از زمانی که قیمت فلز افزایش یافته مهندسان و کاربران، از پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (FRP) در محیطهای خوردگی بیشتر استفاده نمودند، چراکه هزینه FRP نسبت به فلز کمتر میباشد و دارای عملکرد عالی است و همچنین نسبت به قیمت، کیفیت بهتری دارد.

مقالات اخیر در ایالات متحده آمریکا بیشتر بر سوختن زغال سنگ متمرکز شده که از اجزاء فولاد در بخشهای Flue GasDesulphurizationیا FGD نیروگاه های برق استفاده میگردد. FGD آلاینده ها را برطرف مینمایند اما مقرون به صرفه نمیباشد به همین دلیل صاحبان نیروگاهها مجبور هستند در زمان کوتاه میلیون ها دلار برای بهبود خوردگی فولاد پرداخت نمایند. در صورتی که آن دسته از صاحبان نیروگاهها که از FRP استفاده نمودند نتایج بهتری را تجربه کردند. به همین دلیل استفاده از کاربردهای FRP در محیطهای خوردگی منجمله در نیرگاههای برق، معادن، فرایندهای شیمیایی و دیگر موارد مشابه، افزایش یافت.

استفاده از انوع مناسب الیاف شیشه

انتخاب صحیح نوع تقویت کننده الیاف شیشه نقش برجسته ایی در چگونگی عملکرد FRP در محیطهای خوردگی ایفا میکند. قطعاً انتخاب مواد مناسب FRP با ویژگی هایی که در عملکرد خوردگی دارتد این اطمینان را میدهند که میتوانند پاسخگوی نیازهای محیطهای خوردگی باشند. در جدول شماره 1 تعدادی از انواع تقویت کننده الیاف شیشه که امروزه در بازار موجود میباشند نشان داده شده است. با انتخاب صحیح نوع الیاف شیشه میتوان طول عمر عملکرد FRP را بهبود و همچنین خطر شکست و عدم موفقیت را کاهش داد.

 

محیطهای خوردگی

همانطور که اشاره شد تقویت کننده های الیاف شیشه در عملکرد FRP که با محیطهای خوردگی روبرو هستند نقش مهمی ایفا مینماید. تقویت کننده ها ویژگی های مکانیکی (استحکام و سفتی) ایجاد میکنند که این ویژگی ها مورد نیاز قطعه FRP  است و عملکرد خوردگی را بهینه سازی مینماید. اگر از نوع نامناسب الیاف شیشه استفاده شود، مواد شیمیایی خورنده با الیاف تماس برقرار کرده و سبب تنزل ویژگیهای الیاف و رزین و در نهایت باعث کاهش ویژگی های ساختاری قطعه میگردند.

 

تصاویر میکروسکوپی الکترون اسکن شده فوق نشان میدهد که در صنعت کامپوزیت انواع الیاف شیشه بعد از 3 ماه که در معرض اسید سولفوریک قرار میگیرند چگونه واکنش نشان میدهند. در محیط خوردگی مواد گازی یا مواد شیمایی مایع میتوانند با الیاف شیشه ارتباط برقرار کنند و با عواملی چون: پخت ضعیف، انتشار، خاصیت نفوذ پذیری، شکنندگی، ترک های ریز، ضربه، افت حرارت و غیره روبرو شوند که باعث نارسایی زودرس بخش ساختاری قطعه FRP میشوند.

 

ترجمه و تالیف: م. تقی زاده- انجمن کامپوزیت ایران
منبع: نشریه JEC Composite

برچسب‌ها: تاثير الياف شيشه در كامپوزيت ها, كامپوزيت, الياف شيشه

اطلاعات بدست آمده در باره تهيه شيشه در شکل الياف از مصر باستان نشان ميدهد که سازندگان شيشه نخهای شيشه ای را در رنگهای بسيار درخشان و به صورت موجی شکل تهيه کرده ، در بالا و پايين وسايل شيشه ای سرد شده نصب می نمودند.

اولين فعالیت صنعتی در طی سالهای 1870 ميلادی با استفاده از جت بخار و ضايعات سرباره کوره ها برای ساخت پشم معدنی اختراع گرديد که بصورت عايق ميتوانست مورد استفاده قرار گيرد .

از جمله مهمترين کشورهای بنيانگذار روش فوق ، آلمانيها در سال 1840 و ايرلنديها در سال 1870 ميلادی بودند .فعاليتهای انجام شده در سال 1897 به توليد موفقيت آميز پشم سنگ با استفاده از بخار منجر گرديده و در سال 1929 چند شرکت آمريکايی عايق پشم شيشه را از سنگ يا سرباره توليد نمودند.

تکنولوژی الياف شيشه مدرن ، در فاصله زمانی بين سالهای 1935 و 1940 بوجود آمد . فرآيند توليد فعلی الياف شيشه در مقايسه با فرآيندهای ابتدائی ، پيشرفتهای چشمگيری داشته است .

در حال حاضر اين فرآيند ، از طريق ذوب مواد اوليه درکوره های مقاومتی با دمای بالا و از طريق تزريق رزينها جهت بالا بردن استحکام و انعطاف پذيری الياف به شکلهای مختلف پيوسته و غير پيوسته انجام می پذيرد ، هر چند بدليل کاربردهای روزافزون و نياز به جايگزينی مواد کامپوزيتی با مواد فلزی توسعه تکنولوژی توليد آن هر روز نمای تازه ای بخود ميگيرد .

 

 

تعريف علمی

بر خلاف ساير مواد پلیمری که از ساختمانی زنجیره ای برخوردارند، شیشه از ساختمان شبکه ای برخوردار میباشد . با وجود این، مقاومت الیاف شیشه ای بسیار زیاد، حدود دو برابر مقاومت و استحکام دیگر الیاف غیر فلزی است . در صورتی که بخواهیم " شیشه " را تعریف کنیم باید گفت : جسم حاصل از ذوب مواد معدنی که به حالت سخت خنک گردیده است بدون آنکه کریستال شده باشد . تجزیه شیشه های ساخته شده و بدست آمده از زمان مصر باستان نشاندهنده آن است که از ترکیب تقریبی ذیل برخوردار میباشند :

سیلیس 50-68 درصد . آهک 10-5/1 درصد . کربنات سدیم 29-9 درصد . کربنات پتاسیم 7-1 درصد .

ترکیب فوق نیز تقریباً در حال حاضر در مراکز شیشه و الیاف شیشه مورد استفاده قرار میگیرد .

 

الیاف شیشه ، الیاف ظریف خمش پذیری هستند که از شیشه ساخته میشوند ، شیشه مذاب بصورت رشته های نخی شکل رشته رشته می شود .

ترکیب مواد لازم برای تهیه " الیاف شیشه ای " به قرار زیر است :

 

 

جهت ساخت الیاف شیشه ضروریست تا تمامی مواد ذکر شده، در اندازه معین، پس از مخلوط شدن ذوب گردد . سپس مواد مذاب با فشار زیاد از داخل روزنه هایی به قطر 1/0 میلی متر خارج شده ، پس از آغشته شدن به مواد روان کتتده بر روی قرقره های در حال گردش پیچیده می شوند . قطر الیاف در صورت نیاز می تواند پس از عبور از داخل تونلهای داغ که باعث کشش بیشتر آنها میشود کاهش می یابد .

 

کاربرد الیاف شیشه بعنوان یک ماده مؤثر مهندسی مبتنی بر 3 خصوصیت مهم است :

 

الف – قطر کوچک نسبت به اندازه دانه های آنها یا واحد ساختاری ریز . این امر باعث می شود که بخش بیشتری از استحکام نسبت به حالتی که به شکل توده ای است ، بدست آید . این نتیجه مستقیم " اثر اندازه " است ، بدین معنا که اندازه کوچکتر موجب نقص کمتر در ماده خواهد شد .

ب – نسبت طول به قطر زیاد . که این امر سبب می شود که بخش عمده اعمال شده از طریق شبکه به الیاف قوی و سخت منتقل گردد.

ج – درجه انعطاف پذیری کاربرد بسیار بالا که مشخصه مدول بالای ماده و قطر کوچک آن است . این انعطاف پذیری کاربرد روشهای مختلف برای ساخت مواد کامپوزیت باالیاف شیشه را امکان پذیر می سازد .

 

 

انواع الیاف شیشه :

 

الیاف شیشه از انواع مختلفی از شیشه تولید میگردد که با توجه به خواص فیزیکی متفاوت دارای کاربردهای مختلفی میباشد ذیلاً خواص انواع شیشه آمده است .

 

 

نوع الیاف	استحکام کششی	چگالی G/M**3	مدول الاستیسیته GPA	تغییرات طول	ضریب هدایت گرمایی W/MK	ضریب انبساط حرارتی	ثابت دی الکتریک
C	3.3 GPA	2.56	71	3.5	1	7.2 X10**6K	6.8 - 602
A	2.4 GPA	2.46	71	3.5	1	7.2 X10**3K	6.7 – 6.1
S	3.5 N/MM**2	2.53	86	4.1	1	4 X10**6K	6.1 – 6
E	3.44 GPA	2.6	72.3	3.3	1	5 X10**6K	6.74 – 6.1

 

 

 

 

 

خصوصیات الیاف شیشه :

 

الف – مقاومت شیمیایی - الیاف شیشه در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مانند اسیدها مقاوم بوده و از بین نمیرود ، همچنین قارچها ، باکتریها، و جانوران موذی نمیتوانند بر آن تأثیر بگذارند .

 

ب – مقاومت در برابر رطوبت – الیاف شیشه رطوبت را جذب نمیکند ، بنابراین نه متورم میشود و نه کش می آید و نه مختط می شوند . این الیاف در محیط های مرطوب نیروی مکانیکی خود را حفظ می کنند .

 

ج – خواص الکتریکی - از آنجائیکه الیاف شیشه عایق هستند برای استفاده در اجزاء الکتریکی ایده آل میباشند و در جاهائیکه دی الکتریکهای قوی و ثابتهای دی الکتریک پایین لازم است ، قابل استفاده می باشد.

 

د – خواص فیزیکی – در بعضی موارد کاربردی معمولاً ترکیبی از خواص فیزیکی باید مورد استفاده قرارگیرد . برای مثال کامپوزیتهای هوافضایی در جایی استفاده می شوند که استحکام بالا مورد نظر است ، از سوی دیگر در مدارهای چاپی و بردها با ترکیبی از خواص الکتریکی و پایداری بالای الیاف شیشه مورد نیاز است .

الیاف شیشه استحکام کششی بالاتری نسبت به دیگر الیاف نساجی دارند و الاستیسیته کاملی نیز دارند یعنی ازدیاد طول آنها متناسب با نیروی اعمال شده می باشد و با برداشتن نیرو به حالی اولیه خود بازمیگردند .

یکی دیگر از مزیتهای الیاف شیشه مقاومت حرارتی خوب آنهااست . بدلیل طبیعت غیر آلی خود قابل احتراق نبوده و انبساط حرارتی پایین و هدایت حرارتی بالایی دارند .

 

 

محصولات ساخته شده از الیاف شیشه

 

از الیاف شیشه محصولات متعددی تولید میشود که هر کدام از این محصولات در صنایع مختلف و کاربردهای گوناگون مورد استفاده قرار میگیرد .

 

1 – مت (MAT) پارچه ای از الیاف بافته شده

 

یکی از منسوجات بافته از الیاف شیشه می باشد که خود به گروههای مختلفی تقسیم شده و هر کدام کاربرد مخصوصی دارند مانند مت های تولید شده از الیاف ریز ( مورد استفاده در بدنه قایقها و کشتیها و بدنه وسایل نقلیه و مخازن ) ، مت های تولید شده از رشته های پیوسته ( برای قالبگیری فشاری ) ، تیشوی یکنواخت ، مت روکش دار .

 

2 – تیشو (ROOFING MAT)

 

این محصول که در اروپا تیشو نامیده میشود از رشته های ریز ریز شده الیاف شیشه و رزینی بنام اوره فرم آلید و رزینهای دیگر تهیه می شود . تیشو را بهمراه تیر برای ایجاد یک پوشش مناسب برای پشت بام منازل یا به همراه P.V.C برای تولید FLOORING FOAMED جهت کف ساختمانها مورد استفاده قرار میگیرد .

 

3 – روینگ (ROVING)

 

روینگها از قرار گرفتن رشته های الیاف شیشه به صورت موازی و کنار هم و بدون تاب ساخته میشوند . روینگ را با توجه به مصارف نهایی آنها تغییر میدهند . از عوامل قابل تغییر در رشته الیاف شیشه می توان ظرافت رشته ها ، تعداد رشته ها، ابعاد و وزن بسته ها را نام برد .

مصارف روینگ :

الف – در قالبگیری باز

ب – قابل بافته شدن و تولید پارچه

ج – برای تولید مواد کامپوزیتی که شکل محدب دارند مانند سیلندرها، قطعات مخروطی

د – تولید لوله

ه – بصورت قطعه قطعه درامده و در قالبگیری فشاری استفاده شود.

و - ........

 

4 – مت های ترکیبی (COMBINATION MATS)

کاربرد در انواع ساختمان کشتی و کرجی .

 

5 – نخهای شیشه ای (YARN)

 

این نخها بصورت دوکهایی بسته بندی شده ، برای تولید :

الف – طناب و ریسمان سنگین جهت آب بندی صنعتی و موتور اتومبیل .

ب – لاستیک وسایل نقلیه

ج - پارجه های کامپوزیت با کیفیت بالا برای بدنه هواپیما – پارچه های ضد آتش و .....

 

6 – رشته های ریز شده (CHOPPED STRANDS)

موارد کاربرد :

الف – برای تقویت مواد پلاستیکی ترموپلاست

ب – در تهیه خمیر قالبگیری

ج – بجای الیاف آسیاب شده

 

7 – الیاف آسیاب شده (MILLED FINER)

موارد کاربرد :

الف – برای مصارف الکتریکی

ب – در قالبگیری فشاری جهت تقویت .

برچسب‌ها: الياف شيشه

الیاف شیشه یكی از محصولاتی است كه در صنایع مختلف كاربردهای بسیاری پیدا نموده است. این ماده ریشه معدنی دارد (سیلیس و سایر مواد معدنی) و در صنایع خودروسازی، لوله سازی، تولید عایق های صنعتی و ساختمانی و تولید كامپوزیت ها (اختلاط مواد پلیمری و الیاف شیشه) ار كاربرد وسیعی برخوردار است. نیاز سالانه كشور به این محصول در سال 1389 بیش از پنجاه هزار تن برآورد می
الیاف شیشه با استحكام بالا

برای اولین بار در سال 1935 میلادی از الیاف شیشه در شهر نوارك ایالت اوهایو در تقویت مواد كامپوزیتی استفاده شد به طوری كه تولید الیاف شیشه در سال 2000 به 6/2 میلیون در سال رسید. در سال 1942 از كامپوزیت های تقویت شده با الیاف شیشه برای اولین بار در سازه های هوافضای استفاده گردید. در اوایل دهه 1960 الیاف شیشه با مقاومت بالا، S- Glass، باعث به وجود آمدن همكاری میان نیروی هوایی ایالات متحده و شركت اونزكورنینگ گردید. در سال 1968 الیاف نوظهور S-2 Glass كاربردهای تجاری بالایی پیدا كرد. الیاف شیشه با استحكام بالا الیافی هستند كه مقاومت در برابر دماهای بالا، پایداری، شفافیت و حالت ارتجاعی را یكجا دارا می باشند و در عین حال از نظر قیمت، وزن و عملكرد قابل توجیه هستند. الیاف شیشه با استحكام بالا از خواص فیزیكی، مكانیكی، الكتریكی، حرارتی، صوتی، اپتیكی، و تشعشی خوبی برخوردار می باشند.

1- معرفی

مصریان باستان با استفاده از گرما، به وسیله الیاف خشنی از شیشه نرم شده ظروف شیشه ایی
می ساختند. در قرن 18 میلادی ریمور، دانشمند فرانسوی ملاحضه كرد الیاف شیشه نرم برای تبدیل شدن به پارچه شیشه ای تابیده شده قابلیت شكل پذیری دارد. در دهه 1930 شركت اونزكورنینگ برای اولین بار در كاربردهای الكتریكی در دمای بالا به مقدار قابل ملاحضه ای از الیاف شیشه استفاده كرد. مواد خام اولیه از جمله سیلیكات، سودا، خاك رس، سنگ آهك، اسیدبوریك، فلور اسپار یا اكسیدهای فلزی مختلف تركیب شده شیشه را تشكیل می دهند. شیشه در كوره ذوب می شود و در یك مسیر افقی به سمت تقسیم كننده جریان می یابد.

شیشه مذاب به سمت بوشینگ هایی از آلیاژ پلاتینیوم/ رادیوم جاری شده سپس از داخل بوشینگ های مجزا و اریفیس ها با قطر 03/2- 76% میلیمتر میگذرد سپس برای جلوگیری از تشكیل كریستال به سرعت به وسیله هوا خنك شده و الیاف با قطر مطلوب 3 تا 35 میكرومتر به دست می آید. الیاف شیشه كه برای مصارف و كاربردهای مختلف با آهار مناسب آهارزنی شده است به وسیله یك قرقره مكانیكی حداكثر با سرعت m/s61 جمع می گردد. الیاف شیشه با استحكام بالا مانند S-2 Glass تركیبی از آلومینوسیلیكات می باشند كه در دمای بالا به صورت رشته های با قطر مطلوب 5 تا 24 میكرون در می آیند. انواع مختلف دیگر از شیشه های سیلیكاتی برای تولید پارچه شیشه تولید می شوند. تركیبات شیمیایی گوناگون كه در زیر توضیح داده شده اند برای به دست آوردن ویژگی ها و خواص و كاربردهای مختلف، بر اساس استاندارد ASTM C 162 ساخته شده اند.

A-Glass شیشه های سودا- آهك- سیلیكات در جایی كاربرد دارند كه مقاومت، ماندگاری و مقاومت الكتریكی خوب E-Glass موردنیاز نمی باشند.

C-Glass شیشه های كلسیم- بروسیلیكات به علت پایداری شیمیایی در محیط های خورنده اسیدی استفاده می گردند.

D-Glass شیشه های بوروسیلیكات با ثابت دی الكتریك پایین جهت كاربردهای الكتریكی استفاده میگردند.

E-Glass شیشه های آلومینا- كلسیم- بروسیلیكات باحداكثر درصد وزنی قلیایی 2%، برای مصارف عمومی مقاومت و مقاومت الكتریكی بالا مورد نیاز می باشد.

ECR Glass شیشه های كلسیم آلومینا سیلیكات با حداكثر درصد وزنی قلیایی 2%، برای مقاومت الكتریكی و مقاومت در برابر خوردگی در محیط های اسیدی مطلوب می باشد.

AR-Glass شیشه های قلیایی پایدار كه از زیر كنیوم سیلیكات ساخته شده و در لایه های سیمانی در بتن كاربرد دارد.

R-Glass شیشه های كلسیم- آلومینو سیلیكات كه برای تقویت و افزایش مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی اسید كاربرد دارند.

S-2 Glass شیشه های منیزیوم- آلومینو سیلیكات كه در لایه های پارچه ای یا در تقویت سازه های كامپوزیتی كاربرد دارند كه نیاز به استحكام بالا و پایداری در دماهای خیلی بالا و مقاومت در برابر اسید حس می شود.

2- تركیبات شیمیایی الیاف شیشه

تفاوت تركیبات شیمیایی در انواع شیشه ناشی از تفاوت در مواد خام اولیه یا در فرایند فرم دهی یا در قیود محیطی در سایت تولید می باشد. این نوسانات شیمیایی تغییر قابل توجهی در خواص شیمیایی و فیزیكی انواع شیشه ایجاد نمیكند. كنترل سخت گیرانه باعث دستیابی به تركیبات ثابت در تولید شیشه می گردد.

3- خواص الیاف شیشه

خواص الیاف شیشه از جمله مقاومت كششی، مدول یانگ و ماندگاری شیمیایی مستقیماً از روی الیاف اندازه گیری می شود. خواص دیگر مانند ثابت دی الكتریك ضریب اتلاف مقاومت دی الكتریك، مقاومت حجم/ سطح و انبساط حرارتی از توده های انباشته نمونه آنیل شده به دست می آید. خواصی از جمله چگالی و ضریب شكست در هر دو حالت اندازه گیری می گردد. الیاف شیشه (glass fiber) تارهای بسیار باریك از جنس شیشه با قطر ثابت و طول نامحدود می باشد. الیاف شیشه با قطری از 5 تا 25 میكرون تولید می گردد. از نظر ساختاری تفاوت الیاف شیشه با پشم شیشه (glass wool) در این است كه قطر تارها در پشم شیشه غیر یكنواخت و طول آن محدود است. همچنین در پروسه تولید پشم شیشه به خاطر تفاوت در نوع سرد شدن، ساختمان شیشه شكننده است و پشم شیشه را با هم متفاوت می سازد به طوریكه از الیاف شیشه در بالا بردن مقاومت كششی و تقویت كامپوزیتها استفاده میگردد ولی پشم شیشه را به عنوان عایق حرارتی مورد استفاده قرار می دهند. البته استفاده ازالیاف شیشه به عنوان عایق حرارتی نیز رواج دارد. از الیاف شیشه دربسیاری از محصولات پلاستیكی به عنوان عامل تقویت كننده استفاده می شود. مواد كامپوزیتی كه تحت عنوان (Glass- Reinforced Plastics) GRP شناخته می شوند، ازموارد مصرفی معروف الیاف شیشه می باشد. الیاف شیشه ای كه امروزه می شناسیم، در سال 1938 توسط شركت اونزكورنینگ به شكل انبوه تولید شد.

برچسب‌ها: الياف شيشه