دفتر تهران : ۰۲۱۹۱۰۹۰۰۸۳
دفتر اصفهان : ۰۳۱۳۲۳۷۲۵۵۰
Info@Pinion.ir
این محتوا صرفا آموزشی است.
یکی از مهم ترین پیشرفت های تکنولوژی در زمینه بهبود کیفیت ساخت و عمر قطعات، تجهیزات و سازه ها را میتوان ابداع کامپوزیت ها دانست. در واقع با پیشرفت علم و تکنولوژی بود که بشر توانست مواد و ترکیبات مختلف را به نحوی با یکدیگر ترکیب کند که خواص مفید مواد مختلف را حفظ کند و عیوب آنها را از بین ببرد. کامپوزیت ها از ترکیب دو یا چند ماده مختلف به منظور دستیابی به ترکیبی با مشخصات ایده آل تشکیل می شوند.
یکی از معروف ترین گروه های کامپوزیتی، کامپوزیتهای پلیمری تقویت شده به کمک الیاف مختلف هستند. از این کامپوزیت ها برای ساخت انواع سازه ها، تجهیزات و وسایل مختلف استفاده می شود. این کامپوزیت ها را به نام اختصاری FRP می شناسند. FRP-ها متشکل از یک زمینه پلیمری و الیافی با جنس های مخصوص هستند که اگر این الیاف از جنس شیشه باشند به کامپوزیت حاصل، فایبر گلاس یا GRP اطلاق می شود. از FRP و GRP در صنایع مختلفی نظیر تولید انواع لوله استفاده می شود. به کمک این کامپوزیت ها می توان لوله هایی با طول عمر بالا و میزان خوردگی کم ساخت. در ادامه به طور ویژه درباره لوله های تولید شده به کمک این کامپوزیتها صحبت خواهیم کرد.
همانطور که میدانید، لوله های معمولی که از جنس فولاد هستند، با گذر زمان در معرض انواع آسیب دیدگی ها نظیر خوردگی، زنگ زدگی و ترکیدگی قرار می گیرند. از آنجایی که از لوله های فولادی برای انتقال نفت، گاز، آب و فاضلاب استفاده می شود، باید جنس این لوله ها بسیار مرغوب باشند و از کیفیت ساخت و عمر خوبی برخوردار باشند تا مانع از اختلال در سیستم انتقال وتاسیسات زیربنایی شهرها شوند. برای جلوگیری از بروز مشکلات فوق الذکر و افزایش عمر مفید تاسیسات زیربنایی شهر می توان از لوله های کامپوزیتی به جای لوله های فولادی استفاده کرد.
لوله های کامپوزیتی در انواع مختلف و با خصوصیات مختلف به منظور کاربردهای متفاوتی تولید می شوند. در این بین مناسبترین کامپوزیت ها برای ساخت انواع لوله، کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف کربن، شیشه و آرامید هستند که آنها را به ترتیب با نامهای تجاری CFRP، GFRP و AFRP می شناسند.
لوله های کامپوزیتی از سه لایه ی مجزا تشکیل می شوند که این لایه ها را در شکل زیر مشاهده می کنید. هر یک از این لایه ها وظیفه ای مشخص بر عهده داشته و خواص متفاوتی دارند. این سه لایه به ترتیب لاینر، مقاومت مکانیکی (فیلامنت) و پوشش خارجی (ژلاتینی) نام دارند.
لاینر لایه ای است که در تماس مستقیم با سیال گذرنده از لوله قرار دارد و از این رو باید بیشترین مقاومت به خوردگی در برابر مواد شیمیایی را داشته باشد. این لایه بایستی بسیار صاف بوده، به نحوی که هیچگونه ترک خوردگی، ورقه شدن و سوراخی در آن وجود نداشته باشد.
لایه ی مقاومت مکانیکی وظیفه تحمل انواع تنش های وارده بر لوله را بر عهده دارد. میتوان برای افزایش مقاومت لوله، ضخامت این لایه را افزایش داد.
لایه ی خارجی یا ژلاتینی در واقع عاری از هرگونه الیاف بوده و تنها رزین با ضخامتی کمتر از 1 میلیمتر لوله را می پوشاند. به این شکل الیاف از آسیب در امان خواهند بود، لوله ظاهری زیباتر خواهد داشت، از سویی دیگر، رزین قابلیت تحمل شرایط سخت محیطی را دارا است و به همین علت عوامل محیطی هیچ تاثیری بر کیفیت لوله نخواهند گذاشت.
لوله های کامپوزیتی به روش های مختلفی تولید می شوند که برخی از مهم ترین آنها عبارت هستند از: تولید به روش پولترود، الیاف پیچی ناپیوسته و پیوسته. در بین روش های متعدد تولید لوله های کامپوزیتی، روش الیاف پیچی ناپیوسته به صورت گسترده در سرتاسر جهان کاربرد دارد و در ادامه مراحل تولید لوله های کامپوزیتی به روش ناپیوسته را به اختصار شرح می دهیم.
در این روش لوله های کامپوزیتی در ابعاد مشخص به کمک پیچش الیاف آغشته به رزین بر روی ماندرل تولید می شوند. شماتیکی ساده از خط تولید این لوله ها در شکل زیر نشان داده شده است. در ابتدا رشته های الیاف از حوضچه رزینی عبور داده می شوند و سپس به دور ماندرل پیچیده می شوند. در این روش می توان با تغییر سرعت دوران ماندرل و حرکت خطی شانه راهنمای الیاف، لوله را در جهت دلخواه تقویت کرد. در این روش بر خلاف روش پیوسته که زاویه پیچش الیاف 90 درجه است، زاویه پیچش قابل تغییر است.
برای لایه ی اول (لاینر) کامپوزیتی متشکل از 90 درصد رزین و 10 درصد الیاف به کار برده می شود. در ادامه برای لایه ی دوم که وظیفه تحمل تنش های ناشی از اعمال نیرو در جهات مختلف به لوله را دارد، کامپوزیتی مستحکم تر مقاوم تر، متشکل از 60 تا 70 درصد رزین و 40 تا 30 درصد الیاف به کار برده می شود. در انتها نیز لایه ای رزینی به منظور حفاظت در برابر عوامل محیطی نظیر تابش های فرابنفش، متناسب با کاربرد نهایی بر روی لوله اعمال میگردد. در ادامه به منظور پلیمریزاسیون رزین، از المنت های قابل تنظیم مادون قرمز استفاده می شود و در انتها لوله را از ماندرل خارج می کنند و به منظور کالیبره کردن و ایجاد شیارهای اورینگ به دستگاه کاترگریندر منتقل می کنند.
لوله های کامپوزیتی نسبت به لوله های متداول دارای مزایای متعددی است.
مهم ترین مزایای این دسته از لوله های نو ظهور عبارت است از:
یکی از مهمترین ویژگی های این لوله ها، قابلیت تقویت و تولید آنها به منظور تحمل فشارهای دینامیکی و استاتیکی، در جهات مختلف است.
میتوان بنا به سفارش مشتری لوله های مخصوصی تولید کرد که بتواند نیروهای وارده در جهات مختلف را تحمل کند.
درکنار تمام مزایای فوق، لوله های کامپوزیتی تنها در یک مورد نمی توانند به خوبی پاسخگوی نیاز صنعت باشند، و نرخ خوردگی لوله افزایش پیدا میکند. این مورد، مربوط به عبور مواد شیمیایی خورنده با دما و فشار بسیار بالا است. از این رو برای این مورد به خصوص می توان از سیستم های هیبریدی، که ترکیبی از لوله های CPVC و FRP هستند، استفاده کرد.
از این لوله ها در صنایع مختلفی می توان استفاده کرد. برخی از مهم ترین کاربردهای لوله های کامپوزیتی، را میتوان به صورت زیر برشمرد:
یکی دیگر از محصولات تولید شده به کمک کامپوزیت ها، پروفیل های مختلف می باشد. همانطور که پیش تر نیز اشاره کردیم، خوردگی فولاد بزرگترین مشکل آن به حساب می آید. از این رو می توان در محیط هایی که نرخ خوردگی بالا است از پروفیل های کامپوزیتی استفاده کرد. به علت شیوه ای که در تولید محصولات کامپوزیتی به کار برده می شود، می توان انواع و اقسام پروفیل ها را تولید کرد.
مزایایی که پروفیل های کامپوزیتی دارند، وزن سبک، عمر بالا، خوردگی بسیار کم، قابلیت کنترل ارتعاشات سازه، غیر رسانا بودن، قابلیت عبور امواج الکترومغناطیس و استحکام بالا است. از این رو مصرف پروفیل frp و grp ، به شکل روز افزون در انواع و اقسام سازه ها به جای پروفیل های آلومینیومی و فولادی در حال افزایش است.
