بخشی از مقاله
چکیده
پیشرفتهای اخیر در حوزهی طراحی سازههای مرکب با عملکرد مکانیکی مطلوب، موجب شده است تا صنعت نساجی و علم تولید پیششکلیافتههای منسوج، مورد توجه طراحان و مهندسان این بخش قرار گیرد. فناوری تولید ساختارهای حلقوی پودی، بواسطهی برخورداری از انعطافپذیری بالا در طراحی منسوجات، پتانسیل اجرایی قابلملاحظهای را در حوزهی مواد مرکب به خود اختصاص داده است. در همین راستا، مقالهی حاضر با هدف معرفی سازههای جدیدی از مواد مرکب تقویتشده با ساختارهای حلقوی یکپارچه، تنظیم شده است.
برای بافت چنین ساختارهایی که تحت عنوان پانلهای سهبعدی چندسلولی یکپارچه از آنها در این تحقیق یاد خواهد شد، الیاف شیشه و آرامید بکار گرفته میشوند. تنظیمات مورد نیاز در حین فرآیند بافت این دسته از منسوجات برای دستیابی به بهترین کیفیت تولید، بواسطهی سعی و خطای تجربی به دست آمد و تکرارپذیری فرآیند نیز به اثبات رسید.
در ساخت و قالبگیری مواد مرکب، از روش کیسهی خلاء بواسطهی تزریق رزین اپوکسی استفاده شد. مطالعهی رفتار عملکردی ساختارهای طراحیشده در برابر بارگذاریهای مکانیکی، حاکی از قابلیت بالای این سازهها به عنوان جایگزینی مناسب برای ساختارهای لانهزنبوری است؛ چرا که یکپارچهبودن ساختار این سازههای جدید، مشکلات ناشی از رشد ترک و جدایش لایهها را مرتفع میسازد و استحکام مکانیکی سازهی نهایی را بهبود میبخشد.
-1 مقدمه
امروزه، پیشرفتهای روبهرشد در حوزهی عمران و سازه، بیشتر به سمت طراحی و تولید ساختارهای بسیار مستحکم و در عین حال سبکوزن، پیش میرود. فناوری ساخت مواد مرکب تقویتشده با منسوجات، به خوبی میتواند این نیاز را تأمین کند؛ چرا که تنوع بالای منسوجات به لحاظ ساختار و شکل ظاهری علاوه بر امکان استفاده از نخهای با عملکرد بالا نظیر نخهای شیشه، آرامید، کربن و از این قبیل برای فرآیند بافت، هر دو نیاز مطرحشده در خصوص ساختارهای فنی و پیشرفته را به خوبی تأمین میکند. علاوه بر این، ساخت مواد مرکب تقویتشده با استفاده از منسوجات، امکان طراحی سازههایی با خواص مورد نظر به لحاظ مقاومت نهایی در یک راستای مشخص را پیش از شروع فرآیند تولید، برای طراحان فراهم میسازد به گونهای که کارآمدبودن عملکرد سازهها مورد تأیید قرار گیرد
دستیابی به سازههای سهبعدی، گامی نوین در طراحی و ساخت سازههای مرکب تقویتشده با منسوج به شمار میرود. یکی از متداولترین نوع این سازه، با عنوان لانهزنبوری شناخته میشود که متشکل از مغزی فلزی با ساختار سلولبندیشده از جنس آلومینیوم است که توسط دو لایهی سطحی رو و زیر احاطه میشود
همانگونه که در شکل 1 مشاهده میگردد، استفاده از لایههای چسب برای ایجاد اتصال میان اجزای تشکیلدهنده در این ساختارها، منجر به پیدایش پدیدهی ورقهایشدن به هنگام اعمال بارگذاریهای مکانیکی بر روی چنین سازههایی میشود. علاوه بر این، تمرکز تنش ایجادشده در نقاط اتصال، منجر به کاهش عملکرد مکانیکی آنها در شرایط بارگذاری واقعی خواهد شد. از سوی دیگر، محدودهی تغییر ضخامت در چنین سازههایی نیز نسبتاً پایین است و همینامر، تنوع طراحی را با مشکل مواجه میسازد.
شکل :1 سازهی مرکب ساندویچی سهبعدی از نوع لانهزنبوری
رشد فناوری در حوزهی صنعت نساجی و پیدایش ماشینآلات پیشرفته با قابلیت طراحی بالا و نیز امکان تولید منسوجاتی با هندسهی پیچیده، طراحان امروزی را به ساختارهایی سوق داده است که از پتانسیل عملکردی بالاتری در مقایسه با نمونهی رقیب برخوردارند 6]، .[7 این پیشرفتها، به ویژه در صنعت تولید منسوجات حلقوی پودی، بسیار چشمگیر بوده است تا جایی که امکان تولید ساختارهای یکپارچهای از منسوج با همان قابلیتهای سازههای لانهزنبوری را فراهم میسازد.
این مقاله، به طور خاص بر فناوری تولید نمونهی سادهای از این ساختارها با استفاده از الیاف شیشه و کولار با خواص مکانیکی بالا، متمرکز شده است. شایان ذکر است که تنوع بافت به لحاظ شکل هندسی در این منسوجات نوظهور، بسیار بالا است و رفتار عملکردی آنها در برابر شرایط مختلف بارگذاری، بسیار متفاوت است. در این مقاله، تنها سادهترین شکل هندسی از این منسوجات در نظر گرفته شده است تا صرفاً مقایسهی جامعی از عملکرد مکانیکی آنها در برابر نیروهای خمشی و فشاری، نسبت به سازههای لانهزنبوری صورت گیرد.
-2 تجربیات
با استفاده از نخهای شیشه و کولار، ساختاری یک طبقه با هندسهی -Uشکل از دسته منسوجات حلقوی یکپارچهی چندسلولی که شماتیکی از آن در شکل 2 نیز مشاهده میگردد، بر روی یک ماشین تختباف الکترونیک اشتول با قابلیت برنامهنویسی الگوی بافت، طراحی و تولید شد. مشخصات نخهای مصرفی، الگوی بافت و ابعاد منسوج بافتهشده در شکل 1 داده شده است.
شکل :2 مشخصات نخ مصرفی، مراحل بافت و ابعاد منسوج نهایی
فرآیند قالبگیری منسوجات تولیدشده، با استفاده از فرآیند تزریق رزین اپوکسی تحت خلاء ایجادشده به روش کیسهی خلاء مطابق با شکل 3 صورت گرفت. به منظور حفظ هندسهی سهبعدی پارچهها و جلوگیری از تغییرشکل آنها طی فرآیند قالبگیری، از قطعات چوبی برای پر کردن فضای خالی در ساختار منسوج استفاده شد. عملیات قالبگیری، تحت شرایط استاندارد - دمای 2 25 درجهی سانتیگراد و رطوبت نسبی 65 5 درصد - اعمال گردید. در انتهای عملیات، به نمونهها 48 ساعت زمان دادهشده تا فرآیند پخت سازهی مرکب نهایی تکمیل شود.
شکل .3 - الف - منسوج آماده شده قبل از قالب گیری؛ - ب - فرآیند قالب گیری کیسه ی خلأ؛ - ج - سازه ی قالبگیری شده ی نهایی
