۰ تا ۱۰۰ آشنایی با انواع لوله‌های فایبرگلاس در پایپینگ
۰ تا ۱۰۰ آشنایی با انواع لوله‌های فایبرگلاس در پایپینگ
فایبرگلاس یا به انگلیسی Fiberglass، یک ماده‌ی مرکب ساخته شده از الیاف شیشه با مواد پلیمری است. علم استفاده از مواد مرکب مانند فایبرگلاس تاریخچه‌ی طولانی دارد که انسان فهمید برای اینکه بتواند تجهیزات مؤثر‌تری بسازد می‌تواند با ترکیب کردن خواص دو ماده که هر یک در یک بخش دارای خواص منحصر به فردی هستند، وسایل و تجهیزات بهتری بسازد. یکی از آن‌ها کمان مُغولی بود که قسمت داخلی را از شاخ حیوانات و قسمت بیرونی را از رباط حیوانی می‌ساختند که هر یک به ترتیب استحکام بالا و قابلیت کش آمدگی بالا را داشت.
لوله‌های فایبرگلاس، با توجه به کاربردی که از آن انتظار می‌رود تولید می‌شوند که گستردگی استفاده از لوله‌های فایبرگلاس در صنایع مختلف سبب شده است که آن‌ها را در انواع مختلف تولید کنند. انواع لوله‌های فایبرگلاس می‌توان به لوله‌ی RTRP، لوله‌ی RPMP، لوله‌ی FRE، لوله‌ی GRP و لوله‌ی FRP اشاره کرد.
لوله‌ی RTRP، مخفف عبارت انگلیسی Reinforced Thermosetting Resin Pipe است که معنای تحت الفضلی آن لوله‌ی تقویت شدهی رزینی گرما سخت (سخت شونده در اثر گرما) است.
لوله‌ی RPMP، مخفف عبارت انگلیسی Reinforced Polymer Mortar Pipe است که معنای تحت الفضلی آن لوله پلیمری تقویت شده است.
لوله‌ی FRE، مخفف عبارت انگلیسی Fiberglass Reinforced Epoxy است که معنای تحت الفضلی آن لوله تقویت شده با اپوکسی است.
لوله‌ی GRP، مخفف عبارت انگلیسی Glass Reinforced Plastic است که معنای تحت الفضلی آن لوله‌ی پلاستیکی تقویت شده با شیشه است.
لوله‌ی FRP، مخفف عبارت انگلیسی Fiberglass Reinforced Plastic است که معنای تحت الفضلی آن لوله‌ی پلاستیکی تقویت شده با فایبرگلاس است.
همچنین لوله‌های فایبر گلاس نیز بر اساس فرآیند تولید که به دو دسته پیچیدن الیاف (Filament Winding) یا ریخته‌گری گریز از مرکز (Centrifugal Casting) ساخته می‌شوند، قابل تقسیم هستند. طبقه‌بندی یا درجه‌بندی لوله‌های فایبرگلاس اغلب با توجه به رزین خاصی که برای تولید لوله فایبرگلاس که می‌تواند اپوکسی (Epoxy)، پلی استر (Polyester) یا وینیل استر (Vinyl Ester) باشد، انجام می‌شود.
تاریخچه‌ی لوله‌های فایبرگلاس
لوله فایبرگلاس در سال ۱۹۴۸ میلادی معرفی شد. اولین کاربرد لوله‌های فایبرگلاس که هنوز هم یکی از پرکاربردترین آن‌ها است در صنعت نفت می‌باشد. لوله فایبرگلاس به عنوان یک جایگزین لوله‌های فولادی پایپینگ مانند لوله‌های فولادی پوشش دار شده و فولاد زنگ نزن که مقاوم در برابر خوردگی هستند معرفی شده‌اند. مزایای این لوله‌ها نسبت به لوله‌های پلیمری مانند لوله‌های پلی‌اتیلن (PE) و پلی ونیل کلراید (PVC) نیز اثبات شده است. در اواخر سال ۱۹۵۰ میلادی از این لوله‌ها برای استفاده در صنعت فرآیند شیمیایی استفاده شد.
از دهه ۱۹۶۰، محصولات لوله فایبرگلاس برای مصارف آب شهری و فاضلاب استفاده شده است. لوله فایبرگلاس مزایای دوام بالا، استحکام بالا به همراه مقاومت به خوردگی را با هم ارائه می‌کند.
ویژگی‌های لوله‌های فایبرگلاس
لوله فایبرگلاس یک ماده کامپوزیتی از ترکیب الیاف شیشه تقویت‌کننده (Glass Fiber Reinforcement)، رزین گرماسخت (Thermosetting Resin) و افزودنی‌های دیگر می‌باشد. لوله فایبرگلاس با خصوصیات و رفتار مکانیکی متفاوت موجود می‌باشند که تفاوت در نوع مواد تشکیل دهنده و مقدار آن‌ها و نوع فرآیند تولید باعث می‌شود که آن‌ها برای طیف وسیعی از کاربرد‌ها مناسب باشند.
در زیر لیستی از مشخصات کلی لوله‌های فایبرگلاس آورده شده است.
۱) مقاومت در برابر خوردگی یا به انگلیسی Corrosion Resistance، لوله‌های فایبرگلاس در برابر خوردگی مقاوم هستند در نتیجه نیاز پوشش‌های درونی و بیرونی ندارند. لذا در طیف وسیعی از کاربرد‌های جابجایی مایعات استفاده می‌شوند.
۲) نسبت استحکام به وزن یا به انگلیسی Strength-to-Weight Ratio، لوله‌های فایبرگلاس نسبت بالای استحکام به وزن را دارند. نسبت استحکام به وزن آن‌ها از فولاد کربنی و فولاد زنگ نزن بیشتر است.
۳) وزن سبک یا به انگلیسی Lightweight، لوله‌های فایبرگلاس سبک وزن هستند آن‌ها تقریباً یک ششم وزن محصولات فولادی مشابه و یک دهم وزن محصولات بتنی مشابه را دارند.
۴) خواص الکتریکی یا به انگلیسی Electrical Properties، لوله‌های فایبرگلاس استاندارد نارسانا هستند. برخی از تولیدکنندگان سیستم‌های لوله کشی فایبرگلاس رسانا را برای کاربرد‌هایی که نیاز به تخلیه الکتریسیته ساکن در هنگام حمل و نقل مایعات خاص مانند سوخت جت دارند، ارائه می‌دهند.
۵) ثبات ابعادی یا به انگلیسی Dimensional Stability، لوله‌های فایبرگلاس می‌توانند محدوده‌ی تلرانس‌های مجاز را نگه دارند و مورد بهره‌برداری قرار بگیرند.
۶) هزینه نگهداری کم یا به انگلیسی Low Maintenance Cost، لوله‌های فایبرگلاس هزینه نگهداری کمی دارند زیرا زنگ نمی‌زند، به راحتی تمیز می‌شود و به حداقل محافظت در برابر محیط نیاز دارند.
بررسی اجزای سازنده لوله‌های فایبرگلاس
همانطور که اشاره شد لوله‌های فایبرگلاس از ترکیب الیاف شیشه با مواد پلیمری (رزین) و افزودنی‌ها ساخته می‌شود. در ادامه هر کدام توضیح داده می‌شوند.
الیاف شیشه یا به انگلیسی Fiberglass Reinforcement، در بر گیرنده‌ی مقدار، نوع، محل و جهت‌گیری الیاف شیشه در لوله است که مقاومت مکانیکی مورد نیاز را تأمین می‌کند.
رزین یا به انگلیسی Resin، خواص فیزیکی و شیمیایی لوله را تعیین می‌کند. خواصی مانند میزان مقاومت به گرما، خواص آن در برابر حلال‌ها و گاز‌ها و غیره با توجه به نوع رزین تعیین می‌شود.
۱) الیاف شیشه
الیاف شیشه یا به انگلیسی Fiberglass Reinforcement، استحکام مکانیکی لوله‌ی فایبرگلاس را تعیین می‌کند. هر چه کیفیت الیاف بکار رفته بهتر باشد و استحکام بیشتر خواهد شد. همچنین چیدمان الیاف شیشه بر روی استحکام لوله تأثیر دارد.
الف) انواع الیاف شیشه
الیاف شیشه از که از اکسید‌های معدنی مختلف ساخته می‌شوند. رشته‌های الیاف شیشه از کشیدن شیشه مذاب به طوری که الیاف باریکی که آن‌ها را با نام Strand می‌شناسیم تولید می‌کنند.
الیاف شیشه دارای انواع مختلفی از جمله: شیشه‌ی A، شیشه‌ی AR، شیشه‌ی C، شیشه‌ی D، شیشه‌ی E، شیشه‌ی ECR، شیشه‌ی R، شیشه‌ی S، شیشه‌ی S-۲ هستند. از این بین، شیشه‌ی C، E و ECR در صنعت لوله‌های فایبرگلاس کاربرد بیشتری دارند که آن‌ها را معرفی خواهیم کرد.
شیشه‌ی C: شیشه‌ی C یا به انگلیسی C-glass، شیشه‌ی ساخته شده با بوروسیلیکات کلسیم است که در برابر خوردگی مقاوم است و در محیط‌های اسیدی خورنده استفاده می‌شود.
شیشه‌ی E: شیشه‌ی E یا به انگلیسی E-glass، شیشه‌ی ساخته شده با بوروسیلیکات‌های آلومینا-کلسیم است که به دلیل استحکام و مقاومت الکتریکی بالا در صنعت به عنوان یک فیبر همه منظوره شناخته می‌شود. این الیاف رایج‌ترین الیاف مورد استفاده در صنعت لوله‌های فایبرگلاس است.
شیشه‌ی ECR: شیشه‌ی ECR یا به انگلیسی ECR-glass، شیشه‌ی ساخته شده با آلومینوسیلیکات کلسیم است که نسبت به شیشه‌ی E، مقاومت در برابر خوردگی اسیدی بیشتری دارد.
ب) انواع فرم الیاف شیشه
فرم الیاف شیشه یا به انگلیسی Fiberglass Reinforcement Forms، به انواع زیر قابل تقسیم هستند.
۱) الیاف پیوسته یا به انگلیسی Continuous Roving، فیبر‌های بافته نشده هستند که در بسته‌بندی استوانه‌ای عرضه می‌شوند. این نوع از الیاف معمولاً برای تولید لوله‌هایی که جهت الیاف آن در جهات مختلف است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۲) الیاف حصیری یا به انگلیسی Woven Roving، دارای یک بافت یکنواخت در جهت تار و پود هستند و
در پهنا، ضخامت و اندازه مختلف تولید می‌شوند. این الیاف دارای مقاومت بالا برای چسبندگی قطعات به یکدیگر می‌باشند و علاوه بر اینکه استحکام بالایی را فراهم می‌کنند وزن زیادی نیز دارند.
۳) الیاف سوزنی تقویت‌کننده یا به انگلیسی Reinforcing Mats، نوعی از الیاف هستند که دارای رشته‌های بریده شدهی الیاف می‌باشند که با چسب‌های رزینی به همدیگر متصل شده‌اند. دو نوع از این الیاف برای ساخت لوله و فیتنگ‌های پایپینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
الف) الیاف Chopped Strand Mat، این الیاف برای ساخت لوله‌های پایپینگ با استحکام متوسط و جایی که یکنواختی سطح مقطع مهم است مطلوب می‌باشد.
ب) الیاف Woven Roving Combination Mat، زمان کمتری برای پیچیده شدن تولید لوله احتیاج دارند.
۴) پوشش سطحی یا به انگلیسی Surface Veils، الیاف سبکی هستند که اجازه می‌دهند قسمت عمده لوله را رزین تشکیل دهد و لوله‌های ساخته شده با این الیاف دارای سطح صافی هستند.
ج) چیدمان الیاف
چیدمان الیاف یا به انگلیسی Reinforcement Arrangement، به حالت‌های زیر می‌تواند انجام شود.
۱) یک جهته یا به انگلیسی Unidirectional، نوعی از چیدمان الیاف است که بیشترین استحکام در جهت الیاف فراهم می‌کند. الیاف تا ۸۰ درصد وزن، لوله را می‌توانند تشکیل دهند.
۲) دو جهته یا به انگلیسی Bidirectional، نوعی دیگری از چیدمان الیاف است که برخی از الیاف در جهت دیگری قرار دارند. فرم الیاف حصیری و مارپیچ از این نوع می‌باشند. این نوع چیدمان در جهات مختلف استحکام متفاوتی دارد، همچنین از آن می‌توان برای طراحی استحکام در جهت مطلوب استفاده کرد.
۳) الیاف چند جهته یا به انگلیسی Multidirectional (Isotropic)، نوعی دیگری از چیدمان الیاف است که علیرغم اینکه استحکام را در تمام جهات فراهم می‌کند اما استحکام کلی آن کمتر است.
۲) رزین
رزین یا به انگلیسی Resins، دومین جزء سازنده مهم لوله ها‌ی فایبر گلاس است. رزین در تعیین خواص شیمیایی، حرارتی و مکانیکی تأثیر‌گذار است. رزین‌ها به دو گروه ترموست (Thermosetting) و ترموپلاستیک (Thermoplastic) قابل تقسیم می‌باشند. لوله فایبرگلاس، طبق تعریف، تنها از رزین‌های ترموست استفاده می‌کند. رزین‌های ترموست که توسط حرارت یا مواد افزودنی شیمیایی پخت می‌شوند به دو دسته کلی پلی استر‌ها و اپوکسی‌ها تقسیم می‌شوند.
الف) رزین‌های پلی استر یا به انگلیسی Polyester Resins، معمولاً برای تولید لوله‌های آب و فاضلاب با قطر زیاد استفاده می‌شود. پلی استر‌ها مقاومت بسیار خوبی در برابر آب و مواد شیمیایی دارند و برای مقاومت اسیدی مورد توجه قرار می‌گیرند.
رزین پلی استر دارای پایه جامد می‌باشند که معمولاً در مونومر استایرن (Styrene Monomer) حل می‌شود تا ضمن برقرار کردن پیوند متقابل با آن، ساختار ترموست نهایی را تشکیل دهند.
ب) رزین‌های اپوکسی یا به انگلیسی (Epoxy Resins)، معمولاً در ساخت لوله‌های با قطر کمتر از ۳۰ اینچ استفاده می‌شوند. این لوله‌ها برای انتقال آب، مشتقات نقتی و اسید‌های رقیق مناسب هستند و معمولاً نسبت به رزین‌های پلی استر می‌توانند در دمای بالاتری، تا حدود ۱۰۸ درجه سانتی‌گراد استفاده شوند.
خواص فیزیکی لوله‌های فایبر گلاس
۱) مقاومت شیمیایی: تمام لوله‌های فایبرگلاس مقاومت بسیار خوبی در برابر شرایط جوی مختلف دارند. آن‌ها در برابر انواع خوردگی شامل گالوانیکی، حفره‌ای، و بین دانه‌ای مقاوم هستند. مقاومت شیمیایی آن‌ها تا مقدار زیادی بستگی به جنس رزین دارد که می‌توان با انتخاب رزین مناسب، آن‌ها را برای انتقال مواد بسیار خورنده مورد استفاده قرار داد.
۲) مقاومت دمایی: مقاومت دمایی لوله‌های فایبرگلاس، بستگی به رزین بکار رفته در آن‌ها دارد. مقدار مجاز دما در این لوله‌ها بستگی به شرایط محیطی و تنش مجاز دارد اما برای استفاده از این لوله‌ها در محدوده‌ی دمای متعارف صفر تا ۳۲ درجه‌ی سانتی گراد و دمای سردتر از آن هیچ محدودیتی وجود ندارد.
۳) مقاومت در برابر سایش: لوله فایبر گلاس به طور کلی مقاومت به سایش خوبی دارد و می‌توان آن را برای انتقال سیالات که دارای مواد ساینده مانند: ذرات شن و سرامیک هستند، استفاده کرد اما باید توجه داشت نباید سختی آن‌ها از سختی لوله بیشتر باشند.
۴) مقاومت در برابر آتش سوزی: رزین‌های ترموست که برای ساخت لوله‌های فایبرگلاس استفاده می‌شوند، مواد آلی هستند که می‌تواند دچار آتش سوزی شوند. گرچه می‌توان با افزودن برخی از مواد افزودنی مقاومت در برابر آتش سوزی آن‌ها را افزایش داد اما برای بررسی بیشتر میزان مقاومت این لوله‌ها در برابر حریق باید آزمایش‌های تجربی شبیه به واقعیت انجام شود.
۵) مقاومت در برابر اشعه خورشید
لوله‌های فایبر گلاس مقاومت خوبی در برابر اشعه‌ی UV خورشید دارند. همچنین برخی افزودنی‌ها به این لوله‌ها اضافه می‌شوند تا این مقاومت را افزایش دهند.
۷) مقاومت در برابر حمله بیولوژیکی
لوله فایبر گلاس، در اثر حملات باکتری‌ها، قارچ‌ها و میکروارگانیسم‌ها یا موارد دیگر خراب نمی‌شود. برای محافظت از لوله فایبرگلاس در برابر حملات بیولوژیکی نیاز به اقدام خاصی وجود ندارد.
۸) جرم گرفتگی
جرم گرفتگی مواد محلول در سیال مانند کلسیم کربنات و غیره در جداره لوله که به انگلیسی با نام Tuberculation، شناخته می‌شود یک پدیده شایع در لوله‌های فولادی است. بروز این پدیده سبب افزایش زبری داخلی لوله و ایجاد مشکل برای جریان سیال خواهد شد. این مشکل برای لوله فایبر گلاس به علت مقاومت بالا در برابر خوردگی، وجود ندارد.
خواص مکانیکی لوله‌های فایبر گلاس
محدوده‌ی خواص مکانیکی: وجود طیف وسیعی از الیاف شیشه، رزین‌ها و فرآیند‌های ساخت لوله‌های فایبر گلاس منجر شده است که نتوان یک جدول ساده برای خواص مکانیکی آن ارائه کرد. برای همین در جدول‌های ارائه شده، از محدوده‌ی خواص مکانیکی برای آن‌ها استفاده می‌شود.
آزمایش خواص مکانیکی: طیف وسیعی از خواص مکانیکی لوله فایبر گلاس وابسته به زمان می‌باشند. برای رسیدن به نتایج صحیح، باید تجزیه و تحلیل داده‌های آزمایش خواص مکانیکی به درستی انجام شود.
بر اساس استاندارد ASTM D۲۹۹۲، برای تعیین کلاس فشار لوله (Pipe Pressure Rating) باید از آزمون‌های طولانی مدت استفاده شود. یکی از این آزمون‌ها، آزمون HDB که مخفف Dydrostatic Design Basis است می‌باشد. در این آزمون حداقل ۱۸ نمونه، با استفاده از فشاری بسیار بیشتر از فشار معمولی تحت آزمایش قرار می‌گیرند تا در طول زمان دچار از کار افتادگی (Failure) شوند. اطلاعات این آزمون شامل: فشار، تنش و کرنش و سایر اطلاعات لازم دیگر در طول زمان ثبت می‌شود سپس نمودار آن برای طولانی مدت با استفاده از برون‌یابی رسم می‌شود. سپس با ظریب اطمینان بالا، این لوله‌ها می‌توانند مورد بهره‌برداری قرار بگیرند.
این صفحه را با دیگران به اشتراک بگذارید و امتیاز بگیرید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.