تبلیغات
اصفهان کامپوزیت - مواد اولیه، روشهای ساخت و طراحی لوله های كامپوزیتی
 
اصفهان کامپوزیت
متنوع ترین، باکیفیت ترین و ارزانترین محصولات کامپوزیتی را از ما بخواهید.


مواد اولیه، روشهای ساخت و طراحی لوله های كامپوزیتی

مواد اولیه: الیاف، رزین ها و دیگر پركننده ها

لوله های FRP با استفاده از تقویت كننده های الیاف شیشه، رزین های گرماسخت، مواد linerviel و انواع دیگر افزودنی ها ساخته میشوند. الیاف تقویت كننده معمولاً از جنس الیاف شیشه E است. مشخصات اسمی الیاف شیشه E عبارتند از سفتی كششی درحدود 72400 مگاپاسكال، استحكام كششی در حدود 3450 تا 3800 مگاپاسكال و درصد افزایش طول درحدود 4 تا 5 درصد. انواع دیگری از الیاف در این رده عمومی وجود دارند كه نیازهای گوناگون مقاومت به خوردگی را برطرف می كنند اما الیاف شیشه E تاحدودی تمام بازار را تحت سلطه خود درآورده است. الیاف تقویت كننده دیگری برای كاربردهای ویژه و شرایط خورنده منحصر به فرد وجود دارد (مانند AR,C,FCR و جز آن). الیاف تقویت كننده بسته به فرایند ساخت لوله و تحمل بار موردنیاز، تغییر می كنند. الیاف تك جهته (تابیده شده)، الیاف كوتاه، تقویت كننده های رشته ای، نمد، الیاف بافته شده و انواع دیگر الیاف در ساخت لوله های FRP كاربرد گسترده ای دارند. درصد وزنی الیاف به طراحی محصول نهایی وابسته خواهد بود. جهت الیاف، شیوۀ چیدمان لایه ها روی هم و تعداد لایه های تقویت كننده، ویژگیهای مكانیكی، سفتی و استحكام واقعی لوله را تعیین می كند. رزین مورد استفاده در ساخت لولۀ FRP ویژگیهای خاص خود را دارد. درحالی كه ویژگیهای استحكام و سفتی رزین چندین بار كمتر از الیاف است، رزین نقش اساسی را ایفا می كند. رزین های گرماسخت گروه عمده ای هستند كه در ساخت لوله FRP به كار میروند. رزین به عنوان چسب عمل كرده و الیاف را رد ساختار لایه ای محصول پخت شده به هم متصل می كند.

رزین در برابر خوردگی ناشی از عبور گازها و سیالات از درون لوله مقاومت می كند . مشخصات فیزیكی و شیمیایی رزین، مقاومت حرارتی و ویژگی های روش ساخت نقشی كلیدی در طراحی لوله ایفا می كنند. در حالی كه رزین های پلی استر، وینیل استر و اپوكسی قصد تسلط بر بازار لوله های FRP را دارند، رزین های دیگری نیز وجود دارندكه مقاومت به خوردگی منحصر به فردی ایجاد می كنند (جدول 1).

پلی استرها اغلب برای تولید لوله هایی با قطر زیاد استفاده می شوند. وینیل استرها مقاومت به خوردگی بیشتری (معمولاً در برابر مایعات خورنده قوی مانند اسیدها و سفیدكننده ها) دارند. رزین اپوكسی معمولاً برای لوله هایی با قطر كمتر از 750 میلی متر و فشارهایی در حدود 8/20 مگاپاسكال تا 6/34 مگا پاسكال استفاده میشوند.

طراحی و تولید لوله های FRP اغلب به اجزای افزودنی نیز نیاز دارد. بیشترین افزودنی ها به شكل دهی رزین های گرماسخت كمك می كنند و همچنین ممكن است بریا تكمیل واكنش های شیمیایی و پخت چندلایی موردنیاز باشند. كاتالیزورها و سخت كننده ها در این دسته قرار می گیرند. پركننده ها ممكن است به علت مسائل اقتصادی و یا افزایش كارایی استفاده شوند. بعضی از لوله ها به ویژه لوله های گرانشی به شدت به سفتی خمشی بالایی نیاز دارند. درمورد لوله های زیرخاك، سفتی خمشی با عامل EI اندازه گیری میشود كه حاصل ضرب سفتی چندلایی كامپوزیتی (E) و ممان اینرسی سطح مقطع لوله (I) با توان سوم ضخامت دیوار نسبت دارد؛ هرگونه كوششی برای افزایش ضخامت دیواره، ممان اینرسی را به طور چشمگیری افزایش می دهد. درنتیجه بعضی از لوله های گرانشی با افزودن شن در مرحله تولید ساخته می شوند. افزایش شن مایۀ افزایش ضخامت دیواره و در نتیجه افزایش ممان اینرسی و افزایش عامل EI می شود. این كار افزایش سفتی با استفاده از ماده نسبتاً ارزان (مانند شن) نامیده میشود. بنابراین شن میتواند یك افزودنی مهم در ساخت لولۀ FRP باشد.

 به منظور مطالعه کامل مطلب به ادامه آن مراجعه نمایید.


چندین روش برجسته در صنعت

لوله های FRP به دو روش اصلی ساخته میشوند: ریخته گری گریز از مركز و پیچش الیاف. با این وجود روش های بسیار متغیر و بهبود یافته ای در این سال ها ایجاد شده است. در روش ریخته گری گریز از مركز، الیاف درون یك لولۀ فولادی (قالب) قرار داده میشوند. مواد تقویت كننده خشك هستندو در این مرحله به رزین آغشته نمی شوند. لایه چینی ویژۀ مواد در لولۀ فولادی به وسیلۀ مهندس طراح و با توجه به كارایی نهایی مورد نیاز، مشخص میشود. هنگامی كه الیاف در سر جای خود قرار گرفتند، لولۀ فولادی با سرعت بالایی آغاز به چرخیدن می كند. رزین مایع در مركز لوله پاشیده میشودو با توجه به نیروی گریز از مركز، تقویت كننده خشك را آغشته می كند. پوستۀ كامپوزیتی در حال چرخش با استفاده از گرما به لوله ای با سطح داخلی و خارجی صاف تبدیل میشود. سطح داخلی، اغلب یك سطح هموار و غنی از رزین است.

روش شرح داده شده، روش ریخته گری گریز از مركز معمولی و متداول است. الیاف بافته شده، پارچه و نمدهای سوزنی از مواد ساختاری این روش هستند. درصد وزنی الیافدر این روش ساخت، معمولاً بین 20 تا 35 درصد است. میتوان با استفاده از بافت های متراكم تر با افزایش سرعت چرخش (برای دستیابی به فشردگی بیشتر) به درصد وزنی الیاف بالاتری دست یافت.

برای ساخت لوله های گرانشی با قطرهای زیاد كه سفتی لوله یك عامل بحرانی است و به سختی حاصل میشود، اغلب اوقات از روش بهینه شده ای به نام ریخته گری گریز از مركز (Hobas) استفاده میشود. این روش شبیه به ریخته گری گریز از مركز معمولی است، افزون بر اینكه برای افزایش عامل EI، شن نیز به مواد اولیه افزوده میشود. این روش اغلب در قطرهای بزرگتر از 500 میلی متر استفاده میشود و شن بخش عمده ای از سازه خواهد شد. درصد وزنی الیاف حدود 20 درصد است. درصد وزنی رزین 35 درصد و مقدار شن 45 درصد وزنی است. بنابراین درصد بالای شن باعث افزایش سفتی مقطع (I) میشود ولی سفتی الاستیك (E) را افزایش نمی دهد. به خاطر اینكه شن یك ماده ساختاری نیست، از لولۀ Hobas به عنوان لوله گرانشی استفاده می شود نه لوله فشاری.در فرایند پیچش الیاف، پوسته ای پیرامون یك سنبه چرخان (با قطری برابر با قطر داخلی لوله) به طور پیوسته پیچیده میشود و به طور كلی در این روش، تغییراتی ایجاد شده است. در فرایند پیچش الیاف دوجهته با مارپیچی، الیاف تحت زاویه و به صورت مارپیچی روی سنبه پیچیده میشود، تا هنگامی كه تمام سطح پر شود و تعداد لایه های درست روی هم چیده شود. زاویه پیچش معمولاً در محدوده زاویه بهینه تئوری و بین 55 تا 75 درجه است. طراحی، زاویه پیچش مناسب را مشخص می كند. این روش بیشترین سفتی (E) و استحكام را ایجاد می كند؛ چون الیاف پیوسته هستند و میتوان به درصد وزنی الیاف 60 تا 80 درصد رسید.

یك نسخه بهینه شده این روش، روش پیچش الیاف پیوسته (Drostholm) است كه برای ساخت لوله های پیوسته نوآوری شده است. در این روش یك سنبۀ انعطاف پذیر به كار میرود كه پس از پخت لوله و حركت لوله به جلو به جای اول خود برمی گردد. به خاطر اینكه در این روش لایه چینی به صورت كاملاً مارپیچی امكان ندارد، پیچش الیاف به صورت حلقه ای 90 درجه انجام میشود و بین لایه های محیطی الیاف كوتاه پاشیده میشود، ممكن است پركننده های شنی و الیاف نمدی نیز به كار روند. در هر حال الیاف محیطی بریده شده ساختار اولیه هستند. درصد وزنی الیاف در این روش بین 45 تا 70 درصد است. درحال ثابت بودن طول لوله كه از پیچش الیاف به صورت محیطی به همراه الیاف كوتاه استفاده میشود، این فرایند پیچش حلقوی كوتاه (Chop-Hoop Winding) نامیده میشود. ممكن است از شن نیز در این روش استفاده شود. با این كار درصد وزنی الیاف نیز به 45 تا 65 درصد كاهش می یابد.

ملاحظات طراحی و محیطی

طراحی لوله های FRP باتوجه به موضوعات هیدرولیكی و شار جریان انجام میشود؛ چون این مسائل از ملاحظات اساسی در طراحی مؤثر جریان گاز و سیال در سیستم های لوله كشی هستند. لوله های FRP برتری های قابل توجهی نسبت به مواد مرسوم مانند لوله های فلزی و بتنی دارند. به عنوان مثال، هموار بودن سطح داخلی لوله FRP باعث كاهش مقاومت سیال و انرژی لازم برای جریان یافتن سیال در داخل لوله میشود. به دلیل مقاومت لوله FRP در برابر خوردگی، با گذشت زمان و استفاده از لوله، سطح داخلی هموار باقی مانده و مقاومت در برابر خوردگی نیز نقش اساسی در لوله های FRP بازی می كند.

گسترۀ دمایی در طراحی لوله های FRP به نوع كاربرد و نوع ماده ای كه در درون لوله جریان خواهد داشت بستگی دارد. لوله های زیرزمینی برای دمای ثابتی كه میانگین دمای محیط پیرامون آنها باتوجه به شرایط محلی است، طراحی میشوند. لوله های سطح زمین چون تحت شرایط باد، باران، برف و پرتوهای فرابنفش قرار می گیرند گسترۀ دمایی وسیع تری دارند. در هردو حالت گسترۀ دمایی بر اساس آب و هوا و شرایط منطقه ای كه لوله در آن نصب میشود تثبیت میشود. این شرایط معمولاً از محدودۀ 20 تا 65 درجه سانتی گراد خارج نمیشود. درحقیقت به جز در موارد اندك، محدودۀ دمای كاری معمولاً بیت 20 تا 55 درجه سانتی گراد قرار دارد.

با یان وجود توجه به دمای سطح داخلی لوله مهم است چون معمولاً سیال یا گاز در دماهای بالایی بین 52 تا 150 درجه سانتی گراد در داخل لوله جریان می یابد. رزین و لایه آستر درونی اغلب اوقات براساس نوع مادۀ خورنده عبوری از درون لوله و دمای فراوری آن برگزیده می شود. لوله های FRP را میتوان بریا بسیاری از كاربردها ساخت.

طراحی لولۀ FRP همچنین به شدت، تحت تأثیر محدودۀ فشار كاری است؛ در حالی كه بیشتر لوله ها طی عمر كاری خود در معرض فشار داخلی مثبت قرار دارند. بار خلاء نیز میتواند به عنوان یكی از فاكتورهای طراحی لوله، به ویژه در مورد لوله های زیرزمینی مورد توجه قرار بگیرد. در مورد لوله های گرانشی زیرزمینی، لوله های FRP اساساً بر مبنای سفتی موردنیاز و باتوجه به شرایط خاك، عمق دفن و فشار خارجی طراحی میشوند.

با این وجود، اگرچه لوله های گرانشی در رده های متفاوت سفتی طراحی میشوند ولی این طراحی به گونه ای است كه لوله بتواند در محدودۀ فشار روزانه كه به وسیلۀ كاربر نهایی مشخص میشود، به طور موفقیت آمیزی كار كند.

دور از انتظار نیست كه حتی یك لوله گرانشی FRP هنگام كار تحت فشارهای حدود 8 مگا پاسكال قرار بگیرد. درحقیقت لوله های گرانشی نیز برای تحمل خوب بارهای طولانی مدت طراحی میشوند.

لوله های فشاری در واقع بنا بر شرایط تحمل بارهای فشاری بلند مدت (برای كار پیوسته در خط) طراحی میشوند. در نتیجه، لوله های فشاری FRP اساساً برای تامین استحكام طراحی میشوند تاسفتی؛ چون در شرایط بارگذاری كوتاه مدت و بلند مدت بارهای فشاری، بسیار مورد توجه هستند.

بارهای خارجی میتوانند به صورت بارهای ناشی از دفن لوله (لولۀ زیرزمینی)، بارهای خمشی و یا تماسی، (لوله های سطح زمین) و یا بارهای حاصل از ترافیك (لوله های زیرزمینی) باشند. بسیاری از این بارها ممكن است در كارایی بلند مدت لولهFRP بحرانی باشند و محاسبه جابجایی ها و تنش های چند لایی تحت بار برای تضمین یكپارچگی سازه در طول عمر مفید مورد انتظار مهم است. بسیاری از راهنماهای طراحی و استانداردها، طراحی لوله های FRP را از طریق اینگونه محاسبات و تاییدیه ها كنترل می كنند.

در برخی از كاربردها كه قابلیت اشتعال، دود، مقاومت در برابر آتش و سمی بودن مهم هستند، مقاومت در برابر شعله میتوانداز اصول طراحی باشد. از جاهایی كه این مسائل مورد توجه هستند، سكوهای نفتی دور از ساحل است. تولیدكننده ها میتوانند از رزین های گوناگون مقاوم در برابر شعله و یا لایه های خارجی مقاوم، برای این منظور استفاده كنند.     

 





نوع مطلب : 4.3.کاربرد در صنایع دریایی، 6.3.کاربرد در صنعت آب و فاضلاب، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.





امکانات جانبی
بانك اهداكنندگان غیر خویشاوند
 
 
بالای صفحه