تکنولوژی پالتروژن در تولید محصولات کامپوزیتی

فرآیند پالتروژن یکی از سریع ترین و مهمترین روش های تولید محصولات کامپوزیتی می باشد. به کمک این روش می توان انواع پروفیل کامپوزیتی با مقطع ثابت با سرعت بالا تولید نمود. درز کشور ما نیز فعالیت هایی از سوی چند شرکت داخلی جهت بهره گیری از این فناوری آغاز شده است.

پروفیل های پالتروژن

پلاستیک های تقویت شده با الیاف شیشه (FRP) دسته ای از مستحکم ترین و با دوام ترین مواد مهندسی هستند. امروزه پروفیل های FRP به شکل های استاندارد در بازار مصرف عرضه می شوند. کیفیت این پروفیل ها با عواملی چون جهت گیری، موقعیت، کیفیت الیاف و نوع رزین تعیین می شود. این پروفیل ها با محدوده ی متفاوتی از استحکام، مقاومت به خوردگی و پایداری حرارتی تولید و عرضه می شوند. روش اصلی تولید این پروفیل ها فرایند پالتروژن است .

پالتروژن از جمله روش های سریع تولید کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پیوسته می باشد که اولین بار در سال ۱۹۵۱ به کار گرفته شد. محصولات تولیدی به این روش دارای استحکام بالا، وزن کم و عمر طولانی به ویژه در محیط های شیمیایی می باشند .

در این فرایند، الیاف پیوسته به صورت الیاف بلند، پارچه بافته شده و پارچه الیاف کوتاه از داخل حمام حاوی رزین عبور کرده و آغشته به رزین می شود. پس از خروج از حمام، الیاف به قالبی گرم هدایت شده و در داخل قالب محصول شکل نهایی را به خود می گیرد. عملیات سخت شدن و پخت نیز در داخل قالب صورت می پذیرد. پس از خروج از قالب، محصول پیوسته سرد شده و با طول مورد نظر برش می خورد. به این ترتیب محصول نهایی بدون نیاز به انجام عملیات دیگری آماده عرضه به بازار می باشد. قالب مورد استفاده معمولا فولادی و دارای طول ۳۰ الی ۱۵۵ سانتیمتر است .

فرآیند پالتروژن در ساخت مواد کامپوزیتی

مزیت ها

پروفیل های تولیدی متعارف، معمولا در طول های ۲۵ میلیمتر تا ۱.۵ متر تهیه می شوند. سرعت تولید در این فرایند ۲ الی ۳۰  متر در ساعت است که به شکل محصول و رزین مورد استفاده بستگی دارد. معمولا در این فرایند از رزین های پلی استر و اپوکسی و الیاف شیشه، کربن، آرامید و پلی اتین استفاده می گردد. محصولات این روش دارای نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت خوردگی و پایداری ابعادی خوب می باشند و از مقاومت الکتریکی بالا برخوردار می باشند .

از محصولاتی که با این روش تولید می شود می توان انواع الوار، ناودان ها، قاب ها، فنرهای خودرو، چوب های ماهی گیری، تیرآهن، دسته های چکش، تیرک چادر، چوب گلف، چوب اسکی، راکت تنیس و دیگر شکل های پروفیلی را نام برد.

تولید قطعاتی با مقاطع پیچیده به صورت پیوسته و پی درپی از ویژگی های منحصر به فرد کامپوزیت ها است. تنها با تعویض قالب مناسب می توان مقطع دلخواه را ساخت

درصد وزن الیاف به کل وزن محصول در این نوع فرآیند نسبت به سایر روش های تولید مواد مرکب بالاتر می باشد، و به همین دلیل روش پالتروژن برای تولید قطعاتی با استحکام طولی بالا به کار می رود. محصولات تولیدی به وسیله روش پالتروژن در برابر مواد شیمیایی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند و یکی از موارد استفاده این محصولات در محیط های اسیدی و بازی با PH بالا می باشد، به علت فرآیند پیوسته ای که در تولید قطعات به روش پالتروژن به کار گرفته می شود، قطعات تولیدی محدودیت طولی ندارند. بالا بودن سرعت و استفاده از تجهیزات ساده و ارزان و وابستگی کم به نیروی انسانی سبب پایین آمدن هزینه، در تولید محصول نسبت به سایر روش های ساخت مواد مرکب شده است .

معایب

با این همه استفاده از روش پالتروژن کاستی هایی دارد که سبب محدود شدن گستره کاربرد آن گردیده است. همان گونه که ذکر شد در روش پالتروژن از یک قالب با مقطع خروجی ثابت برای شکل دهی قطعه استفاده می شود و امکان تولید قطعاتی که مقاطع متفاوت دارند وجود ندارد. پایین بودن مقاومت برشی محصولات تولیدی از دیگر نقاط ضعف محصولات تولید شده با این روش محسوب می شوند. همچنین این محصولات در مقابل عملیات سوراخکاری نسبتا ضعیف می باشند .

پروفیل های حاصل از فرآیند پالتروژن در ساخت سازه های دریایی کاربرد فراوانی دارند. این پروفیل ها در اندازه های لازم بریده شده و به کمک اتصالات خاص خود به راحتی در محل احداث بنا مونتاژ می شوند. استفاده از این پروفیل ها در مقایسه با نمونه فلزی می تواند وزن سازه نهایی را تا حد نصف تقلیل دهد. در شرایط خورنده عمر چنین سازه هایی چندین برابر سازه فلزی تخمین زده می شود و با احتساب هزینه تعمیر و نگهداری در طول عمر بنا می توان گفت که هزینه نهایی حداقل ۱۰ الی ۱۵ درصد کاهش می یابد.

پروفیل های پالتروژنی امروزه در صنایع عمرانی بسیار پرکاربرد جلوه می نمایند؛ به عنوان نمونه پروفیل های پالتروژنی در ساخت انواع معابر، نرده ها، حفاظها، درها، پنجره ها، تیرهای با مقطع I شکل، نبشی ها و پل ها مورد استفاده واقع شده اند. استفاده از آنها جهت ساخت پل های آبی و سازه های اسکله ای به شدت مورد توجه اروپاییان قرار گرفته است .

این پروفیل ها به عنوان بهترین گزینه ها جهت ساخت سازه های دریایی در کشورهای امریکایی نیز مطرح شده است.

دلایل این امر را به اختصار در ۴ عامل زیر می توان خلاصه نمود:

۱) قیمت اولیه مناسب

۲) تعمیر و نگهداری اندک

۳) عمر کاری بالا

۴) سادگی و سرعت نصب و کاربری

هم اکنون بیش از ده ها پل در کشور انگلستان با بهره گیری از پروفیل های پالتروژنی ساخته شده است و در کشوری همچون کانادا سرمایه گذاری های عظیمی جهت تولید پروفیل های مقاوم به خوردگی به روش پالتروژن صورت گرفته است. هند، چین، مالزی و بسیاری کشورهای آسیایی دیگر نیز فعالیت های گسترده ای را جهت تولید و استفاده از این محصوالت در ساخت و ساز انجام داده اند. مصرف سالانه کامپوزیت در جهان ۶ میلیون تن است و همانطور که گفته شد کشورهای صنعتی در این زمینه پیشتازند .

امروزه شاهد توسعه پل های کامپوزیتی در سراسر دنیا می باشیم . به عنوان مثال پل” وست بروک “در اوهایو اولین پلی است که در آن از کف سازه ای کامپوزیتی استفاده شده است. این عمل در فاز اول ” پروژه ۱۰۰ ” انجام شده است . هدف این پروژه که ابتکاری از مرکز ملی کامپوزیت (NCC) است، تعمیر و جایگزینی ۱۰۰ پل فرسوده به وسیله کامپوزیت ها می باشد.

در این شکل ما طولانی ترین سازه کامپوزیتی خمیده در تمام اروپا را مشاهده می کنیم. در ساخت عرشه ی این پل از رزین های خاصی استفاده گردیده است.

علاوه بر هزینه نگهداری پایین این پل نکته قابل توجه آن است که برای نصب با مشکل ترافیکی وسائل نقلیه رو به رو نبودند چرا که تنها نصب آن ۱۴ ساعت به طول انجامید .

بر اساس آمارهای موجود توسعه فرآیندهای تولید کامپوزیت در مناطق مختلف دنیا الگوی واحدی را دنبال نمی کند. به عنوان مثال در ایالات متحده به علت شرایط خاص آن سرزمین و نیاز به سازه های دریایی در بسیاری از نقاط این کشور، فرآیند پالتروژن به شدت مورد توجه قرار گرفته است . (این استقبال در اروپا نمود کمتری داشته است.) در اروپای غربی این بازار در بین سالهای ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۰ با ۴۷ درصد افزایش به ۳۲۰۰ تن رسیده است.