سامانه نیازمندی های صنعتی کار
متالورژی

کامپوزیت ها و حل مشکل خوردگی | مقاله آموزشی

چکیده ای از مقاله کامپوزیت ها و حل مشکل خوردگی

کامپوزیت ها و حل مشکل خوردگی
خوردگی یکی از مشکلات عمده در صنایع نفت و گاز به شمار می آید که سالانه مبالغ هنگفتی، به خود اختصاص می دهد.
وقفه در تولید. زیان هنگفتی چه از نظر تولید هیدروکربن و چه از نظر تولید هیدروکربن و چه از نظر هزینه تعمیرات در پی خواهد داشت.
بنابراین سلامت تجهیزات در طول عمر مفیدشان یک مسئله اساسی به نظر می رسد.
استفاده از بازدارنده های خوردگی سالها است که به عنوان واکنش شیمیایی را کند یا متوقف کند.
اما آنچه از شواهد و قرائن پیدا است. این روش راه حل مفیدی نمی باشد.
با پیشرفت علم و تکنولوژی چنین مشکلاتی در دنیا دیگر قابل قبول نمی باشد.
بطوری که در جهان توسعه یافته امروز کمتر از مصالع سنتی استفاده می شود.
یکی از علومی که به این پیشرفت کمک شایانی کرده است علم متالورژی است که با پیشرفت سریع خود هرروزه مصالح جدید را با کیفیت و رفتار بسیار بهتر و مفید تر ارائه می کند.
کامپوزیت ها که از مصالح جدید و به روز به شمار می روند. از این دسته هستند.
این دسته از مصالح با تنوع فراوان و کاربردهای روبه افزایش خود سهم بسیاری در پیشرفت و توسعه صنعت ایفاء میکنند و در این مورد نیز از آن می توان به عنوان یکی از راه حل های اساسی و زیر بنایی یاد کرد.

مقدمه:

تعریف کامپوزیت و مختصری در موردآن

کامپوزیت ها (مواد چند سازه ای یا کاهگل های عصر جدید) رده ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب مواد ساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است. اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده، در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی شوند.
استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است.
از اولین کامپوزیت ها یا همان چند سازه های ساخت بشر می توان به کاهگل و آجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده کاه استفاده می شده است، اشاره کرد.
هنگامی که این دو با هم مخلوط بشوند در نهایت آجر پخته به دست می آید که بسیار ماندگار تر و مقاوم تر از هر دو ماده اولیه یعنی گل و کاه است.
قایق هایی که سرخ پوست ها با قیر و بامبو می ساختند و تنورهایی که از گل، پودر شیشه و پشم بز ساخته می شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است، نیز از کامپوزیت های نخستین هستند.
بسیاری از نیازهای الکترونیک و غیره نمی تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده، برآورده شود. اما قسمتی از آن نیازها، می تواند با استفاده از «چند سازه ها» یا «کامپوزیت ها» برآورده گردد.

 تعریف کامپوزیت
معمولاً یک ماده کامپوزیت را به صورت یک مخلوط فیزیکی از دو یا چند ماده مختلف در مقیاس ماکروسکوپیک تعریف می کنند که این مواد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ کرده و مرز مشخصی را با یکدیگر تشکیل می دهند.
این مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معیارها خواص بهتری از هر یک از اجزای تشکیل دهنده خود دارد.
کامپوزیت ها شامل یک یا چند فارغ غیر پیوسته (تقویت کننده) که در یک فاز پیوسته (ماتریس) می باشند.
در یک کامپوزیت به طور کلی الیاف، عضو بارپذیر اصلی سازه هستند در حالیکه ماتریس آنها را در محل و آرایش مطلوب عمل می کند، به علاوه آنها را از صدمات محیطی در اثر بالا رفتن دما و رطوبت حفظ می کند.

READ  آشنایی با تکنیک راهگاه گرم در قالب‌های تزریق پلاستیک

تقسیم بندی مواد کامپوزیت

  • ۱) کامپوزیت های زمینه پلیمری (Polymer Matrix Composite) که رایج ترین دسته کامپوزیت هستند و بیش از ٩٠ درصد مصرف جهانی کامپوزیت را به خود اختصاص داده است.
  • ٢) کامپوزیت های زمینه فلزی (Composite Metal Matrix)
  • ٣) کامپوزیت های زمینه سرامیکی (Creamic Matrix Composite) نقاط قوت کامپوزیت ها
  • ۴) وزن کم این مواد در عین بالا بودن نسبت مقاومت به وزن آنها (حتی تا ١۵ برابر برخی ازفولادها):
  • ۵) مقاومت بالا نسبت به خوردگی:
  • ۶) وجود روش های مختلف ساخت و امکان تولید اشکال پیچیده و متنوع

 مهمترین موارد کاربرد کامپوزیت

سابقه استفاده از کامپوزیت های پیشرفته به دهه ١٩۴٠ باز می گردد.
در آن زمان ارتش های آمریکا و شوروی سابق در رقابتی تنگاتنگ با یکدیگر، موفق به ساخت کامپوریت پایه پلیمری الیاف بود رزین اپوکسی برای استفاده در صنعت هوا قضا شدند.
٢٠ تا ٣٠ سال پس از آن، کامپوزیت های پایه پلیمری به طور گسترده ای به سوب صنایع شهری از جمله ساختمان و حمل و نقل روی آوردند.
به طور مثال امروزه خودروهایی ساخته می شود که تماماً کامپوزیتی هستند.
استفاده از کامپوزیت ها در این کاربرد به علت ویژگی هایی چون وزن کمتر، در نتیجه سوخت کمتر و عمر طولانی تر آنهاست.
مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف، ترکیبی از مقاومت کششی و مدول بهتر نسبت به مواد فلزی را دارند و به علت پایین بودن وزن مخصوص نسبت به وزن (مقاومت کششی ویژه) نسبت مدول به وزن (مدول ویژه)؛ مواد کامپوزیت به طور مشخص بهتر از مواد فلزی هستند و در بسیاری از کاربردهایی که کاهش وزن سازه از اهمیت برخوردار است می تواند جایگزین فلزات شوند.
با توجه به پایداری بسیاری زیاد کامپوزیت های پایه پلیمری و مقاومت بسیار خوب انها در محبط های خورنده، این کامپوزیت ها، کاربردهای وسیعی در صنایع دریایی پیدا کرده اند که از ان جمله می توان به ساخت بدنه قایق ها و کشتی ها و تأسیسات فراساحلی اشاره داشت
استفاده از کامپوزیت ها در این صنعت، حدود ۶٠% صرفه جویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری این مواد است. صنعت ساختمان و صنایع مرتبط با آن پرمصرف ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است.
ساخت بدنه هواپیما، ساخت پره های توربین بادی و پره های هلی کوپتر و پوشش رادار هواپیما از کاربردهای کامپوزیت در صنعت هوافضا است.
این مواد در صنعت نفت و گاز نیز به منظور ترمیم و تقویت سازه های فرسوده و ترمیم لوله های فرسوده نفت و گاز و نیز عایق توربین می توانند به کار روند.

(کامپوزیت ها با توجه به ساختار شبکه ای و طولی که دارند گرما را فقط در جهت طولی منتقل می کنند و نه عرضی، بنابراین به عنوان عایق گرما برای دیواره توربین ها مناسب می باشند)

 

READ  فولادسازی - آشنایی با واحد تولید فولاد

برخی از مهمترین الیاف و کامپوزیت ها

الیاف شیشه (فایبر گلاس ها):

سبکی، سهولت شکل دهی، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت آب بندی، از ویژگی های کامپوزیت هایی است که در صنعت ساختمان به کار می رود.
فایبر گلاس یا الیاف شیشه پرکاربردترین کامپوزیت ها هستند، که ماده اصلی تشکیل دهنده ان سیلیکا (Sio2) می باشد.

الیاف کربن
از مهمترین خواث الیاف کربن می توان به سبکی وزن، مقاومت کششی و سختی بالا، عدم تأثیر پذیری در رطوبت، حلال ها، بازها، اسیدها و به طور کلی مقاومت بالا در محیط های شیمیایی و خورنده اشاره نمود.

الیاف آرامید
ازجمله خصوصیات آن ماهیت غیر ایزوتروپیک، مقاومت کششی بالا، مقاومت در برابر حرارت، جذب انرژی بالا در هنگام شکست، مقاومت در برابر بارهای ضربه ای، عدم تخریب در مقابل نور ماوراء بنفش و رطوبت و مقاومت خستگی خوب می باشند.

کامپوزیت FRP
این نوع کامپوزیت، محصولی است برای تقویت سازه ها که با چسباندن لایه ای از منسوج الیاف کربن، شیشه یا آرامید به وسیله رزین اپوکسی به روی سطح عضوی از سازه که باید تقویت گردد، انجام می گیرد.

تکنولوژی پالتروژن
پالتروژن از جمله روش های سریع تولید کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پیوسته می باشد که به کمک آن می توان انواع پروفیل کامپوزیتی با مقطع ثابت را با سرعت بالا تولید نمود.

این روش اولین بار در سال ١٩۵١ به کار گرفته شد. محصولات تولید به این روش دارای استحکام بالا، وزن کم و عمر طولانی به ویژه در محیط های شیمیایی می باشند.

در این فرآیند، الیاف پیوسته به صورت الیاف بلند، پارچه بافته شده و پارچه الیاف کوتاه از داخل حمام حاوی رزین عبور کرده و آغشته به رزین می شود.
پس از خروج از حمام، الیاف به قالبی گرم هدایت شده و در داخل قالب محصول شکل نهایی را به خود می گیرد. عملیات سخت شدن و پخت نیز در داخل قالب صورت می پذیرد.
پس از خروج از قالب، محصول پیوسته سردشده و مراحل برش و پرداخت کاری انجام می شود. به این ترتیب محصول نهایی بدون نیاز به انجام عملیات دیگری آماده عرضه به بازار می باشد.
قالب مورد استفاده معمولاً فولادی و دارای طول ٣٠ الی ١۵۵ سانتی متر است.

محصولات تولیدی به وسیله روش پالتروژن در برابر مواد شیمیایی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهند و یکی از موارد استفاده این محصول در محیط های اسیدی و بازی با PH بالا می باشد،
به علت فرآیند پیوسته ای که در تولید قطعات به روش پالتروژن به کار گرفته می شود، قطعات تولیدی محدودیت طولی ندارند. بالا بودن سرعت و استفاده از تجهیزات ساده و ارزان و وابستگی کم به نیروی انسانی سبب پایین آمدن هزینه، در تولید محصول نسبت به سایر روش های ساخت مواد مرکب شده است.

در کشور ما با توجه به خورندگی خاک ها و شرایط بداقلیمی بسیاری از مناطق کشور، استفاده از محصولات پالتروژنی می تواند در صنعت نفت، صنایع دریایی و حمل و نقل کاربرد فراوانی داشته باشد.

READ  خوردگی و اکسیداسیون - آموزش ویدئویی
نتیجه گیری:

 

  • باتوجه به مسائل بیان شده بهترین راه مقابله با خوردگی و در نهایت جلوگیری از کاهش تولید به واسطه آن و نیز پرداخت هزینه های گزاف تعمیرات متوالی تجهیزات نفتی در مناطق جنوب و شمال کشور، که به دلیل زیاد بودن رطوبت و سایر مواد خورنده، در معرض خوردگی هستند، استفاده از تجهیزات و خطوز کامپوزیتی یا پوشش کامپوزیتی برای تجهیزات است. در زیر به بعضی مزایای استفاده از کامپوزیت اشاره می شود:

 

  • ١- در این لوله ها خوردگی نه در سطح داخلی که در تماس با سیال است و نه در سطح خارجی که در تماس با محیط است، وجود ندارد. بنابراین کلیه هزینه های مربوط به پوشش داخلی و محافظت های خارجی به طور کامل از بین می رود.

 

  • ٢- سطح داخلی این لوله ها بسیار صاف است (ضریب هیزن ویلیامز ۱۵۰-C)، در نتیجه ی افت های اصطکاکی ناشی از مسیر به حداقل مقدارخود می رسد. مهمتر از آن، مشخصه هیدرولیکی در طول زمان سرویس دهی تغییر نمی کند و کم نمی شود. (در لوله های فولادی در طول زمان سرویس مشخصات هیدرولیکی آن کاهش می یابد)

 

  • ٣- چون افت هیدرولیکی این لوله ها پایین است، لذا می توان سرعت را بالا انتخاب کرد و در نتیجه در یک جریان و دبی مشخص می توان سایر لوله را نسبت به لوله های فولادی یک سایز کمتر انتخاب کرد.

 

  • ۴- با توجه به اینکه وزن مخصوص این لوله ها در حدود ۴ برابر کمتر از لوله های فولادی است، حمل و نقل، جابه جایی و نصب این لوله ها بسیار آسان و راحت است.

 

  • ۵- با توجه به عدم خوردگی و همچنین ثابت بودن مشخصه های هیدرولیکی، این لوله ها طول عمر بسیار بالایی دارند، عمر مفید این لوله ها را حدود ۵٠ سال تخمین زده اند.

 

  • ۶-با توجه به اینگه صنعت عظیم نفت و این کالای گرانبها نه فقط برای نسل امروز است بلکه متعلق به هر ایرانی است که چندین قرن دیگر به دنیا خواهد آمد، لذا مسئولین باید به جای سرمایه گذاری در پروژه های تحقیقاتی کوتاه مدت، به پروژه های توسعه ای میان مدت و بلند مدت بیاندیشند تا ترسیم چشم اندازها و دستاوردهای حاصله بتوانند نیازهای آشکار و پنهان امروز و فردای جامعه را مرتفع می سازند. شاید این اقدامات مسئله ای علمی یا تخیلی پنداشته شود ولی این واقعیتی است که سهل انگاری در آن نه تنها به ضرر جامعه بلکه گریبان گیر نسل های آتی خواهد شد.

 

مراجع :
٢- مقاله ی «استفاده از کامپوزیت ها در صنعت حمل و نقل ریلی کشور هند» گردآورنده: محمد رضا آبادیان www.tifac.org.in
٣- پایان نامه کارشناسی: ١٣٨١ «تقویت تراورس های چوبی با کامپوزیت»: ابوالفضل وروانی فراهانی، دانشگاه علم و صنعت ایران.
۴- پایان نامه کارشناسی: ١٣٨۴ «کامپوزیت ها و کاربردهای آن در صنایع». محمد مهدی مداح، دانشگاه علم و صنعت ایران.

برچسب ها

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید

بستن
بستن
بستن