پالتروژن

پالتروژن یک فرایند صنعتی است که برای تولید قطعات پیوسته با سطح مقطع ثابت به کار می‌رود. این فرایند کم هزینه و با حجم تولید بالا است. این فرایند شبیه به فرایند اکستروژن فلزات است با این تفاوت که به جای فشار دادن مواد در قالب، که در اکستروژن اتفاق می‌افتد، مواد از قالب به بیرون کشیده می‌شوند به‌طوری‌که نام این فرایند به انگلیسی یعنیpultrusion نیز ترکیبی از دو واژه  pull (به معنی کشیدن) و extrusion(اکستروژن) است.

پالتروژن یکی از روش‌هایی است که برای ساخت کامپوزیت‌هایی با خواص مکانیکی بالا که قابل رقابت با مواد سنتی و مهندسی اند، طراحی شده‌است. قطعات تولید شده با این روش دارای کسرحجمی بالای الیاف اند؛ که این الیاف بیشتر در جهت طولی قطعه قرار می‌گیرند. گرچه با بافت درست از الیاف می‌توان در جهت عرضی هم الیاف داشت اما عمدتاً خواص اصلی در جهت طولی است. محصولات حاصل از این فرایند دارای استحکام بالا، وزن پایین و عمر طولانی به ویژه در محیط‌های اسیدی هستند.

از پالتروژن برای ساخت هرقطعه پیوسته‌ای می‌توان استفاده کرد به شرط آنکه مقطع ثابت داشته باشد و در راستای عمود بر کشش، شیار یا سوراخ نداشته باشد، مانند قوطی، نبشی، لوله، میله و اشکال مشابه.

مواد

به‌طور کلی اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت‌های تولید شده از روش پالتروژن دارای ۲ جزاصلی‌اند. ۱-الیاف ۲-ماتریس یا زمینه

طراحی قطعات و فرایند ساخت وابسته به نوع مواد الیاف، رزین و نسبت ترکیب این دو است. پس آشنایی با خواص مواد، در طراحی بسیار ضروری و تعیین‌کننده است.

الیاف

پالتروژن برای ساخت قطعاتی با الیاف تک جهته ساخته می‌شود. البته الیاف می‌توانند به صورت پارچه‌ای یا حصیری به منظور ایجاد استحکام در ۲ یا چند جهت نیز استفاده شوند. الیاف در کامپوزیت‌ها تحمل کلی نیروها و انتقال آن‌ها را برعهده دارند همین‌طور خواصی همچون استحکام کششی، ضربه، سفتی و مانند آن به‌طور عمده وابسته به الیاف می‌باشند. انواع الیاف مورد استفاده در این فرایند عبارت اند از الیاف کربن، الیاف آرامید، الیاف شیشه و به تازگی الیاف بازالت، که هرکدام ویژگی‌های مربوط به خودش را دارد.

زمینه یا ماتریس

انواع رزین هارا می‌توان به عنوان ماتریس استفاده کرد. به‌طور کلی ماتریس وظیفه چسباندن الیاف به هم و جلوگیری از لغزش آنهارادارد. همین‌طور بسیاری از ویژگی‌های محصول مانند مقاومت به خوردگی به ویژه در محیط‌های اسیدی و بازی، خواص الکتریکی و حرارتی، اشتعال‌پذیری و مقاومت به دما وابسته به نوع و خواص رزین مورد استفاده می‌باشد. رزین‌های مورد استفاده در پالتروژن در ۲ نوع ترموست و ترموپلاست موجوداند. رزین‌های ترموست از قبیل وینیل استر، پلی استر و اپوکسی، اگر تحت حرارت قرار بگیرند، تغییر شکل نمی دهندو به خاطر ویسکوزیته ابتدایی پایینی که دارند، فرایند کشش را راحتتر می‌کنند. در مقابل آن‌ها رزین‌های ترموپلاستک از قبیل نایلون، پلی پروپلین و پلی کربنات اند که در اثر حرارت نرم شده و تغییر شکل می‌دهند و نسبت به رزین‌های ترموست ویسکوزیته بالاتری دارند و سخت ترند.

علاوه بر اجزای اصلی یعنی الیاف و ماتریس، برای بهبود خواص و فرایند، افزودنی‌های دیگر هم استفاده می‌شوند. مانند فیلرها که برای پرشدن کامل قالب استفاده می‌شوند و جداکننده‌ها که باعث می‌شوند قطعه به راحتی از قالب جداشود.

قفسه الیاف

قفسه الیاف اولین بخش خط فرایند می‌باشند و باید به گونه‌ای باشد تا فرایند را به‌طور پیوسته و هماهنگ با سرعت فرایند، تغذیه کند. همچنین در این مسیر الیاف نباید گره یا پیچ بخورند و برای حل این مشکل از صفحات راهنمای فلزی، سرامیکی و تفلون استفاده می‌شود.

حمام رزین و آغشته‌سازی

آغشته‌سازی از اصول بسیار مهم در این فرایند است چراکه خواص محصول نهایی به این مرحله بسیار وابسته‌اند. در این مرحله الیاف وارد حمام رزین می‌شوند تا به‌طور کامل به رزین‌ها آغشته شوند. طراحی و طول حمام باید به گونه‌ای باشد که الیاف کامل آغشته شوند. عوامل دیگری نیز دز آغشته‌سازی دخیل اند، مثلاً از آن جایی که الیاف در رزین ضعیف می‌شوند باید فرایند به گونه‌ای باشد که الیاف از هم جدا نشوند. همچنین آغشته‌سازی می‌تواند به صورت تزرق در قالب صورت بگیرد که آن نیز پیچیدگی‌های خودش را دارد.
همان‌طور که در قبل نیز گفته شد رزین‌ها به صورت ترموست و ترمو پلاستیک هستند. چون ویسکوزیته رزین‌های ترموپلاستیک بسار بالا است ممکن است به صورت آغشته‌سازی به پودر رزین صورت گیرد یارزین به صورت صفحه‌ای اطراف الیاف رابگیرد و بعد حرارت داده شوند.

شکل دهی اولیه

در بعضی از مواقع برای گرفتن رزین اضافی یا زمانی که مقطع پیچیده است، قبل از ورود به قالب صفحاتی قرار می‌دهند که الیاف را راهنمایی می‌کنند و به آن‌ها شکل‌دهی اولیه یا former می‌گویند. این صفحات باید به گونه‌ای باشند که به الیاف آسیب نرسانند. جنس این صفحات معمولاً از تفلون، پلی اتیلن یا آلیاژهای مناسب فولادی می‌باشد.

قالب

فشار و حرارت لازم برای شکل‌گیری و پخت قطعه در قالب تأمین می‌شود؛ بنابراین قالب نقش اساسی را بر عهده دارد و طراحی دما ی قالب و سرعت فرایند باید به گونه‌ای باشد که زمانی که قطعه در قالب است به‌طور کامل پخته شود. اگرقطعه به‌طور کامل پخته نشود خواص مکانیکی و فیزیکی آن نزول پیدا می‌کند. همچنین اگرحرارت بیش از اندازه در قالب بماند باعث ایجاد ترک می‌شود که خواص الکتریکی و شیمیایی و مکانیکی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

سیستم کشنده

سیستم کشش، تایین‌کننده سرعت فرایند است باید در فاصله مناسبی نسبت به قالب قرار بگیرد تا قطعه فرصت سرد شدن داشته باشد و در اثر فشار سیستم کشش، تغییر شکل ندهد. این سیستم در ۳ نوع کشش تسمه نقاله، کشش رفت وبرگشتی پیوسته و کشش رفت و برگشتی متناوب موجود است.

محصول نهایی و برش

در این بخش قطعه ما کامل شده و به فرایند دیگری نیاز ندارد و با قرار دادن دستگاه برش یا یک تیغه اتوماتیک می‌توان قطعه‌هایی با طول‌های برابر و دلخواه ایجاد کرد.

پالتروژن در ایران

در کشور ما با توجه به خورندگی خاک‌ها و شرایط بد اقلیمی بسیاری ازمناطق کشور، استفاده از محصولات پالیمری مقرون به صرفه است. به ویژه که محصولات حاصل از پالتروژن در عین استحکام خواص مورد نیاز ما از جمله، مقاومت به خورندگی، خواص الکتریکی و حرارتی و غیره را نیز تأمین می‌کند. در نتیجه با توجه به نیاز به این محصولات در حوزه‌های مختلف، در پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران پروژة ساخت و راه اندازی دستگاه پالتروژن در سال ۷۶ تعریف و در سال ۷۸ به پایان رسید.
ش