بخشی از مقاله
چکیده
پالتروژن از معدود فرآیندهای قالبگیری پیوسته و خودکار در تولید قطعات کامپوزیتی میباشد. این فرآیند از لحاظ اقتصادی برای تولید حجم انبوهی از محصولات طویل با سطح مقطع ثابت مقرون به صرفه میباشد
سطح مقطع قطعات پالتروژنی میتواند بسیار ساده و یا بسیار پیچیده باشد.با توجه به محدود بودن تعداد فرآیندهای پیوسته تولید قطعات کامپوزیتی پیوسته بودن فرآیند پالتروژن موجب برتری خاص این فرآیند بر سایر فرآیند های ساخت محصولات کامپوزیتی شده است.
آسان بودن کنترل پارامترهای فرآیند,توان عملیاتی بالا استفاده از تجهیزات نسبتا" ساده و ارزان و نیز وابستگی کم به نیروی انسانی منجر به کاهش قابل توجه هزینه های تولید محصول در این روش میشود
به علت خوردگی ایجاد شده توسط خاک و شرایط بد اقلیمی در بسیاری از مناطق ایران , محصولات پالتروژنی در بسیاری از صنایع از جمله نفت و گاز , حمل ونقل , الکتریسیته و ساختمان سازی می توانندبه کار روند . با این وجود به دلیل عدم آشنایی مصرف کنندگان این محصولات تا کنون جایگاه مناسبی درایران به دست نیاورده اند .از این رو در این پژوهش تلاش کرده ایم ضمن آشنایی کلی با فرآیند پالتروژن مزایا و محدودیت های آن, روشهای غلبه بر این محدودیتها و نیز پیشرفتهای صورت گرفته در این فرآیند را بیان کنیم
مقدمه
واژه Pultrusion از ترکیب دو واژهPull به معنای کشیدن وExtrusion به معنای شکل دهی تشکیل شده است .در فرآیند اکستروژن مواد اولیه با فشار اعمال شده از سوی دستگاه وارد قالب می شوند در حالیکه در فرآیند پالتروژن مواد اولیه با اعمال نیروی کشش وارد قالب شکل دهی می شوند .
در این فرآیند در قالب شکل دهی علاوه بر شکل دهی عمل پخت رزین نیز انجام میگیرد. پالتروژن از معدود فرآیندهای پیوسته برای قالبگیری قطعات کامپوزیتی می باشد. در این فرآیند تقویت کننده ها در زمینه ای از یک رزین ترموست قرار می گیرند و قطعه ای با سطح مقطع ثابت و خواص مکانیکی بالا را تولید میکنند. راندمان بالای تولید, قیمت تمام شده ارزان, کیفیت بالای محصول و عدم نیاز به عملیات تکمیلی این فرآیند را متداول ساخته است .
این فرآیند مراحل رشد اولیه خود را در سال های گذشته طی نموده و امروزه در سراسر جهان به ویژه کشورهای ژاپن, انگلیس , آلمان , فرانسه و آمریکا به طور عملی به کارگرفته شده و رقابت شدیدی در عرصه تولید محصولات مختلف ایجاد کرده است. در این پژوهش سعی خواهد شد این فرآیند, مزایا, معایب و پیشرفت های صورت گرفته در این فرآیند بیان شوند.
مواد خام
از جمله بارزترین ویژگی های فرآیند پالتروژن امکان استفاده از طیف وسیعی از مواد تقویت کننده و رزین ها می باشد. تقویت کننده ها با توجه به خواص مکانیکی مورد نظر برای کامپوزت نهایی و رزین ها با توجه به خواص فیزیکی آن انتخاب می شوند.
رایج ترین الیاف مورد استفاده در پالتروژن الیاف شیشه هستند. الیاف آرامید, کربن و کولار از دیگر الیافی هستند که در این فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند.الیاف با توجه به خصوصیات قطعه می تواند به شکل رشته یا پارچه باشد. پلی استر غیر اشباع , وینیل استر و رزین اپوکسی پرکاربردترین رزین ها در فرآیند پالتروژن هستند.از دیگر مواد مورد استفاده در این فرآیند میتوان به عوامل پخت اشاره کرد. افزودنی هایی نظیر رنگدانه ها , عامل جداکننده قطعه از قالب و فیلرهایی چون کربنات کلسیم نیز می توانند با توجه به خواص مورد نظر برای قطعه نهایی با رزین مخلوط شوند.باید دقت داشت در صورت اضافه نمودن افزودنی های فوق به رزین ویسکوزیته مخلوط حاصل به اندازه کافی پایین باشد این امر موجب می شود الیاف تقویت کننده کاملا ً با رزین خیس شوند. آغشته سازی کامل الیاف با رزین موجب پخت بهتر و در نتیجه ارائه خواص مکانیکی بهتر قطعه حاصل می شود.
فرآیند پالتروژن
در فرآیند ابتدا الیاف تقویت کننده یا هرگونه شکل پیوسته ای از الیاف مانند رشته یا پارچه از درون قفسه های مخصوص پس از عبور از یک سیستم راهنما وارد یک حمام رزین می شوند تا با رزین خیس شوند. پس از آن الیاف با عبور از یک سیستم راهنمای دیگر مجددا ً در کنار هم جمع می شوند. الیاف آغشته شده به رزین پیش از ورود به قالب اصلی وارد یک مرحله پیش شکل دهی می شوند.
در این مرحله الیاف الگویی از قالب اصلی را گرفته و بعد از آن وارد قالب اصلی شکل دهی می شوند. در داخل قالب همزمان با شکل دهی عملیات پخت رزین صورت می گیرد. بین خروجی قالب و کشنده فاصله ای در حدود 3 متر یا بیشتر وجود دارد . این فاصله این امکان را برای قطعه داغ پخت شده فراهم می کندکه توسط جریان آزاد هوای خنک و یا جریان اجباری آب به اندازه کافی خنک شود. قطعه جامد توسط یک کشنده از قالب بیرون کشیده می شود. در نهایت توسط یک اره که عموما ً از جنس الماس می باشد دراندازه های مورد نظر برش می خورد.
تجهیزات
حمام باز رزین رایج ترین شیوه برای آغشته سازی الیاف با رزین می باشد. این روش در مراحل نصب و نیز در حین کار بسیار ارزان می باشد و به دو روش غوطه وری, گذری و یا ترکیبی از هر دو روش انجام می گیرد.در ماشین های پیشرفته پالتروژن از سیستم تزریق رزین برای آغشته سازی بهتر الیاف به ویژه تقویت کننده های چند جهته استفاده می شود این روش با ممانعت از تبخیر منومر از جنبه زیست محیطی دارای برتری خاص بر سیستم حمام باز می باشد. بخش پیش شکل دهی شامل صفحاتی از جنس فولاد و یا تفلون است که دارای منافذی با ترتیب مشخص است .
رزین اضافی الیاف در عبور از این منافذ گرفته شده و به حمام رزین باز می گردندو الیاف مشابه ابعاد قالب شکل می گیرند. قالب شکل دهی قلب یک سیستم پالتروژن است . طول این قالب بسته به اندازه قطعه نهایی معمولا ً بین 61 تا 122 سانتی متر تغییر می کند. قالب ها در اکثر موارد از جنس فولاد ساخته می شوند.
عمل پخت رزین توسط هیترهای الکتریکی که قالب را گرم می کنند و یا توسط امواج رادیو فرکانس صورت می گیرد در ماشین های پیشرفته ترکیبی از هر دو نوع سیستم گرم کن فوق استفاده می شود. کشنده های مورد استفاده در فرآیند پالتروژن شامل سه نوع گیره های رفت و برگشتی تناوبی ,گیره های رفت و برگشتی پیوسته و تسمه های پیوسته هستند. سیستم برش همانگونه که پیش از این نیز ذکر شد تیغه ای از جنس الماس می باشد.
مزایا و معایب
مزایای این روش عبارتند از : هدررفت کم مواد خام اولیه و در نتیجه بازده بالای تبدیل مواد اولیه به محصول, امکان تولید شکل های پیچیده شامل انواع میله های گرد و نیم دایره,لوله ها,تیرک ها,تیرک های توخالی و تیرک ها با سطح مقطع I و T شکل و طول های نامحدود ,دخالت کم نیروی انسانی,دقت بالای ابعاد قطعه نهایی, امکان استفاده از نسبت بالای تقویت کننده و توزیع یکنواخت آن در ماتریس , هزینه بسیار اندک تعمیرات . از جمله معایب این روش میتوان به هزینه بالای تجهیزات اولیه و محدود بودن فرآیند به ساخت قطعات با سطح مقطع ثابت اشاره کرد.
خواص
استحکام کششی و فشاری واحد وزن این قطعات 20برابر فولاد است . دانسیته آنها 20 %فولاد و %60آلومینیوم میباشد. هدایت حرارتی کم , مقاومت شیمیایی و خوردگی بالا, مقاومت بالا در برابر تابیدگی و تورم در محدوده وسیعی از تنش و دما از جمله خواص این قطعات می باشند. این قطعات همچنین عایق های خوب الکتریسیته و حرارت می باشند.
بازار و کاربرد
نخستین محصولات ساخته شده به روش پالتروژن در صنعت سرگرمی و نیز در صنعت الکتریسیته مورد استفاده قرار گرفتند. در این سالها کاربرد قطعات پالتروژنی در صنعت الکتریسیته حکمفرما بود. با ورود تولیدکنندگان بیشتر تنوع کاربرد این محصولات افزایش یافت
به گونه ای که امروزه این محصولات در صنایع مختلفی از جمله ساختمان, حمل ونقل, نفت و گاز, پتروشیمی, مقاوم در برابر خوردگی کاربرد دارند.از جمله قطعات پالتروژنی میتوان به دسته ابزار, پل, سینی کابل های برق, پایه آنتن,دیواره ترن , نرده پلکان با امکان تمیز کردن آسان و مقاومت بالا در محیط های خورنده اشاره کرد. بازار این محصولات با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از موادی نظیر پلیمرهای مهندسی رشد خواهد کرد.
پیشرفت ها
درسال های اخیر پیشرفت هایی در جهت بهبودفرآیند پالتروژن صورت گرفته است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
- 1 جایگزینی حمام های رایج رزین با یک سیستم تزریق رزین برای آغشته سازی بهتر الیاف تقویت کننده ,
- 2 استفاده ازسیستم پخت ریزموج به جای امواج رادیو فرکانس جهت پخت سریعتر قطعات ضخیم و استفاده از میدان الکتریکی برای پخت سریع و کامل مواد رسانا ,
- 3 پالفورمینگ . مهمترین پیشرفت در فرآیند پالتروژن فرآیند پالفورمینگ است که امکان تولید قطعات با سطح مقطع غیر ثابت را فراهم می کند.
در این فرآیند قطعه ابتدا در قالب اصلی به صورت جزئی پخت می شودسپس قطعه وارد یک قالب دو قسمتی می شود دو قسمت قالب بر روی قطعه قرار گرفته و شکل مورد نظر را به قطعه می دهند.
