تحقیق مقاله فرآوری کامپوزیت ها

فرآیند تولید کامپوزیت ها، علم تغییر شکل به شکل دیگر است. چون در کامپوزیتها دو یا چند ماده مختلف وارد می شود، لذا روشهای تولید کامپوزیتها با فرآیند تولید فلزات بسیار متفاوت است. روشهای گوناگونی برای تولید انواع مختلفی از مواد مسلح کننده و رزین ها وجود دارد. کار مهندس تولید،‌ انتخاب صحیح فرآیند تولید و تعیین شرایط تولید با توجه به قابلیت کار آیی مناسب، سرعت تولید و قیمت تجهیزات مورد استفاده است. مهندس باید قضاوت درستی در انتخاب فرآیند داشته باشد تا با کمترین هزینه بهترین کار را به انجام برساند. برای این کار مهندسین باید اطلاعات مفیدی از مزایا،‌ معایب و محدودیتهای هر فرآیند داشته باشند.  این کتاب، روشهای مختلف ساخت را که معمولاً در تولید کامپوزیتهای ترموست و ترموپلاستیک به کار می روند و نیز شرایط تولید، مراحل ساخت، محدودیتها و مزایای هر

( شکل ها در فایل اصلی قابل مشاهده است )

روش تولید را بررسی می کند. در شکل (5-1)، روشهای ساخت کامپوزیتها که در صنایع کامپوزیت رایج است،‌طبقه بندی شده است. این روشها در فصل 6 توضیح داده شده اند.

ساخت محصولات کامپوزیتی

محصولات کامپوزیتی با تغییر شکل مواد اولیه به شکل نهایی توسط یک فرآیندهای ساخت مشروح در بخش (6-1) تولید می شوند. محصولاتی که بدین گونه ساخته می شوند، ابتدا ماشین کاری می شوند و سپس متناسب با کاربرد لازم به بقیه ی اجزا متصل می گردند. ساخت محصول نهایی به چهار مرحله ی زیر تقسیم می شود:

شکل دهی: در این مرحله، مواد اولیه به شکل و اندازه خاص تبدیل می شوند. عمل شکل دهی معمولاً تحت فشار و حرارت انجام می شود. تمامی روشهای ساخت کامپوزیت ها در بخش (6-1)، در این گروه قرار دارند. عملیات شکل دهی کامپوزیت  ها در فصل 6 بطور کامل و همراه با جزئیات شرح داده شده است.

ماشین کاری: عملیات ماشین کاری برای حذف مواد اضافی یا غیر مطلوب بکار می رود. عملیات سوراخ کاری، تراش کاری، برش کاری و سنگ زنی در این گروه قرار دارند. ابزار و شرایط لازم برای عملیات ماشین کاری کامپوزیت ها نسبت به فلزات متفاوت است. ماشین کاری کامپوزیت ها در فصل 10 بررسی شده است.

اتصال و مونتاژ: انجام اتصال و مونتاژ اجزاء بمنظور بستن ( جفت کردن) اجزای مختلف به یکدیگر برای تولید محصول با کیفیت مطلوب انجام می گیرد. اتصالات چسبی، ذوبی، اتصالات مکانیکی و ... معمولاً برای مونتاژ قطعه بکار می رود. عملیات مونتاژ وقت گیر و گران قیمت است، لذا سعی می شود تا حد امکان برای کاهش قیمت محصول ‌مرحله مونتاژ و اتصال اجزاء‌حذف شود. همانطوریکه کاملاً‌ در فصل 5 توضیح داده شده است، این عمل بوسیله یکپارچه شدن اجزاء امکان پذیر است. عملیات اتصال و مونتاژ که برای

شکل دهی محصولات کامپوزیتی به کار می روند، در فصل 9 توضیح داده است.

پرداخت کاری: عملیات پرداخت به دلایل مختلفی از قبیل: به سازی ظاهر محصول، حفاظت محصول در برابر آسیب محیطی، بوجود آوردن یک پوشش مقاوم به سایش و یا یک پوشش فلزی شبیه به فلز صورت می گیرد. شرکتهای تولید کننده چوب گلف، به منظور بهبود ظاهر و زیبا شدن نمای چوب گلف، از چوبهای کامپوزیتی روکش دار و رنگ دار استفاده می کنند.

لازم نیست که تمامی عملیات ذکر شده در بالا در یک شرکت تولیدی انجام شود. بعضی مواقع محصولی که در یک شرکت ساخته می شود برای انجام عملیات بعدی به شرکتی دیگر فرستاده می شود. به عنوان مثال: شفت اتومبیل که د ریک شرکت میل لنگ سازی ساخته می شود، برای مونتاژ بر روی محصول نهایی، به شرکت سازنده اتومبیل (خط 1 یا خط 2) فرستاده می شود و سپس به شرکتهای سازنده تجهیزات اصلی فروخته می شود. در بعضی موارد، محصولاتی از قبیل: چوبهای گلف، راکتهای تنیس، قلابهای ماهیگیری و ... در یک شرکت ساخته شده و سپس مستقیماً به توزیع کننده برای استفاده مصرف کننده فرستاده می شوند.

- بازارهای کامپوزیت ( تجارت کامپوزیت )

دلایل زیادی برای افزایش کاربرد کامپوزیت ها وجود دارد. ولی انگیزه اصلی برای استفاده از محصولاتی که از کامپوزیتها ساخته می شوند، محکمتر و سبکتر بودن این محصولات است. هم اکنون تمامی صنایع از مزایای کامپوزیت ها آگاهی دارند و مشکل است بتوان صنعتی را پیدا کرد که از این فواید اطلاع نداشته باشد. امروزه صنایع حمل و نقل مصرف کنندگان اصلی کامپوزیتها هستند. بطوریکه در سال 2000 میلادی بالغ بر 3/1 میلیون پوند کامپوزیت به مصرف رسانده اند. مواد کامپوزیتی در بسیاری از صنایع استفاده می شود.

در سه یا چهار دهه گذشته، تغییرات بنیادی در فناوری کامپوزیت ها و نیازهای آن صورت گرفته است. این تغییرات محیطی، ‌نیازها و فرصتهای جدیدی را بوجود آورد که تنها با پیشرفت در مواد جدید و بکارگیری فناوری پیشرفته امکان پذیر است.

در دهه گذشته،‌ روشهای پیشرفته ی ساخت مواد و سیستم ها و دستگاه های مربوط به کامپوزیت ها رشد چشمگیری داشته اند تا نیازهای بازارهای مختلف را بر طرف سازند. با توجه به مزایا و سوددهی این صنعت،‌ بسیاری صنایع بر روی کامپوزیت ها سرمایه گذاری کرده اند. توسعه و افزایش استفاده از کامپوزیت ها به دلیل کاهش قیمت الیاف و کاهش هزینه های مربوط به روشهای ساخت خودکار ( اتوماتیک ) و روشهای تولید انبوه بوده است. بعنوان مثال،‌ قیمت الیاف کربن از150 دلار بر پوند در سال 1975 به 8 دلار بر پوند در سال 2000 کاهش یافت. این کاهش قیمت به دلیل توسعه ی روشهای تولید کم هزینه و افزایش مصرف صنایع صورت گرفته است.

در پایان ،‌می توان بازارهای فروش مواد کامپوزیتی را به گروههایی از قبیل: صنایع هواپیما سازی‌، صنایع اتومبیل سازی، ساختمان سازی، صنایع دریایی، سازندگان تجهیزات مقاوم به خوردگی، سازندگان کالاهای مصرفی، تجهیزات کاربردی، تجاری و غیره طبقه بندی کرد. در شکل (6-1)، بازارهای فروش مواد کامپوزیت در آمریکا را در سالهای 1999 و 2000 نشان می دهد.

صنعت هواپیما سازی

صنعت هواپیما سازی از نخستین صنایعی بود که مزایای استفاده از کامپوزیتها را درک کرد. به کمک کامپوزیت ها هواپیماها، موشکها و پرتابه ها سریعتر و مسافت طولانی تری را پرواز کردند. معمولاً کامپوزیت های با الیاف شیشه ای، کربن و کولار برای ساخت قطعات هواپیما طراحی می شوند. عموماً‌ صنعت هواپیما سازی از کامپوزیت هایی با الیاف کربن به دلیل ویژگی برجسته و کارآیی بالا استفاده می کند. روش لایه گذاری دستی یک روش عمومی برای ساخت قطعات هواپیما است. همچنین از روشهای RTM و تابیدن تارها استفاده می شود.

در سال 1999، صنعت هواپیما ساز ی23 میلیون پوند کامپوزیت مصرف کرد. همانگونه مکه در شکل (6-1) نشان داده شده، در هواپیماهای نظامی از قبیل: F-11 ، F-14، F-15و F-16 جهت کاهش وزن بدنه هواپیما از کامپوزیت ها استفاده شده است. قطعات کامپوزیتی که در هواپیماهای چنگی فوق الذکر استفاده می شوند،‌ عبارتند از دم های افقی و عمودی، ‌رویه بال، جعبه های بالابر،‌ درب هاو قطعات بدنه هستند که در جدول (3-1) نشان داده شده اند. استفاده از قطعات فوق الذکر باعث کاهش 20% تا 35% وزن کلی هواپیما می شود. کاهش وزن در هواپیماهای جنگی و موشکها باعث افزایش ظرفیت حمل بار می شود.