پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) از ترکیب یک ماده چسبناک (مانند رزین‌ها) با الیاف بدست می آید؛ بنابراین فرآیند تولید الیاف تقویت شده FRP در دو مرحله گنجانده می شود: مرحله اول تولید مواد الیافی که می تواند بصورت طبیعی یا مصنوعی صورت گیرد-مرحله دوم چسباندن مواد الیافی با پلیمرهای پلاستیکی.
تولید الیاف FRP
تولید مواد الیافی روش‌های گوناگونی دارد که در برگیرنده تابیدن الیاف، بافتن الیاف، دوخت الیاف و گره زدن الیاف به یکدیگر است. تابیدن الیاف (Weaving) برای ساخت الیاف دو و سه بعدی مورد کاربری قرار می گیرد و در پایان به تولید الیاف با عرض کم و با کاربری بالا کمک می کند. البته می توان معایبی برای سیستم تابیدن الیاف برشمرد که در برگیرنده هزینه بالا و زمان بالا برای تولید است بعلاوه ساخت الیاف با زاویه غیر از 90 درجه با این روش بسیار دشوار است. روش بافتن (Braiding) روش بهتری است از این رو که می توان الیاف با زاویه 45 درجه را به شیوه راحتتری بدست آورد. روش بافت گره‌ای (knitting) بصورت ویژه برای تولید الیاف پارچه ای دو بعدی مورد استفاده قرار می گیرد و برای تولید الیاف با چند لایه روی هم باید از ماشین های دوخت استفاده کرد. ولی روش دوختن با کوک (Stitching) مناسب ترین روش برای تولید الیاف FRP پیش ساخته و خشک است و بیشترین کاربرد را در صنعت تولید الیاف FRP دارد.
مرحله دوم که مهمترین مرحله در ساخت الیاف با مقاومت مطلوب است مرحله ترکیب الیاف با مواد چسبنده است که دربرگیرنده این مراحل است: قالب‌گیری فشرده، قالب‌گیری در خلاء، رطوبت‌دهی، قالب‌گیری سنبه، خرد کردن الیاف با وسیله مخصوص، دستگاه اتوکلاو، تابیدن رشته‌ها و در پایان پالتروژن است.
پالتروژن چیست؟
پالتروژن فناوری تولید الیاف FRP با اشکال و کاربری‌های گوناگون است که در آن مقطع الیاف بدون تغییر باقی می ماند. این فناوری درگیرنده کشش مواد خام (پوشش سطحی پلیمری، الیاف تقویت شده و چسب و رزین FRP است) با یک قالب فلزی است. فناوری تولید FRP به روش پالتروژن در طیف وسیعی از کاربردها در صنایع مختلف استفاده می شود، زیرا می توان آنها را برای حصول خواص مفید دستکاری کرد و خواص نامطلوب مواد را کنار گذاشت.
انواع مختلفی از فرآیند پالتروژن وجود دارد، مانند استفاده از یک کشنده رفت و برگشتی و یک کشنده ریلی، اما مفهوم اساسی عمدتاً در همه فرآیندها یکسان است.
گام بندی فرآیند پالتروژن
مقاوم‌سازی مرطوب: تقویت‌کننده‌های الیافی در رول‌های رشته‌ای پیوسته (CFM) نگهداری می‌شوند و در رول‌هایی که به عرض‌های مورد نیاز تقسیم شده‌اند عرضه می شوند. از سوی دیگر، ریل‌های نواری، رووینگ ها و تشک های باز شده را قبل از قرار دادن آنها در حمام رزین مایع، قرار می دهند. حمام رزین ترکیبی از رزین، کاتالیزورها، پرکننده‌ها، عوامل مرطوب‌کننده و رنگدانه‌ها است. فضای داخلی حمام رزین پالتروژن به منظور بهینه سازی رطوبت تقویت شده ساخته شده است. همانطور که الیاف اشباع از حمام خارج می شوند، به شکل صفحات صاف در می آیند.
تغییر شکل: ورق های تقویت کننده و رووینگ به گونه ای تغییر شکل داده می شوند که تا حد امکان شبیه حفره قالب باشند. این در درجه اول کار پیش ساز است: شکل دادن به تقویت کننده ها قبل از اینکه وارد قالب شوند. پیش‌سازی (Preforming) یک گام بسیار مهم در فناوری پالتروژن است زیرا استحکام محصول نهایی را تامین می کند. پیش‌سازی یک فرآیند نسبتا طولانی است که بدون دخالت نیروی انسانی صورت می گیرد. برخی از تولیدکنندگان FRP از این فرآیند، از جمله فاز حمام رزین، صرف نظر می کنند و به جای آن از تزریق رزین استفاده می کنند. درواقع، هدف اصلی هر یک از فرآیندها این است که الیاف قبل از ورود به قالب گرم شده به اندازه کافی اشباع شوند.
عمل آوری کامپوزیت‌ها: سطح مقطع الیاف خیس شده معمولاً بزرگتر از حفره قالب است و به شکل و اندازه مورد نظر فشرده می شود. سطح حفره قالب با روکش کروم سخت می شود تا از سایش ناشی از فشرده شدن الیاف در آن جلوگیری شود. قطعات بسیار ضخیم ممکن است به کندی چهار اینچ در دقیقه اجرا شوند، در حالی که قطعات نازک تر ممکن است در یک دقیقه از 100 اینچ فراتر بروند. در صورتی که عملآوری بخوبی صورت نگیرد خواص مکانیکی الیاف کاهش می یابد.
پایین آوردن دمای کامپوزیت: کامپوزیت هنگامی که از حفره خارج می شود، معمولاً بسیار داغ است (بین 300 فارنهایت تا 400 فارنهایت)، و باید قبل از ورود به دستگاه کشنده خنک شود. خنک‌سازی با همرفت طبیعی انجام می‌شود، یعنی طولانی کردن فاصله بین کشنده و قالب یا با اسپری آب سرد یا هوا به قسمتی که توسط کشنده گرفته نشده است. اکثر سازندگان FRP از دو نوع سیستم کششی استفاده می کنند – نوع رفت و برگشتی و نوع ریلی. نیروهای کششی متحمل شده توسط این سیستم ها می تواند چیزی بین 200 پوند تا 100000 پوند باشد.
برش قطعات: آخرین مرحله از فرآیند شامل برش قطعات روی ریل در حال حرکت است. این کار با استفاده از یک اره برش متحرک انجام می شود که در همان سرعت و جهت قطعه را برش می دهد. با انجام برش متقاطع، اره به موقعیت اولیه خود برمی گردد و منتظر می ماند تا برش دیگری ایجاد شود. طول برش قطعه و سایر پارامترها مانند سرعت خط، نیروهای گیره و دمای قالب همگی کالیبره شده و با کنترل پنل تغییر می‌کنند.
مزایای الیاف FRP تولید شده با فناوری پالتروژن
محصولات FRP ساخته شده از الیاف کربن و الیاف شیشه مانند ورق و لمینت کربن FRP که به عنوان جایگزینی برای فولاد، چوب، آلومینیوم و سایر مصالح ساختمانی سنتی استفاده می شود، تقریباً از هر جنبه ای نسبت به این مواد برتری دارند. الیاف FRP نه تنها مقاوم در برابر خوردگی، سبک وزن و غیر رسانا هستند، بلکه بادوام، پایدار، ایمن تر و کاراتر نیز هستند.
سلام و درود، من می‌خواستم برای پروژه دانشگاهیم درباره فناوری پالتروژن تحقیق کنم اگه ممکنه راهنماییم کنید.