زیر دوش و سینک ظرفشوئی

- کابینت

- مجسمه

 

 ج) صنایع آب و تأسیسات:

- ایزولاسیون مخازن آب و استخر ها

- مخازن آب و مایعات کامپوزیتی

- لوله ها و اتصالات کامپوزیتی

- برجهای خنک کننده

 

د) صنایع دریایی:

 انواع قایق های تفریحی، تجاری، ماهیگیری و نظامی، انواع لنج ها و کشتی ها

 

 

 ه) وسایل ورزشی و بازی :

 انواع اسکیت ها و وسایل بازی پارکها و اماکن تفریحی روباز و روبسته، پارکهای آبی و صخره ای مصنوعی

 

 

و) صنایع هوایی :

 

 قطعات مختلف بدنه هواپیما

 

 

 

 ز) صنایع حمل و نقل :

انواع قطعات خودروها، بادگیرها، کوپه های قطارو....

 

 

ح) صنایع الکتریکی و مخابراتی :

توربین های بادی برق، مدارهای چاپی و دیش های ماهواره ای

 

     بالا