امروزه استفاده از مخازن آب کامپوزیتی یا مخازن آب GRP با توجه به کیفیت بالا و سرعت اجرای آن در حال گسترش است. کامپوزیت‌های پلیمری یا فایبرگلاس شامل ترکیبی از پشم شیشه و مواد نفتی می­‌باشد که در فرآیندهای مختلف به صورت صفحات و قالب های آماده درآمده و با مونتاژ این صفحات می­‌توان سازه‌­ها و مخازن گوناگون را ساخت. معمولا اجرای مخزن آب آشامیدنی کامپوزیتی و مخزن آب آتشنشانی کامپوزیتی به دو صورت انجام می شود.

  1. مونتاژ مخازن آب کامپوزیتی در محل پروژه: در این روش قالب‌ها به صورت آماده به محل پروژه حمل شده و در محل مونتاژ می­‌شوند.
  2. مخازن آب کامپوزیتی آماده: در این روش قالب‌ها به صورت آماده در محل کارخانه سازنده مونتاژ و مخزن به صورت آماده به محل پروژه حمل می­شود.

شرکت شاران صنعت ساخت مخزن آب GRP و مخزن آب آتشنشانی GRP را به صورت آماده در محل کارخانه انجام داده و سپس این مخازن کامپوزیتی به محل پروژه حمل می‌شوند. لذا با توجه به محدودیت‌های حمل مخزن GRP این شرکت امکان ساخت مخازن آب کامپوزیتی تا ظرفیت ۱۰۰ متر مکعب را داراست و در احجام بالاتر می‌بایست مخازن به صورت مخزن مدولار استفاده شده و یا ساخت مخزن کامپوزیتی و دریچه کامپوزیتی آن به صورت مونتاژ در محل پروژه انجام گردد. برای آشنایی با محصولات و خدمات شرکت شاران صنعت در زمینه مخازن آب GRP و محاسبه حجم مخزن ذخیره آب ساختمان و محاسبه حجم مخزن ذخیره آب آتشنشانی و قیمت مخزن GRP می‌توانید با کارشناسان ما در شرکت تماس حاصل فرمایید. همچنین می توانید در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر به ادامه مطلب مراجعه نمایید.

ادامه مطلب


مقدمه

تکنولوژی استفاده از فیبرها به سال ۱۹۹۲ در ویرجینیا آمریکا برمی­گردد. این امر باعث توسعه روزافزون صنعت استفاده از محصولاتی نوین به ­منظور نگهداشت بهداشتی آب شد. از مخازن آب GRP برای نگهداری طیف گسترده­ای از مواد استفاده می­شود. GRP یک ماده کامپوزیت حاوی رزین های پلیمری (معمولا پلی استرهای غیراشباع، وینیل استر یا رزین های اپوکسی) است که با موادی (فیبرها) به منظور افزایش استحکام، ترکیب می‌شوند.

تعریف

مخزن GRP چیست؟ مخزن آب کامپوزیتی چیست؟ کامپوزیت به ترکیبی از دو یا چند ماده با ویژگی های خاص می­گویند که ماده جدید تشکیل شده دارای خواص متفاوتی از مواد تشکیل دهنده است. یکی از این مواد تشکیل دهنده تجمعی از ذرات یا فیبرها هستند که به فاز مجزا یا تقویت کننده معروف است. فاز دیگر که ماتریکس نامیده می­شود از جامدات قابل شکل گیری تشکیل شده است. عملکرد یک ترکیب کامپوزیتی براساس خواص شیمیایی و مکانیکی مواد تشکیل دهنده آن سنجیده می­شود. منظور از GRP، ترکیب فیبر یا شیشه (فاز تقویت کننده) با رزین های ترموپلاستیک (فاز ماتریکس) است.


کاربردهای مخازن

مواد بکاررفته در تهیه این مخازن کامپوزیت می‌توانند قابلیت­های مهمی مانند تحمل دماهای بالا و مقاومت در برابر محلول‌های مختلف را ایجاد کند و سبب برتری مخازن کامپوزیتی نسبت قیمت مخازن فایبرگلاس و قیمت منبع آب فایبرگلاس است. بسته به رزین انتخابی در تولید مخزن و دیگر عوامل طراحی، تمامی این قابلیت ها می­تواند  تغییر کند. در کل این مخزن کامپوزیت توانایی تحمل اکثر اسیدها، قلیاها و مواد شیمیایی را دارند. از این مخازن در صنایع برای تهیه محلولهای شیمیایی، نگهداری سیالات مختلف، مخازن نگهداری آب آشامیدنی، مخازن آب GRP ، مخازن آب آتشنشانی GRP ، مخزن ذخیره آب آتشنشانی (طراحی سیستم آتشنشانی ساختمان و حجم مزخن ذخیره آب آتشنشانی)، مخازن کامپوزیتی تحت فشار، مخزن جمع آوری و ذخیره آب چاه، مخزن فرآیند اسمز معکوس، سپتیک تانک­ ها  استفاده می­‌شود. محل نصب و قرار گیری این مخازن میتواند روی سطح زمین، سقف، زیرزمین و حتی داخل ساختمان ها نیز باشد.


بخش رزین

رزین های پلاستیکی در دو کلاس مختلف وجود دارند: رزین های ترموست و رزین های ترموپلاستیک. از دیدگاه کاربردی، رزین های ترموست در دماهای بالا شکل می پذیرند و به همین دلیل در دمای بالا ذوب نمی شوند و تغییر شکل نیز نمی دهند. رزین های ترموپلاستیک تحت دماهای بالا ذوب می شوند و هنگامی که در دمای محیط قرار می گیرند سرد شده و شکل مورد نظر را به خود می گیرند. رزین ها بوجود آورنده خاصیت های شیمیایی، الکتریکی و گرمایی در کامپوزیت ها هستند.

رزین­‌های ترموست

رزین­های ترموست اغلب حالت مایع دارند و یا نقطه ذوب آنها پایین است که به همین دلیل به راحتی با فیبرها ترکیب می شوند. این مواد تحت واکنش های شیمیایی، در حضور کاتالیزور و گرما تشکیل زنجیره های پلیمری را می­دهند. مراتب بالاتر  زنجیره های پلی مری در این مواد باعث می­شود تا تغییر شکل این مواد نسبت به رزین­های ترموپلاستیک کمتر شود. واکنش های رخ داده در این رزین ها برگشت ناپذیرند. در بین رزین های ترموست مورد استفاده در کامپوزیت‌های GRP، پلی استرهای غیراشباع بیشترین کاربرد را دارند.

انواع رزین‌های ترموست
  • پلی­ استر: از مزایای پلی استرها می­توان به سهولت جابجایی، قیمت کم، پایداری شکل و حالت، توازن در خواص مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی اشاره کرد. این مواد دربرابر اسیدها و قلیاهای ضعیف (برای مواد قلیاهای قوی پیشنهاد نمی شود) و محلول های شیمیایی مقاومند.
  • وینیل استر: این نوع از رزین­ها مقاومت بسیار بالایی در برابر آب، حلال های آلی و قلیاها نسبت به پلی استرها دارند ولی مقاومت آنها در برابر اسید پایین است. وینیل استر نسبت به پلی استر استحکام بیشتری دارد و نسبت به اپوکسی دارای خاصیت ارتجاعی بالاتری است.
  • اپوکسی: گروه دیگر از رزین های ترموست مورد استفاده در کامپوزیت‌های GRP هستند.خواص چسبندگی در این مواد بسیار بالا است، بطوریکه برای دماهای بسیار بالا (۵۰۰ در جه فارنهایت) مناسب هستند. قیمت اپوکسی از سایر موادی که ذکر شد بالاتر است ولی به دلیل گستره دامنه کاربرد این مواد می تواند بسیار به صرفه تر از بقیه مواد باشد.
  • Polyurethane (ترکیب پلی ال که شامل چند گروه هیدروکسیل هستند به همراه ایزوسیانات ها): گروه دیگری از رزین ها هستند که دارای سختی و طول عمر زیاد هستند و همچنین به راحتی با انواع مواد تقویت کننده ترکیب می شود.

رزین­های ترموپلاستیک هنگامی که گرم می­شوند تبدیل به مایع چسبناک شده و سپس هنگام سرد شدن جامد می شوند. به دلیل اینکه هیچ واکنش شیمایی در طی فرآیند رخ نمی دهد، چرخه قالب گیری سریع تر صورت می­گیرد.

رزین‌های ترموپلاستیک
انواع رزین‌های ترموپلاستیک
  • پلی پروپیلن و پلی اتیلن: معروفترین رزین های بکاررفته در ساخت مخزن آب آشامیدنی GRP رزین‌های پلی پروپیلن و پلی اتیلن هستند. این مواد مقاومت بسیار بالایی در برابر اسیدها، قلیاها و حلال های آلی دارند. از آنجایی که نقطه ذوب این مواد پایین است، فرآیند تشکیل آنها نیز سریع تر اتفاق می افتد.
  • نایلون و استالدئید: مقاومت بالایی در برابر حلال های آلی دارندو ممکن است در مواقعی که نیاز به خواص مکانیکی بالا است مورد استفاده قرار گیرند.
  • فنولیک ها: مقاومت خوب در برابر اسید، خواص گرمایی خوب
  • سیلسکون ها: بالاترین مقاومت گرمایی، جذب پایین آب، خواص دی الکتریک عالی
  • ملامین ها: مقاومت گرمایی خوب، استحکام بالا
  • فتالات ها: عایق الکتریکی خوب، جذب پایین آب

سیستم‌های رزینی دیگر

بخش تقویت کننده

مقدار زیادی از استحکام این مخازن وابسته به نوع، مقدار و ترکیب بندی فیبرهای بکاررفته در این مخازن است. فایبرگلاس ماده­ای است که بطور عمده در ساخت این ترکیبات بکار می­رود.

انواع فیبرها

E-Glass: معروفترین فیبر مورد استفاده است و دارای استحکام بالا، مقاومت گرمایی زیاد و خواص الکتریکی بالا است. در مواقع بحرانی یعنی برای مکانهایی که مقاومت گرمایی و استحکام بالا مورد نیاز است از فیبر S-Glass که قیمت بالاتری دارد، می­توان استفاده کرد.

فیبرهای کربن(گرافیت): دارای انواع مختلفی از نظر قیمت و ابعاد هستند. این فیبرها دارای وزن کم، استحکام و مدول الاستیته بالا (که نشان دهنده سختی ماده است) می­باشند. در شرایطی که سختی زیاد مخزن مورد نظر است، مدول الاستیسیته این مواد با مدول الاستیسیته فولاد برابری می­کند. کامپوزیت‌های GRP با فیبرهای کربن،دارای خواص خستگی (خاصیت شکست ماده در اثر نیروهای وارده­­ی کمتر از حد تسلیم آن ماده) به خصوص برای مخازن آب GRP بسیار عالی هستند.

فیبر های آرامید یا پلی آمید های آروماتیک: دارای استحکام بالا و چگالی کم (۴۰ درصد کمتر از شیشه) ولی با مدول الاستیسیته بالا.

فیبرهای طبیعی مثل(Sisal، Hemp، Flax): برای موارد مختلفی که نیاز به استحکام بالا ندارد، مورد استفاده قرار می­گیرد. همچنین در مواردی که نیاز به مقاومت در برابر رطوبت وجود دارد نیز دارای محدودیت هستند.

آرایش فیبرها در ترکیبات کامپوزیت
جهت گیری تک جهته
جهت گیری تک جهته
جهت گیری چند جهته
  • جهت گیری تک جهته بالاترین استحکام را در فیبرها ایجاد می­کند. فیبرهای تک جهته می­توانند مداوم و یا متناوب باشند که این امر بستگی به شکل و نحوه تولید آنها دارد. این شکل گیری باعث تقویت زیاد فیبرها می­شود.
  • در جهت گیری دو جهته معمولا فیبر ها در زاویه ۹۰ درجه نسبت به یکدیگر قرار می­گیرند که همین امر باعث ایجاد استحکام بالا در این نوع از جهت گیری می­شود.
  • جهت گیری چند جهته (رندوم)، استحکام لازم را بصورت مساوی در تمامی جهت گیری ها تامین می­کند.


مزایای استفاده از کامپوزیت‌های GRP

  • مقاومت در برابر خوردگی: کامپوزیت‌های GRP، ضد زنگ، ضد پوسیدگی و در مقابل اکثر مواد شیمیایی مقاوم هستند. این ویژگی باعث می­شود تا بتوان از این مخازن در صنایعی که امکان خوردگی در آنها زیاد است، مثل صنایع فرآوری مواد شیمیایی و صنایع تصفیه آب استفاده کرد. این خاصیت به افزایش طول عمر مخازن و کاهش نگهداری های ویژه از این مخازن آب GRP بسیار کمک می کند.
  • استحکام بالا، وزن کم: کامپوزیت‌های GRP در مقایسه با وزن کمی که دارند، دارای استحکام بسیار بالا هستند. این ویژگی باعث شده تا در صنایع یا محلهایی که وزن به عنوان یک عامل محدودکننده است، بتوان به راحتی از مخازن GRP بهره برد.
  • ثبات: کامپوزیت‌های GRP تحت فشارهای مختلف فیزیکی، محیطی و گرمایی تغییرشکل نمی دهند و به خصوص مخازن آب GRP ثبات خود را حفظ می‌کنند.
  • عایق در برابر الکتریسیته و جذب کم رطوبت: این کامپوزیت‌ها در برابر الکتریسیته عایق بسیار خوبی هستند و همچنین جذب رطوبت در آنها بسیار پایین است درنتیجه در مکانهایی که رطوبت بالا است نیز می توان به راحتی از این مخازن استفاده کرد.
  • عدم نفوذ اشعه UV و نور: این خاصیت باعث جلوگیری از رشد جلبک ها و همچنین جلوگیری از تبخیر کلر تزریق شده به آب به منظور گندزدایی می­شود.
  • قالب گیری تحت فشار: این روش برای اکثر کامپوزیت های GRP با حجم بالا که به روش های BMC، SMC، LCM، GMT و یا LFTP تولید می­شوند، استفاده می شود. قالب گیری تحت فشار باعث می­شود تا محصول نهایی دارای استحکام بالا و ابعاد متنوع باشد.
  • قالب گیری تحت دما و فشار کم: یکی از روش های اقتصادی برای ساخت حجم های متوسط تحت فشار کم است.
  • قالب گیری تحت فشار انتقالی: رزین ها، بخش تقویت کننده و مواد افزودنی به داخل سیلندر منتقل می شوند و توسط پیستون ها به داخل حفره های قالب وارد می شوند. این روش برای قالب هایی با حفره های زیاد بسیار مناسب است.
  • قالب گیری انتقالی رزین (RTM)
  • قالب گیری تزریقی
  • قالب گیری تزریقی واکنشی (SRIM)
  • Matched Die Molding
  • روش های قالب گیری تماسی: روش های قالب گیری باز یا تماسی، باعث کاهش هزینه تجهیزات و کوتاه تر شدن چرخه تولید می شوند. این روش ها شامل:
  • Hand Lay-up: در این روش به صورت دستی لایه ای از ژل رنگی روی قالب ریخته می شود (برای افزایش کیفیت سطح)، وقتی این لایه خشک شد شیشه تقویت شده روی قالب قرار می­گیرد و سپس رزین ها روی آن ریخته و یا اسپری می­شود.
  • Spray-Up: مشابه روش بالاست، با این تفاوت که این روش سریع تر است و محصولات نهایی خواص پیچیده­ تری دارند.


روش های مختلف قالب گیری کامپوزیت‌های GRP

انواع روش­های ترکیب مواد تشکیل‌دهنده GRP

در طی ۵ دهه اخیر روش های مختلفی برای قالب‌گیری و ترکیب مواد مختلف در کامپوزیت‌های GRP و طراحی مخازن آب GRP مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که حجم بالایی از کامپوزیت­‌های GRP تحت شرایط قالب‌گیری تحت فشار تشکیل می­‌شوند، شکل‌هایی از ماده که آماده قالب‌گیری هستند توسعه یافتند تا فرآیند قالب‌گیری مخازن آب GRP را تسریع ببخشند.

  • قالب‌گیری کامپوزیت مایع (LCM): در این روش یک توده خشک داخل قالب قرار می­گیرد، قالب عایق‌بندی می‌­شود و رزین های ترموست مایع داخل قالب تزریق می­شوند. هنگامی که رزین خلل و فرج های موجود را پر کرد، شروع به سخت شدن می­کند و درنهایت کامپوزیت از قالب خارج می­شود. محصول نهایی تقریبا می تواند ۱۵ تا حداکثر ۵۰ درصد وزن خود را تحمل کند. یکی دیگر از شکل های تقویت کننده بکار رفته در فرآیند LCM، مت(mat) می باشد. این ماده در اثر توزیع تصادفی فیبرها به شکل رول و یا صفحه ای تشکیل می شود. کاربرد آنها محدود به قسمت هایی است که نسبتا صاف هستند و یا دارای انحنا در یک سطح هستند.
  • Sheet Molding Compound) SMC): این ترکیبات دارای فایبرگلاس های پراکنده (۱ تا ۲ اینچی) در ماتریکس رزین هستند. آرایش فیبرها می­تواند تک جهته، تصادفی و یا ترکیبی از هردو اینها باشد. تولید   SMCتحت فرآیندی مداوم و خودکار صورت می گیرد. محصول نهایی ورقه هایی انعطاف پذیر و چرم مانند هستند که به راحتی بریده می شوند. SMCهای استاندارد حاوی ۳۵ درصدوزنی فیبرهای جهت دار تصادفی هستند. از آنجایی که در تهیه SMC هیچ اختلاطی صورت نمی گیرد، در نتیجه فیبرها دست نخورده و در اندازه واقعی خود باقی می­مانند. مزایای این روش شکل گیری، تولید پنل­هایی با استحکام بالا و سطح صاف می باشد.
  • Bulk Molding Compound) BMC): این ترکیب شامل فیبرهای کوتاه (۱/۸ تا ۱/۲ اینچی) و نیازمند رزین های حاوی پرکننده­ها، کاتالیزور، رنگدانه و دیگر مواد افزودنی است. به دلیل فرآیند اختلاط استحکام این ترکیبات نسبت به شکل های آماده قالب گیری کمتر است. با این حال ایر روش، روشی اقتصادی است و دارای گستره مختلفی برای حجم های بالاست.

این کامپوزیت ها می­توانند با توجه به کاربردی که دارند در اندازه و انواع گوناگون ساخته شوند و همچنین می­توانند دارای محدوده تحمل دمایی متفاوت، عایق بندی الکتریکی متفاوت، خواص خوردگی متفاوت، مقاومت های متفاوت در برابر سایش و اشتعال پذیری باشند. برای اینکه بتوانیم مواد تشکیل دهنده و روش تشکیل این مواد را انتخاب کنیم باید عوامل زیر را در طراحی کامپوزیت‌های GRP و مخازن آب GRP در نظر بگیریم.


طراحی کامپوزیت‌های GRP

  • استحکام مکانیکی کامپوزیت بستگی به مقدار و نحوه قرار گیری فیبرها دارد.
  • عملکرد شیمیایی، الکتریکی و گرمایی بستگی به فرمولاسیون سیستم رزین دارد.
  • فرآیند قالب گیری باتوجه سایز، شکل و پیچیدگی قسمت های مختلف در محصول نهایی انتخاب می شود.

تخمین الزامات عملکرد که شامل:

نحوه طراحی
  • خواص مکانیکی: کشش، فشردگی و استحکام، طول عمر و مقاومت در برابر ضربه
  • خواص فیزیکی: سختی، چگالی، قدرت دی الکتریک، هدایت گرمایی، مقاومت دمایی، ضریب انبساط گرمایی و خاصیت اشتعال پذیری
  • خواص شیمایی: مقاومت در برابر اسیدها، قلیاها و حلال های آلی، جذب آب، مقاومت در برابر ازن، پرتو ماوراء بنفش و شرایط آب و هوایی
  • سازگاری: کیفیت سطح و ظاهر مناسب، پایداری ابعاد، سازگاری با دیگر مواد، میزان تحمل پذیری هنگام ساخت و استفاده نهایی
  • هزینه ابزارآلات
  • هزینه های بهره برداری
  • هزینه های نهایی مثل آبکاری، پولیش، رنگ کردن و …

انتخاب مواد و فرآیند تخمین الزاملت اقتصادی که شامل:

  • اکنون با تخمین عملکرد و هزینه ها طراح می­تواند مواد و فرآیند مورد نظر خود را انتخاب کند. بطور مثال اگر روش SMC انتخاب شد، فرآیند انتخابی منطقی، قالب گیری تحت فشار است. یک نمونه دیگر، قالب گیری توده ای پلی استر (Polyester bulk molding) است که هم با فرآیند قالب گیری تحت فشار و هم قالب گیری تزریقی صورت می­گیرد. در این شرایط فاکتور های دیگری مثل پیکربندی نهایی، نحوه استفاده، حجم محصول حائز اهمیت است
  • طرح اولیه: هدف از ایجاد طرح اولیه، درنظر گرفتن تمام جوانب مورد نیاز در محصول نهایی است
  • در نظرگرفتن جزئیات
  • آنالیزهای اقتصادی و امکان سنجی پروژه
  • تهیه نمونه اولیه
  • طراحی و ساخت