بخشی از مقاله
خلاصه
با وجود توانایی قابل ملاحظه و مزیت های فراوان مصالح سنتی، کامپوزیت ها در حوزه ی کاربردهای زیربنایی پیشرفت محدودی داشتند و فقط بازار محدودی در ساخت عرشه FRP روی شاه تیر های فولادی و تعمیرات با FRP چسبیده از بیرون برای کامپوزیت ها وجود دارد. البته دلائل این امر می تواند هزینه ی اولیه ی بالا در مقایسه با مصالح سنتی باشد. این امر می تواند از طریق استفاده از فرآیندهای خودکار در حجم زیاد مانند پالتروژن و رشته پیچی انجام گیرد که قابلیت کم کردن هزینه ی مواد خام و تکنولوژی ها برای همه ی کاربرد ها را دارد. این مقاله به خلاصه ی از میزان فعلی کاربرد های رشته پیچی در صنعت زیربنایی می پردازد.
.1 مقدمه
استفاده از مواد کامپوزیت به دلیل گستردگی کاربرد و خواص برتر آن در صنعت روز دنیا به صورت یک ضرورت مطرحشده است. هرچند دو الی سه دهه از ورود کامپوزیتهای ساده پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه به بازار ایران میگذرد، ولی صنعت کامپوزیت در ایران هنوز در اول راه است و گریبانگیر مشکلاتی است که باعث شده است این مواد مفید مهندسی به جز در چند حوزه محدود، چندان مورد توجه قرار نگیرند .از جمله این مشکلات به تامین مواد اولیه، ناآشنایی جامعه با مزایای تکنولوژی کامپوزیت و کمبود قوانین حمایتی می توان اشاره کرد. خوشبختانه انواع روشهای تولید صنعتی و مدرن و قطعات کامپوزیت در کشورمان موجود است و در صورت تولید مواد اولیه بخصوص الیاف شیشه در کشور این صنعت دچار تحول جدی تری خواهد گردید.
با توانایی قابل ملاحظه ی مصالح کامپوزیت در کاربرد های زیربنایی، احتمالا هزینه ی مواد خام و تکنولوژی ها در همه ی کاربرد ها کاهش می یابد. با این حال کامپوزیت ها پیشرفت اندکی در صنعت زیربنایی داشته اند و فقط بازار های کوچکی در بهسازی سازه ای سازه های معیوب و ساخت عرشه ی FRP روی شاه تیر های فولادی وجود دارند. این امر تا حدی ناشی از جدید بودن این مصالح و هزینه ی اولیه ی بالای آن در مقایسه با بتن، الوار چوبی و فولاد و سختی پایین پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه - GFRP - که مورد علاقه ی صنعت ساخت و ساز است، می باشد زیرا GFRP در مقایسه با کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف کرین - CFRP - و الیاف آرامید - AFRP - ارزان است.
کمبود سختی می تواند از طریق طراحی های ابتکاری حل و فصل شود اما مساله ی هزینه اولیه ی بالا فقط می تواند از طریق استفاده از فرآیند های خودکار حجیم مانند پالتروژن و رشته پیچی حل شود. [1] اخیرا لوله های FRP بتن اندود که در سازه های در حال ساخت کاربرد دارد توجه های زیادی را بخود جلب کرده است که برای یافتن کاربرد های ساختاری این سیستم پژوهش های متعددی انجام گرفته است
لوله های پر شده با بتن برای استفاده در پایه پل ها، اسکله ها ، سکوهای دریایی و شمع ها که بیشتر در معرض خوردگی هستند، گزینه بسیارمناسبی می باشد.[8] تهیه و ساخت لوله های FRP می تواند با روش رشته پیچی انجام گردد.
.2 تکنولوژی فرآیند رشته پیچی
رشته پیچی قدیمی ترین فرآیند مکانیکی برای ساخت کامپوزیت های پلیمر تقویت شده با الیاف - FRP - دانسته می شود. این فرآیند از سال های 1950 به عنوان یک تکنیک پیشرفته برای ساخت کیس های موتور راکت آغاز شد
فرآیند رشته پیچی لوله های FRP به دو صورت می تواند انجام گردد یکی رشته پیچی ناپیوسته 1 و دیگری رشته پیچی پیوسته.
فرآیند رشته پیچی ناپیوسته بدین صورت انجام می شود که تعداد زیادی رشته الیاف از میان یک سری قلاب از داخل حمام رزین کشیده می شوند و عمل کشش رشته ها توسط شانه های راهنما که بین حمام رزین و هر قلاب قرار دارند، انجام می شود. قبل از ورود رشته ها به حمام رزین به وسیله یک شانه از جنس فولاد ضد زنگ به صورت یک نوار جمع شده و هنگام خروج از حمام رشته های آغشته به رزین از دستگاه خشک کننده عبور می کنند تا رزین اضافی در اطراف آنها جمع آوری شود سپس الیاف آغشته شده حول قالب فلزی دوار با ابعاد هندسی مشخص و تحت زاویه با تعداد لایه مشخص، پیچیده می شوند و تحت عملیات پخت قرار می گیرند.کلمه ناپیوسته به این مفهوم است که لوله تنها به اندازه طول قالب تولید می گردد و تولید لوله پیوسته نمی باشد. لازم به ذکر است که به طور معمول، قالب ها 12 متری هستند و امکان تولید لوله با طول کمتر روی این قالب ها نیز وجود دارد. الیاف ها معمولا به شکل قرقره ای از نوار ها یا روینگ ها تامین می شوند.
با وجود امکان تغییر در زاویه پیچش الیاف در فرآیند رشته پیچی ناپیوسته این امکان وجود دارد که نیروهای محوری وشعاعی به دو مولفه در راستای محور و عمود بر محور لوله تجزیه شوند لذا با در نظر گرفتن میزان بارهای وارده به لوله می توان مناسب ترین زاویه پیچش را جهت تحمل بیشترین بار وتنش ها انتخاب کرد.رزین های پلی استر غیر اشباع شایع ترین رزین های مورد استفاده در رشته پیچی هستند
مزایای تولید لوله به روش ناپیوسته شامل موارد زیر می باشد:
.1 امکان استفاده از الیاف پیوسته در تمام طول لوله و جهت دهی ساده الیاف در جهت بارگذاری
.2 قابلیت تکرار پذیری بسیار بالای الگوی پیچش از یک لایه به لایه دیگر و از یک قطعه به قطعه دیگر
.3 امکان ساخت قطعات بسیار بزرگ
.4 امکان دستیابی به محصول با کسر حجمی بالای الیاف
.5 امکان اتوماتیک کردن کامل سیستم در جهت جلوگیری از خطاهای اپراتوری
.6 امکان تغییرات در استحکامات با توجه به نیاز با استفاده از تغییر زاویه در سیستم رشته پیچی
.7 ایجاد خواص بالا خستگی و خزش
.8 همچنین عدم استفاده از فیلرها - ماسه سیلیسی - و استفاده % 100 از الیاف شیشه و رزین در ساختار محصول باعث افزایش مقاومت شیمیایی دراز مدت آن شده که این امر منجر به ارجحیت این روش نسبت به سایر روشهای تولید شده است.
فرآیند رشته پیچی ناپیوسته مزیت هایی نسبت به سایر تکنیک های تولید دارد که شامل موارد زیر می باشد: [10]
.1 تولید همگن و یکنواخت در سرتاسر محصول
.2 امکان استفاده از رزین های مختلف در مراحل مختلف تولید
.3 عدم ایجاد عیب جدایی لایه با توجه به شکل چیدمان و جنس لایه های لوله
.4 رسیدن به استحکامات مکانیکی متفاوت، متناظر با زاویه طراحی لوله
.5 خلوص مواد مورد استفاده و کیفیت آنها
.6 تحمل فشارهای بالا بسته به نوع الیاف و طراحی لایه گذاری در روش رشته پیچی پیوسته الیاف روی یک مندرل پیچیده و شن وماسه - اغلب ماسه سیلیسی - آغشته به رزین روی آن ریخته و نهایتا یک لایه دیگر الیاف روی آن پیچیده می شود و لوله ای با ساختار ساندویچی تولید می شود.
شکل:1 الف - رشته پیچی پیوسته ب - رشته پیچی ناپیوسته
