دانلود گزارش کارآموزی کارخانجات شیمی صنعت حقیقت

رشته شیمی کاربردی فایبرگلاس

مقدمه

ما درباره ماده ای بحث می کنیم که اصطلاحاً فایبرگلاس  نامیده می شود. که عبارتست از پلاستیک مسلح به پشم شیشه و یا پولی استر مسلح به پشم شیشه که در حقیقت اساس بهتری نیز برای این ماده می باشند (GRP).

GRP ماده ای است سبک، با دوام و بسیار سخت که می تواند در تولید فرآورده‌های گوناگون بکار رود. این ماده را می توان به اشکال مختلف از قبیل رنگی، کدر و نیمه شفاف، نازک یا ضخیم بکار گرفت.

امروز عملاً حدی برای اندازه محصولات تولیدی از GRP وجود ندارد و برای مثال تا کنون قطعاتی به طول 60 متر برای کشتی ساخته شده است .

GRP ماده ای بی نظیر در میان مواد ساختمانی است که عملاً توسط سازنده آن شکل می گیرد. این شکل گیری می تواند در پوشش بام، مخازن شیمیایی، لوله ها ، سیلوها، ساختمانها و بدنه وسائط نقلیه یا قایق ها مورد استفاده قرار گیرد و در این مسیر سازنده از ترکیبات پیش ساخته استفاده نمی کند بلکه خود مواد را در محل می سازد.

GRP چیست: GRP ترکیبی است از زرین قابل ارتجاع و بادوام با پشم شیشه بسیار سخت زرین تشکیل و پسنده اصلی و معمولاً یک زرین پولی استر است. این زرین بهنگام بکارگیری حالت چسبنده دارد که وقتی به شکل صحیح مورد استفاده قرار گیرد به ماده ای جامه و سخت تبدیل می گردد که در ریخته گری و تولید فرآورده‌هایی از قبیل دکمه و غیره بکار گرفته می شود. و اما همانطوریکه سیمان را می توان به میله‌های آهنی مسلح که در زرین‌های پولی استر را نیز می توان به پشم شیشه مسلح نمود تا GRP بدست آید و این درست کاری است که سازنده فایبر گلاس انجام می دهد. و از یک قالب سطحی استفاده کرده و با قراردادن لویه‌های پشم شیشه و زرین مایع، ضخامت لازم را بدست می آورند و یا اشکال دیگری از قالبگیری را انجام می دهد و بهمین ترتیب پس از جداسازی محصول از قالب میتوان تعداد زیادی در بخشهای مختلف GRP با خانواده پلاستیک مورد بررسی قرار می گیرد و همچنین تکنیک ها و مسائل تولید GRP مورد بحث قرار می‌گیرد.

بخش اول

پلاستیک

پلاستیک‌ها موادی هستند ساخته دست بشر که میتوان آنها را به قالب کالاهای بسیار مفید آورد اولین نوع پلاستیکها در انگلستان و در سال 1862 توسط الکساندر پارکس تولید شد و پارکزین نام گرفت و بعدها پدر سلولوئید گردید.

از آن زمان تا کنون انواع بسیاری از پلاستیک‌ها بطور تجارتی ساخته شده اند که اغلب آنها در 25 سال گذشته بوده است پلاستیک‌ها خواص گسترده و گوناگون دارند . مثلاً فنل فرم آلدئیه (PF) ماده ای سخت و ترموست ، پولی استیرن تر موپلاستیک سخت و شکننده، پولی اتیلین و کلیرید پولی وینیل پلاستیکی مواد ترموپلاستیک محکم و نرم و از این قبیل هستند.

پلاستیک‌ها اشکال فیزیکی گوناگونی نیز دارند بعضی به شکل توده جامد بعضی دیگر به صورت اسفنج سخت انعظاف پذیر ورقه و لایه نازک یافت می شوند.

تمام پلاستیک‌ها یک خاصیت مشترک بسیار مهم دارند و آن ترکیب از میکرو مولکولها دست یعنی مولکول‌های زنجیره ای بزرگ مرکب از تعداد زیادی واحدهای تکرار شده، شیمیدانان این زنجیره‌های ملکولی را پلی مر می‌نامند.

البته تمام پلیی مرها برای تولید پلاستیک بکار نمی روند بلکه بعضی از آنها در ساخت رنگ، بعضی از فایبرهای مصنوعی ، نایلون، ایوان، تری لین و غیره بکار می‌روند و برخی نی در تهیه بستنی کاربرد دارند.

بسیاری از پولی استرها بطور طبیعی یافت می شوند از قبیل سلولز (چوب پنبه)، پروتئین دمو و ابریشم و لاستیک.

پلی مرهای مصنوعی ساخت بشر تا زمانیکه به شکل یا قالبی در نیامده اند به زرین‌ های مصنوعی (یا تنها زرین) موسوم هستند ولی سپس پلاستیک نامیده می‌شوند. اکثر زرین‌های مصنوعی از ترکیبات شیمیایی بدست آمده از نفت و یا ذغال سنگ حاصل می گردند.

پلاستیک مسلح

زرین‌های مصنوعی اغلب بهمراه ماده پراکنده بکار می روند. این مواد پر کننده معمولاً شامل چوب، خاک چینی، پودر کوارتز یا پودر مواد معدنی دیگر و در مورد لاستیک دوده می باشد که به منظور بهتر سازی خواص فیزیکی و گاهی اوقات کاهش هزینه مورد استفاده قرار می گیرند.

پلاستیک‌های بسیار محکم را می توان با مسلح نمودن زرین به لویه‌های کاغذ یا پارچه تولید نمود که برای نمونه کاربرد بسیار زیادی در ساخت عایق‌های الکتریکی و ورقه‌های تزئینی دارد. اگر چه در حقیقت این پلاستیک ها مسلح هستند ولی اصطلاح پلاستیک مسلح هیچگاه برای چنین موادی بکار نمی رود بلکه پلاستیک مسلح تنها به پلاستیکی اطلاق می شود که با پشم شیشه مسلح شده باشد. در حقیقت اکثر پلاستیک‌های مسلح حاوی زرین پولی استر به پشم شیشه می باشند و به اختصار GRP ، FRP و یا تنها RP نامیده می شوند.

پلاستيك‌هاي بسيار محكم را مي توان با مسلح نمودن زرين به لويه‌هاي كاغذ يا پارچه توليد نمود كه براي نمونه كاربرد بسيار زيادي در ساخت عايق‌هاي الكتريكي و ورقه‌هاي تزئيني دارد. اگر چه در حقيقت اين پلاستيك ها مسلح هستند ولي اصطلاح پلاستيك مسلح هيچگاه براي چنين موادي بكار نمي رود بلكه پلاستيك مسلح تنها به پلاستيكي اطلاق مي شود كه با پشم شيشه مسلح شده باشد. در حقيقت اكثر پلاستيك‌هاي مسلح حاوي زرين پولي استر به پشم شيشه مي باشند و به اختصار GRP ، FRP و يا تنها RP ناميده مي شوند.

جدول 1ـ مقايسه خواص پلاستيكهاي مسلح (فايبرگلاس) با مواد ديگر.

جدول 2ـ اشتقاق تركيباتي كه در توليد يك زرين پولي استر نمونه مورد استفاده قرار مي گيرد.

پشم شيشه

پشم شيشه از كشش و سرد كردن سريع شيشه فراب ساخته مي شود. اين ماده از حدود 1500 سال قبل از ميلاد يعني از زمان سلسله هيجدهم مصر شناخته شده بوده است ولي تاريخچه پشم شيشه با استحكام و ظرافت موجود براي استفاده در پلاستيك‌هاي مسلح بطور تجارتي به دهه 1930 بر مي گردد.

به طور كلي دو نوع پشم شيشه وجود دارد. نوع رشته‌هاي زبر پشم شيشه كه به طور وسيع در ايزولاسيون حرارت بكار مي رود. اين نوع از پشم شيشه عموماً براي توليد پلاستيك مسلح مناسب نيست. نوع ديگر از رشته‌هاي پيوسته اي تشكيل مي شوند كه بلافاصله پس از كشش دسته شده و بصورت شيشه بافته يا تابيده در مي آيند.

پشم شيشه يكي از مستحكمترين مواد است بشكلي كه نيروي كشش يك رشته تازه آن (به قطر 10ـ9 ميكرون) حدود Gpa 3.5 مي باشد و از مواد خاص ساخته مي شود كه دسترسي به آنها بسيار آسان است، قابل احتراق نبوده و از نظر شيميايي مقاوم مي باشد. بنابراين پشم شيشه ماده ايده: براي مسلح كردن پلاستيك ها دست ولي در گذشته نمي توانست به آساني مورد استفاده قرار گيرد. اما با اين وجود براي مسلح كردن انواع قديمي تر رزين از قبيل PF بكار مي رفت ولي به خاطر تصاعد گازهاي جنبي و بخار در طي مراحل پروراندن مي‌بايست اين كار تحت فشار بسيار زياد انجام گيرد كه اين خود باعث آسيب مكانيكي و از دست دادن استحكام آن مي باشد. به محض اينكه رزين‌هايي آميزي جهت مسلح كردن پلاستيك بكار گرفته شد و اين آغازي بود بر صنعت نوين فايبرگلاس (GRP) رزين‌هايي از اين نوع براي اولين بار در دهه 1940 توليد شد كه در حقيقت پدر رزين‌هاي پولي استر زمان‌ها مي باشند.

پشم كربن

پشم كربن نيز ماده ديگري است كه براي مسلح كردن بكار مي رود، در مقايسه با پلاستيك مسلح جديدتر بوده و مي توان آنرا يكي از پيشرفت‌هاي مهم در اين زمينه قلمداد كرد.

پشم كربن خود ماده جديدي نيست و حدود يكصد سال پيش ژوزف سوان و توماس اويسون از آن بعنوان تار در لامپ‌هاي الكتريكي استفاده كردند. البته آن تارها به نسبت تارهاي كربن قوي كه امروزه مورد استفاده قرار مي گيرند بسيار ضعيف تر بودند و از كربن سازي فايبرهاي سلولز غليظ، پنبه، علف و بامبو ساخته مي شدند. در سال 1963 فايبرهاي بلند كربن با استحكام و سختي استثنايي بوجود آمدند به اين شكل كه مؤسسه هواپيمائي سلطنتي فارن بورو موفق به يافتن روشي براي توليد فايبرهاي كريستالي شد. فايبر كربن بطور كلي استحكام و برتري بسياري بر پشم شيشه دارد و اگر چه در حال حاضر گران دست ولي مطمئناً به پيشرفت‌هاي بيشتري در زمينه توليد پلاستيك‌هاي مسلح در كاربردهاي خاص آن مثلاً در ساخت هواپيما و لوازم ورزشي و از اين قبيل منجر خواهد شد.

رزين‌هاي پلي استر

رزين‌هاي كراستيك رزين‌هاي پولي استر اشباع نشده هستند، بدين معني كه اين رزين‌هاي قادرند كه از حالت مايع با پروراندن در شرايط مناسب به حالت جامه درآيند و بنابراين از پلي استرهاي اشباع شده مانند تريلين كه نمي توانند به اين شكل پرورانده شده متمايز مي گردند. و معمولاً منظور از رزين پولي استر يا تنها پلي استر، رزين‌هاي پولي استر اشباع نشده است.

رزين‌هاي كراستيك اكثراً به صورت مايع مي باشند و شامل يك محلول پولي استريك ضومر كه معمولاً استيرن دست هستند. استيرن در پروراندن رزين از حالت مايع به جامه با پيوند عرضي زنجيره‌هاي ملكولي پولي استر و بدون ايجاد تركيبات جنبي نقش بسيار حياتي ايفا مي كند.

و بنابراين مي توانند بدون استفاده از فشار قالبگيري شوند. زنجيره مولكولي پولي استر مي تواند به شكل زير نشان داده شود.

A_B_A_B_A_B_

اضافه نمودن استيرن ـ Sـ و در حضور كاتاليزور و شتاب دهنده ، استيرن زنجيره‌هاي پولي مر را پيوند عرضي داده تشكيل شبكه بسيار پيچيده سه بعدي

و بدين ترتيب عمل پروراندن رزين پولي استر صورت مي گيرد. اين ماده از نظر شيميايي مقاوم بوده معمولاً جامد و سخت است. پيوند عرضي يا عمل پروراندن را اصطلاحاً پولي مريزاسيون مي نامند.

اين يك واكنش يكطرفه (غير قابل برگشت) شيميايي مي باشد.

جدول 3ـ خواص نمونه رزين پولي استر قالبگيري شده بدون ماده پركننده

جدول 4ـ خواص فيزيكي نمونه GRP با انواع گوناگون پشم شيشه

جدول 5ـ توليد پشم شيشه

موارد استفاده

رزين‌هاي پولي استر كراستيك موارد استفاده فراواني دارند بعضي از انواع آنها براي ساخت قايق‌هاي GRP اتاق كاميون پوشش بام، مخزن‌ها، ساختمان‌ها و غيره بكار مي‌روند.

رزين‌هاي پولي استر كراستيك بدون رابطه با پشم شيشه موارد استفاده مهم ديگر براي كف سازي سخت و مقاوم از نظر شيميايي مورد استفاده قرار مي‌گيردند. تعداد زيادي نيز براي ريختن دكمه‌ها خصوصاً دكمه‌هاي صدفي پيراهن‌، روكش سطح ديوار يا مبلمان چوبي، درزگيري لوله‌هاي فاضلاب (سفالي) و از اين قبيل بكار مي روند. بعضي ديگر از رزين‌هاي كراستيك براي تعمير بدنه موتور بعنوان تركيبات مسدود كننده و برخي پودرهاي رزين‌هاي خاص جهت ايجاد پيوند در حصيرهاي پشم شيشه و نيز براي روكش كردن وسائل الكتريكي با بكارگيري تكنيك بسترسيال مورد استفاده قرار مي گيرند. يكي ديگر از موارد كاربرد جالب رزين‌هاي كراستيك بعنوان ملاط پولي استر براي اتصال و پيوند پايه‌ها و ستون‌هاي سيماني مي باشد. تعداد رزين‌هاي پلي استر بسيار زياد است و با وجود چنين محدوده وسيعي از رزين‌هاي تراستيك صحبت كردن در جزئيات تمامي آنها در اينجا كاري غير ممكن بنظر مي رسد.

بخش دوم

انعقاد و سخت شدن

عمر نگهداري:

رزين‌هاي پولي استر مايعاتي ناپايدار هستند و پس از نگهداري براي مدت چند ماه يا سال حتي در درجه حرارت معمولي منعقد شده و به صورت ماده ژلاتيني در مي‌آيند. اين مدت زمان عمر نگهداري ناميده شده و رزين‌هاي مختلف متفاوت است. اگر درجه حرارت بيشت از 25 درجه سانتيگراد و يا رزين در ظروف شيشه‌اي و در معرض نور قرار داشته باشد عمر نگهداري آن به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد.

عمر نگهداري رزين‌هاي كراستيك در دماي 20 درجه و در محيط تاريك دست كم 6 ماده است ولي در بعضي موارد اين مدت زمان به يكسال هم مي‌رسد. عمر نگهداري رزين‌هاي رنگي سه ماده است.

كاتاليزور شتابدهنده

به منظور توليد يك فرآورده قالبي و يا لويه‌اي رزين پولي استر بايد پرورانده شود، اين اصطلاحي است كه براي تمام مراحل انتعقاد سخت شدن بكار مي رود و براي اين كار ميتوان از يك كاتاليزور بهمراه حرارت و يا از يك كاتاليزور و يك شتابدهنده در درجه حرارت معمولي استفاده كرد.

كاتاليزورهايي كه در رابطه به رزين‌هاي پولي استر بكار مي روند معمولاً پراكسيدهاي آلي هستند.

كاتاليزورهاي خالص از نظر شيميايي ناپايدار هستند و تجزيه انفجاري ميشوند بنابراين بصورت خمير يا مايع پراكنده در ماده نرم كننده (پلاستيك) و يا بصورت پودر در يك ماده پر كننده خنثي بكار گرفته مي شوند.