فایبرگلاس
فایبر گلاس (به انگلیسی: Fiberglass) کامپوزیتی از الیاف شیشه با مواد پلیمری است که از پشم شیشه به عنوان مادهٔ تقویت کننده و از مواد پلیمری به عنوان مواد زمینه استفاده میشود.
در ساخت مخازن بکار می‌رود. انواع رزین‌ها در ساخت مخازن فایبرگلاس عبارتند از: پلی استر، وینیل استر، اپوکسی میباشد. پلی استرها ضعیف در برابر خوردگی بوده و وِنیل استر مقاومت خوب در برابر خوردگی داشته و اپوکسی مقاوم در برابر خوردگی و دما میباشد. چگالی فایبر گلاس در حدود ۱۸۵۰ – ۲۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.
ورق فایبرگلاس از مخلوط رزین پلی استر، الیاف شیشه، رنگ و مواد دیگری تشکیل شده‌است. تولید ورق فایبرگلاس در ایران از دهه ۶۰ و تقریباً بعد از جنگ ایران و عراق شروع شده است. کاربرد ورق‌های فایبرگلاس در مکان‌هایی است که پوشش همراه با نور نیاز داشته باشند مانند:
موارد مصرف ورق فایبرگلاس:
- نورگیر سالن‌های سوله سقف یا بدنه
- گلخانه‌ها
- پارکینگ
- کابین و کفی عقب اتومبیل
- استخر
- سونا
- مخازن سپتیک
و …
فیبر
برخلاف فیبرهای شیشه‌ای که برای عایق بندی مورد استفاده قرار میگیرند،سطوح فیبرها باید کاملا عاری از نقص باشد، چراکه این اجازه را می‌دهد تا فیبرها به قدرت کششی گیگاپاسکال برسند.اگر قرار باشد قطعه بزرگی از شیشه عاری از هرگونه نقصی باشد به همان اندازه فیبرهای شیشه‌ای قوی خواهد بود، هرچند تولید مواد حجیم در حالت بدون عیب در خارج از شرایط آزمایشگاهی غیر عملی است.[1]
تولید
فرآیند تولید برای الیاف شیشه ای مناسب تقویت کردن،از کوره‌های بزرگ برای ذوب شدن تدریجی شن،سنگ آهک،رس،فلوئوریت،دولمیت و سایر موادمعدنی به فرم مایع استفاده میشود،سپس از طریق لوله‌های فلزی عبور میکنند که مجموعه‌ای از روزنه‌های کوچک هستند (به طور معمول با قطر 5 تا 25 میکرومتر برای E-glass و 9 میکرومتر برای S-glass)، این رشته پس از آن با یک محلول شیمیایی اندازه‌گیری می‌شوند،قطر رشته‌ها و همچنین تعدادشان وزن آنها را تعیین میکنند،این مورد به طور معمول در بازده به ازای هر پوند بیان میشود.سپس این مواد به طور مستقیم در یک کاربرد مرکب از قبیل پالتروژن،رشته های متصل شونده (لوله)، الیاف خرد شده،پارچه‌های بافته و سایر موارد استفاده میشود.
آهار
یک نوع پوشش یا پرایمر که هر دو به محافظت از رشته‌های شیشه‌ای برای پردازش و یا دست‌کاری و همچنین تضمین پیوند مناسب با ماتریس رزین کمک می کند در نتیجه اجازه انتقال بارهای برشی الیاف شیشه‌ای به پلاستیک ترموست را می دهد. بدون این پیوند فیبرها می توانند در ماتریس شکست بخورند و یا شکست موضعی رخ دهد.[2]
ویژگی‌ها
یک فیبر شیشه‌ای منفرد (در راستای محورش) در کشش و فشار قوی است، اگرچه ممکن است فرض شود که فیبر در فشرده‌سازی ضعیف است اما در واقع تنها نسبت ابعاد طولانی الیاف است که به نظر میرسد، از طرف دیگر فیبر شیشه‌ای (فایبر گلاس) در راستای عمود بر محور آن ضعیف است. بنابراین اگر مجموعه‌ای از فیبرها به طور دائم در جهت ترجیح داده شده در یک ماده قرار داده شوند و فیبرها بتوانند از کمانش در فشرده‌سازی جلوگیری کنند آن ماده ترجیحا در آن جهت قوی خواهد شد.[1]
علاوه بر این با قرار دادن چندین لایه از فیبر بر روی یکدیگر ( هر لایه به جهت‌های مختلف) سفتی و ویژگی‌های مقاومت مواد را میتوان به روش کارآمد کنترل کرد. در مورد فایبرگلاس این ماتریس پلاستیک است که به طور دائم فیبرهای شیشه‌ای سازه را به سمت جهت‌های انتخاب شده توسط طراح باز میکند. این جهت‌گیری در اصل یک صفحه دوبعدی با پارچه‌های بافته یا لایه‌های تک بعدی جهت استحکام ، می تواند دقیق‌تر در داخل صفحه کنترل شود. یک جز فایبرگلاس به طور معمول از یک ساختمان "پوسته نازک" است، که گاهی اوقات در داخل کف ، با فوم ساختاری پر میشود. مولفه ممکن است تقریبا شکل دلخواه باشد که تنها با پیچیدگی و تحمل قالب برای تولید پوسته محدود می شود.
| ماده | وزن مخصوص | نیروی کششیMPA(ksi) | نیروی فشاریMPA
(ksi) |
|---|---|---|---|
| پلی رزین[3] | 1.28 | 55(7.98) | 140(20.3) |
| پلی استر و رشته خرد شده 30%
[3]E-glass |
1.4 | 100(14.5) | 150(21.8) |
| الیاف پلی استر و پارچه‌های بافته شده45% [3]E-glass | 1.6 | 250(36.3) | 150(21.8) |
| پلی استر و Satin Weave Cloth
55% [3]E-glass |
1.7 | 300(43.5) | 250(36.3) |
| پلی استر و الیاف 70%شیشه[3] | 1.9 | 800(116) | 350(50.8) |
| کامپوزیت اپوکسی [3]E-glass | 1.99 | 1770(257) | |
| کامپوزیت اپوکسی [3]S-glass | 1.95 | 2358(342) |
کاربردها
فایبرگلاس ماده‌ای بسیار تطبیق پذیر بوده که وزن سبک آن را با استحکام ذاتی ترکیب میکند تا یک روکش مقاوم آب و هوا را با انواع مختلف بافت‌های سطحی فراهم کند.
فایبرگلاس در طول جنگ جهانی دوم به عنوان جایگزینی برای تخته لایه قالبی استفاده شده، اولین کاربرد آن در ساخت قایق‌ها بود و در دهه 1950 سودمندی آن پذیرفته شد. استفاده از آن در بخش‌های خودرو سازی ، ورزشی و همچنین هواپیمایی گسترش یافته است، هرچند استفاده از آن در حال حاضر تا حدودی توسط فیبر کربن که وزن کمتر و هم با حجم و وزن یکسان قوی تر است گرفته شده است. دیگر مصارف فایبرگلاس نیز شامل لوله آبگرم کن‌ها، لوله‌های آب آشامیدنی، فاضلاب‌ها، ظروف نمایش نیروگاه و سیستمهای سقف مسطح میباشد. تکنیک های پیشرفته تولید، کاربرد و استحکام کششی ممکن پلاستیک های تقویت شده با فیبر را گسترش می‌دهند. فایبر گلاس به دلیل نفوذپذیری و تضیف کم سیگنال‌ها در صنعت مخابرات مورد استفاده قرار می‌گیرد و همچنین ممکن است برای پوشاندن ظاهر بصری سایر تجهیزات استفاده شود که در آنها هیچ نفوذ پذیری سیگنالی لازم نیست مانند اتاقک‌های تجهیزات و یا سازه‌های نگهدارنده فولاد (به دلیل سهولت که میتواند شکل بگیرد ساخته شده و به طرحهای سفارشی تبدیل شود تا با ساختارهای موجود و آجرکاری آن ترکیب شود) و سایر استفاده‌ها شامل عایق‌های الکتریکی و سایر اجزای ساختاری رایج در صنایع برق هستند.
مخازن ذخیره‌سازی
مخازن ذخیره‌سازی می‌توانند از فایبرگلاس با ظرفیت حدود 300 تن ساخته شوند. تانک‌های کوچک را می توان با یک حصیر روی یک مخزن داخلی ترموپلاستیک که در طول ساخت وساز به نوعی به عنوان یک قالب عمل میکند، ایجاد کرد. تانک‌های قابل اطمینان با استفاده از حصیر یا رشته بافته شده با جهت‌گیری فیبر در زوایای صحیح به سمت فشار حلقه‌ای که در دیواره کناری آن اعمال میشود ساخته می‌شوند. از آنها برای ذخیره سازی مواد شیمیایی استفاده میشود زیرا آستر پلاستیکی (اغلب پلی پروپیلن) در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی قوی مقاوم است. همچنین مخازن فایبرگلاسی برای تانک‌های آلوده نیز استفاده میشود.
ساخت خانه
پلاستیک تسلیح شده نیز در بازار ساخت خانه در کفی سقف، درب احاطه شده، تاج پوشش بالای درب، سیستم دودکش، پنجره‌ها و.... استفاده میشود، استفاده از فایبرگلاس برای این کاربردها نصب سریع و حمل آسان را دارد. با ظهور فرآیند تولید حجم بالا امکان ساخت صفحات آجری فایبرگلاس وجود دارد که میتواند در ساخت خانه‌های مرکب مورد استفاده قرار گیرد. این صفحات با عایق بندی مناسب ساخته می‌شوند که جلوی اتلاف گرما را میگیرند.
لوله کشی
از سیستمهای GRP و GRE لوله کشی میتوان برای کاربردهای گوناگون هم در سطح و زیر زمین استفاده کرد.
- سیستم لوله کشی آبی اطفا حریق
- سیستم لوله کشی خنک کننده آبی
- سیستم لوله کشی آب آشامیدنی
- سیستم لوله کشی فاضلاب
- سیستم لوله کشی گاز
روش‌های ساخت
عملیات لایه گذاری دستی فایبرگلاس
در صورت کار با اپوکسی ، رزین با کاتالیزور یا سخت‌کننده‌ای مخلوط میشود ، در غیر این صورت با گذشت مدت زمان زیادی (هفته‌ها) سفت نمی‌شود، سپس قالب با مخلوط خیس میشود و ورق‌های فایبرگلاس روی قالب قرار میگیرند و با استفاده از غلتک‌های فولادی به داخل قالب نورد می‌شوند، مواد باید با دقت و به طور ایمن به قالب متصل شود و هوا نباید بین قالب و فایبرگلاس محبوس شود ( رزین اضافی و ورقه‌های اضافی فایبر گلاس استفاده می‌شوند). برای اطمینان از اینکه رزین بین تمام لایه‌ها قرار دارد از غلتک استفاده میشود، شیشه در کل ضخامت ورقه ورقه مرطوب شده و حفره‌های هوا برداشته میشود، این کار باید به اندازه کافی سریع انجام شود (قبل از اینکه رزین شروع به پخت کند).[4] ، با تغییر مقدار کاتالیزور بکار رفته میتوان زمان‌های مختلف پخت را بدست آورد همچنین نسبت صحیح کاتالیزور به رزین برای اطمینان از زمان صحیح پخت اهمیت دارد:
نسبت 1% کاتالیزور کند پخت میشود ،نسبت 2% توصیه شده ، نسبت 3% پخت سریع دارد و نسبت بیش از 4% ممکن است منجر به عدم پخت رزین شود. برای پایان دادن به فرآیند ، وزنی از بالا اعمال میشود تا رزین اضافی و هوای محبوس را فشار دهد و خارج کند. از ابزاری (مانند سکه) برای حفظ ضخامت استفاده میشود که در غیر این صورت وزن میتواند بیش از حد فشرده شود.
عملیات نصب پاششی فایبرگلاس
فرآیند پاشش (اسپری) مشابه فرآیند لایه گذاری دستی است اما تفاوت آن کاربرد الیاف و مواد رزین روی قالب است ، پاشش ، یک فرآیند ساخت کامپوزیت با قالب باز است که در آن رزین و تقویت کننده‌ها روی قالب پاشیده می‌شوند. رزین و شیشه ممکن است به صورت جداگانه یا به طور همزمان خرد شده در یک جریان ترکیبی از تفنگ خرد کن استفاده شود[5]. کارگران اسپری را برای فشرده سازی ورقه پهن میکنند. سپس ممکن است چوب ، کف و یا سایر مواد هسته اضافه شود و یک لایه پاششی ثانویه ، هسته را بین ورقه‌ها غوطه‌ور میکند ، سپس قطعه پخت شده ، خنک شده و از قالب خارج میشود.
عملیات پالتروژن
پالتروژن یک روش ساختی است برای ساخت مواد کامپوزیتی سبک (در این مورد فایبرگلاس). الیاف (مواد شیشه‌ای) از طریق دستگاهی که آنها را با رزین پوشانده از قرقره‌ها خارج می‌شوند ، سپس آنها تحت عملیات حرارتی قرار میگیرند و از طول بریده می‌شوند. پالتروژن‌ها میتوان به اشکال مختلف یا مقطع مانند W یا S ساخت . کلمه پالتروژن روش حرکت الیاف از طریق ماشین آلات را توصیف میکند که با روش دست به دست یا کشیدن مداوم غلتک انجام میشود. این با اکستروژن مخالف است که باعث میشود مواد از طریق قالب‌ها خارج شوند.
حصیر رشته‌ای خرد شده
حصیر رشته‌ای خرد شده نوعی تقویت کننده است که در فایبرگلاس استفاده میشود ، این شامل الیاف شیشه‌ای است که به طور تصادفی کنار یکدیگر قرار میگیرند و توسط چسب نگه داشته می‌شوند.
این فرآیند معمولا با استفاده از روش لایه گذاری دستی پردازش میشود، جایی که ورق‌های مواد در قالب قرار میگیرند و با رزین مسواک می‌شوند از آنجا که چسب در رزین حل میشود مواد در هنگام حل شدن به راحتی با اشکال مختلف سازگار می‌شوند ، پس از پخت رزین میتوان محصول سخت شده را از قالب گرفت.
استفاده از حصیر رشته‌ای خرد شده یک فایبرگلاس با خواص مواد ایزوتروپیک درون صفحه‌ای ایجاد میشود.
مشکلات تولید و فرآوری
زمانی که رزین پخته میشود بخار استایرن آزاد میشود این بخارات برای غشای مخاطی و دستگاه تنفسی تحریک کننده هستند. بنابراین مصوبه مواد خطرناک در آلمان حداکثر میزان مواد خطرناک شغلی 86 میلی‌گرم در مترمکعب تعیین کرده. همچنین در غلظت‌های خاص ممکن است مخلوط بالقوه انفجاری ایجاد شود و استفاده از اجزای GRP (آسیاب کردن ، برش ، اره کردن) همراه با انتشار گرد و غبارهای ریز و تراشه‌های حاوی رشته‌های شیشه‌ای و گرد و غبار چسبناک است ، همه این ها بر سلامت افراد و عملکرد ماشین آلات و تجهیزات تاثیر گذار است . برای اطمینان رعایت مقررات ایمنی و پایداری کاری نصب تجهیزات استخراج و فیلتراسیون موثر مورد نیاز است.[6]
جستارهای وابسته
منابع
- Gordon, J E (1991). The New Science of Strong Materials: Or Why You Don't Fall Through the Floor. Penguin Books Limited. ISBN 978-0-14-192770-1.
- Reese Gibson (2017-04-26). "The Fundamentals: Repairing Fiberglass And Ensuring Bonding". Retrieved 28 April 2017.
- «Guide to Glass Reinforced Plastic (fibreglass) - East Coast Fibreglass Supplies». www.ecfibreglasssupplies.co.uk. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۱۱-۲۲.
- Forbes Aird (1996). Fiberglass & Composite Materials: An Enthusiast's Guide to High-Performance Non-Metallic Materials for Automotive Racing and Marine Use. Penguin. pp. 86–. ISBN 978-1-55788-239-4.
- «What Is GRP? | Glass Reinforced Plastic 101». Evergrip (به انگلیسی). دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۱۱-۲۲.
- Türschmann, V.; Jakschik, C.; Rother, H.-J. «GRP Technique & Service» (PDF).