Pultrusion process
Pultrusion process
Pultrusion process
از جمله مزاياي اين روش كه يكي از باصرفهترين روشهاي توليد كامپوزيتهاست، اين است كه درصد الياف در آن بالاست و چون الياف بصورت طولي آرايش مييابند، محصول داراي استحكام كششي و فشاري بسيار بالايي است. همچنين سطح محصول نهايي كاملاً صاف است و نيازي به فرآيندهاي تكميلي نيست.
مراحل فرآيند:
ورودي الياف: الياف تقويت كننده به شكلي هستند كه بطور پيوسته فرآيند امكان پذير باشد. قفسة الياف پيوسته، اولين قسمت خط فرآيند ميباشد. بعد از قفسة الياف، قفسة نمد الياف شيشه يه پارچةها سطح قرار دارد. حركت الياف از ناحية آغشته سازي ميبايست كنترل شود تا از هرگونه پيچش و گره و آسيب محفوظ بماند. اينكار ميتواند توسط راهنماهاي فلزي، سراميكي و يا تفلوني انجام شود.
حمام آغشتهسازي: آغشتهسازي الياف تقويت كننده، از اصول فرآيند پلتروژن ميباشد. غوطهوري در حمام يك راه براي اين كار است. در اين روش الياف از رو و زير ميلههاي آغشتهسازي عبور داده ميشوند تا از هم باز، و به رزين آغشته گردند. معمولاً در ساخت پروفيلهاي پيچيده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتي براي شكل دادن به الياف آغشته به رزين، استفاده ميكنند. پوشش اين صفحات بايد از جنسي مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الياف آغشتة ضعيف شده، جلوگيري به عمل آيد. معمولاً اين قطعات از جنس تفلون، پلي اتيلن با جرم مولكولي بسيار بالا ، فولاد با پوشش كرم و يا آلياژهاي مناسب فولادي ميباشند.
قالب: قالب پلتروژن، قلب اين فرايند محسوب ميشود. چرا كه دما، كنترل كنندة سرعت واكنش پخت، محل پخت رزين در قالب و شدت گرماي حاصل از پخت رزين ميباشد. قطعهاي كه كامل پخت نشده باشد، خواص فيزيكي و مكانيكي ضعيفي از خود نشان ميدهد. همچنين اگر گرماي اضافي در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترك حرارتي، موجب افت خواص الكتريكي، شيميايي و مكانيكي قطعه ميشود.
گيره و كشش: حداقل 3 متر فاصله بين خروجي قالب و محل كشش ميبايس تعبيه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پيدا كند و در برابر فشار گيرة كشش تغيير شكل ندهد. سه روش براي كشش مرسوم است؛ كشش رفت وبرگشتي متناوب، كشش رفت و برگشتي پيوسته و كشش توسط سيستم تسمه نقالهاي.
برش: هر خط پيوستة پلتروژن احتياج به يك سيستم برش دارد تا طولهاي مناسب از قطعه تحويل شود. هردو روش برش خشك و تر قابل استفاده ميباشند. ولي در هر حال تيغه برش ميبايست الماسه باشد. در صورتيكه سرعت خط بالا باشد، تيغه برش همراه پروفيل حركت ميكند.
مواد: با توجه به خواص مورد نظر، ميتوان از الياف و رزينهاي مختلفي استفاده نمود. الياف تأمين كنندة خواصي چون استحكام كششي و ضربه، سفتي و مانند آن ميباشند ولي رزين تأمين كنندة خواص فيزيكي مانند آتشگيري، مقاومت در برابر شرايط جوي، هدايت حرارتي و مقاومت شيميايي ميباشند. براي بهبود خواص نيز از انواع افزودنيها استفاده ميشود.
الياف: در انتخاب الياف سه ويژگي مورد بررسي قرار ميگيرد: نوع الياف (شيشه، آراميد و كربن)، شكل آنها ( Roving,Mat,Fabrics ) و آرايش يافتگي آنها.
الياف شيشه مرسوم ترين نوع الياف مورد مصرف ميباشند. الياف شيشه نوع الكتريكي ( E-grade )، استحكام كششي حدود Mpa 3450 و مدول كششي Gpa 70 و ازدياد طول 3 تا % 4 دارند و با قطر و وزن مختلف در دسترس ميباشند. سطح الياف نيز متناسب با رزين كاربردي پوشش داده شدهاند. براي كاربردهاي خاص ميتوان از الياف نوع S يا R استفاده نمود.
ماتريس پليمري:
پلي استر غير اشباع: هر دو نوع ايزو و ارتو فتاليك قابل استفاده ميباشند. پلي استر مورد مصرف در فرآيند پلتروژن بايد امكان ژل شدن و پخت سريع را داشته باشد تا قطعه از قالب جدا شود و بيرون كشيدن آن به سهولت انجام پذيرد. ويسكوزيته رزينهاي معمول پلتروژن cP 500 ميباشد. اگر ويسكوزيتة رزين بالا باشد، ميتوان آنرا با مقاديري استايرن مخلوط نمود تا ويسكوزيته مناسب بدست آيد. البته بايد توجه داشت مقدار استايرن آنقدر زياد نشود كه بصورت واكنش نكرده يا پلي استايرن درآيد.
پراكسيدهاي مورد استفاده در اين فرآيند، بايد در دماي بالاتر از محيط فعال شوند.
به علت پيوندهاي غير اشباع، پلي استر پس از پخت 7 درصد جمعشدگي نشان ميدهد. اين نقص ميتواند توسط فيلر و افزودنيهاي Low Profile جبران گردد.
خواص الكتريكي پلياستر، قطعات آنرا مناسب براي كاربردهاي ولتاژ بالا ساخته است. مقاومت در برابر شرايط محيطي پلياستر، متوسط تا خوب است. خواص بهتر توسط افزودنيها و پارچه و پوشش (حتي بعد از فرآيند) قابل دستيابي است.
وينيل استر: اين رزين نسبت به پلياستر داراي مقاومت خورندگي، خواص مكانيكي و حرارتي بهتري ميباشد ولي حدود 75 درصد گرانتر ميباشد.
رزين اپوكسي: اين رزين براي استفاده در دماهاي بالاتر مناسبتر است ضمن آنكه خواص مكانيكي آن عاليست.
ساير رزينها: از رزينهاي ديگري مانند فنوليك، پليمتيل متااكريلات و حتي ترموپلاستها استفاده نمود.
مواد افزودني:
فيلر: در فرآيند پلتروژن پركردن قالب اهميت فراواني دارد. براي اين منظور از پركنندهها استفاده ميشود. بعد از رزين و الياف، سومين بخش رزين را تشكيل ميدهد. از معمولترين فيلرها، كربنات كلسيم، سيليكات آلومينيم و هيدروكسيد آلومينيم را ميتوان نام برد. با توجه به ويسكوزيته فرمولاسيون، تا 50 درصد وزني فيلراستفاده ميشود.
عامل جدا كننده( release agent ): به منظور جداشدن قطعه از قالب، ميبايست از يك عامل جداساز استفاده شود. اين عامل نبايد كاملاً ناسازگار با رزين باشد و همچنين سازگاري آن به حدي نباشد كه به سطح قطعه مهاجرت نكند. همچنين بايد قبل از پخت رزين مذاب شده باشد.
ساير افزودنيها: در فرآيند پلتروژن ميتوان از انواع رنگدانهها، افزودنيهاي بهبود خواص حرارتي و ساير مواد مرسوم در صنعت كامپوزيت استفاده نمود.
مزاياي پلتروژن: پلتروژن يكي از اقتصاديترين روشهاي توليد پروفيلهاي كامپوزيتي مورد مصرف در صنايع ساختمان است.
از اين فرآيند در ساخت قطعات سبك مقاوم در برابر خورندگي، سيستمهاي عايق الكتريكي، سازههاي ساحلي و بسياري از كاربردهاي ديگر استفاده ميشود.