तंतु वक्र
फिलामेंट वाइंडिंग एक विनिर्माण तकनीक है जिसका उपयोग मुख्य रूप से खुले (सिलेंडर) या बंद अंत संरचनाओं (दबाव वाहिकाओं या टैंकों) के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में घूमने वाले खराद का धुरा पर तनाव के तहत घुमावदार तंतु शामिल हैं। मैंड्रेल स्पिंडल (एक्सिस 1 या एक्स: स्पिंडल) के चारों चप्पू घूमता है, जबकि कैरिज (एक्सिस 2 या वाई: हॉरिजॉन्टल) पर डिलीवरी आई, घूर्णन मैंड्रेल की धुरी के साथ क्षैतिज रूप से घूमती है, वांछित पैटर्न या कोण में फाइबर बिछाती है। घूर्णी अक्ष के लिए। सबसे आम तंतु फाइबर ग्लास या कार्बन फाइबर होते हैं और स्नान के माध्यम से राल के साथ संसेचित होते हैं क्योंकि वे खराद पर घाव होते हैं। एक बार मैंड्रेल पूरी तरह से वांछित मोटाई से ढक जाता है, राल ठीक हो जाता है। राल प्रणाली और इसकी उपचार विशेषताओं के आधार पर, अक्सर मैंड्रेल को आटोक्लेव किया जाता है या ओवन में गर्म किया जाता है या रेडिएंट हीटर के नीचे घुमाया जाता है जब तक कि भाग ठीक न हो जाए। एक बार राल ठीक हो जाने के बाद, खोखला अंतिम उत्पाद छोड़कर मैंड्रेल को हटा दिया जाता है या निकाला जाता है। गैस की बोतलों जैसे कुछ उत्पादों के लिए, 'मैंड्रेल' तैयार उत्पाद का एक स्थायी हिस्सा है जो गैस रिसाव को रोकने के लिए एक लाइनर बनाता है या तरल पदार्थ से संमिश्र को बचाने के लिए बाधा के रूप में संग्रहीत किया जाता है।
फिलामेंट वाइंडिंग स्वचालन के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है, और कई अनुप्रयोग हैं, जैसे कि पाइप और छोटे दबाव पोत जो बिना किसी मानवीय हस्तक्षेप के घाव और ठीक हो जाते हैं। घुमावदार के लिए नियंत्रित चर फाइबर प्रकार, राल सामग्री, पवन कोण, टो या बैंडविड्थ और फाइबर बंडल की मोटाई हैं। जिस कोण पर फाइबर लपेटा जाता है उसका अंतिम उत्पाद के गुणों पर प्रभाव पड़ता है। उच्च कोण घेरा परिधि शक्ति प्रदान करेगा, जबकि निचले कोण पैटर्न (या तो ध्रुवीय या पेचदार) अधिक अनुदैर्ध्य / अक्षीय तन्य शक्ति प्रदान करेगा।
पाइपलाइन , गोल्फ क्लब, विपरीत परासरण मेम्ब्रेन हाउसिंग, ओर्स, साइकिल फोर्क्स, वेलोसाइट बाइक, पावर और ट्रांसमिशन पोल्स, प्रेशर वेसल, मिसाइल केसिंग, हवाई जहाज फ़्यूज़लेज, लैंप पोस्ट और यॉट स्पार (नौकायन) से इस तकनीक रेंज का उपयोग करके वर्तमान में उत्पादित किए जा रहे उत्पाद।
फिलामेंट वाइंडिंग मशीन
सबसे सरल वाइंडिंग मशीनों में गति के दो अक्ष होते हैं, मैंड्रेल रोटेशन और कैरेज ट्रेवल (आमतौर पर क्षैतिज)। दो एक्सिस मशीनें केवल पाइपों के निर्माण के लिए सबसे उपयुक्त हैं। एलपीजी या सीएनजी कंटेनर जैसे दबाव वाहिकाओं के लिए (उदाहरण के लिए) चार अक्ष घुमावदार मशीन होना सामान्य है। एक चार अक्ष वाली मशीन में कैरिज यात्रा के लिए लंबवत रेडियल (क्रॉस-फीड) अक्ष होता है और क्रॉस-फीड अक्ष पर घूर्णन फाइबर पेआउट हेड लगा होता है। पेआउट हेड रोटेशन का उपयोग फाइबर बैंड को घुमाने से रोकने के लिए किया जा सकता है और इस प्रकार वाइंडिंग के दौरान चौड़ाई में भिन्नता होती है।
चार से अधिक अक्षों वाली मशीनों का उपयोग उन्नत अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है, छह-अक्ष घुमावदार मशीनों में आमतौर पर 3 रैखिक और 3 घूर्णन अक्ष होते हैं। गति के 2 से अधिक अक्षों वाली मशीनों में कंप्यूटर/सीएनसी नियंत्रण होता है, हालांकि इन दिनों नई 2-अक्ष मशीनों में अधिकतर संख्यात्मक नियंत्रण होता है। कंप्यूटर नियंत्रित फिलामेंट वाइंडिंग मशीनों को वाइंडिंग पैटर्न और मशीन पथ उत्पन्न करने के लिए सॉफ्टवेयर के उपयोग की आवश्यकता होती है, ऐसे सॉफ्टवेयर को आमतौर पर फिलामेंट वाइंडिंग मशीन निर्माताओं द्वारा या कैडफिल जैसे स्वतंत्र उत्पादों का उपयोग करके प्रदान किया जा सकता है।[1] या कैडविंड,[2] CNC मशीनों के लिए प्रोग्रामिंग तकनीकों की समीक्षा में पाया जा सकता है।[3] ऐसी वाइंडिंग प्रक्रिया का उदाहरण पूरे वेब में पाया जा सकता है।
प्रक्रिया
फिलामेंट वाइंडिंग की प्रक्रिया;
- फाइबर स्ट्रैंड / रोविंग (जिसे डायरेक्ट सिंगल एंड रोविंग कहा जाता है), या टेप की निरंतर लंबाई का उपयोग करता है
- समग्र मैट्रिक्स में कांच के उच्च प्रतिशत (70-80%) के कारण उच्च शक्ति-से-भार अनुपात वाली सामग्री के खोल में परिणाम
- पैटर्न अनुदैर्ध्य, परिधि, पेचदार या ध्रुवीय हो सकते हैं [4]
- ज्यादातर वर्कपीस के थर्मल उपचार की आवश्यकता होती है
फिलामेंट वाइंडिंग प्रक्रिया या तो निरंतर या असंतुलित प्रकार की हो सकती है।
सतत घुमावदार प्रक्रिया
निरंतर घुमावदार प्रक्रियाओं का उपयोग कम दबाव, छोटे से बहुत बड़े व्यास के पाइपों के निर्माण के लिए किया जाता है, जो अंतहीन बैंड (आमतौर पर ड्रोस्टोहोम प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है) से बने मैंड्रेल पर होता है। इस प्रक्रिया के माध्यम से निर्मित पाइप मुख्य रूप से मीडिया (पानी, सीवेज, अपशिष्ट-जल) के संचरण/वितरण नेटवर्क के लिए उपयोग किए जाते हैं। निरंतर रेशा घुमावदार मशीन आमतौर पर 2 अक्ष वाली मशीनें होती हैं जो सतत घेरा पैटर्न में फाइबर, फाइबरग्लास कपड़ा, घूंघट बिछाने में सक्षम होती हैं। ये मशीनें आमतौर पर कई हेलिकॉप्टर मोटर्स (भाग पर बहु दिशात्मक फाइबर प्लेसमेंट प्रदान करने के लिए) और सैंड हॉपर (भाग पर रेत गिराने और संरचनात्मक रूप से मजबूत कोर प्रदान करने के लिए) से लैस होती हैं।
असंतुलित घुमावदार प्रक्रिया
उच्च दबाव वाले भागों, पाइपों, दबाव वाहिकाओं और जटिल घटकों के निर्माण के लिए असंतुलित घुमावदार प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। शीसे रेशा बैंड के लिए बिछाने के कोण को अनुकूलित करने के लिए मल्टी एक्सिस मशीन का उपयोग किया जाता है।
अन्य फिलामेंट वाइंडिंग उपकरण
शीसे रेशा संसेचन
शीसे रेशा प्रत्यक्ष रोविंग्स को राल स्नान में डुबोया जाता है जहां वे राल प्रणाली के साथ लेपित होते हैं। फाइबरग्लास रोविंग में प्रत्येक स्ट्रैंड को आकार देने वाले रसायन के साथ लेपित किया जाता है जो फाइबरग्लास स्ट्रैंड और राल के बीच द्वितीयक संबंध प्रदान करता है। आकार एकल राल प्रणाली संगत हो सकता है (जैसे पॉलिएस्टर संगत या एपॉक्सी संगत) या बहु-प्रणाली संगत (पॉलिएस्टर + एपॉक्सी + पॉलीयूरेथेन संगत)। पॉलीयुरेथेन रेजिन सिस्टम के मामले को छोड़कर राल और फाइबर के बीच बंधन सुनिश्चित करने के लिए आकार देने की संगतता महत्वपूर्ण है, जहां राल सीधे कांच के साथ-साथ समान रूप से अच्छी तरह से बंधता है। पारंपरिक राल संसेचन प्रणाली डब्ल्यू डिप बाथ या डॉक्टरिंग रोल डिज़ाइन हैं, हालांकि हाल ही में अपशिष्ट को कम करने, राल संसेचन प्रभावशीलता को अधिकतम करने और समग्र मैट्रिक्स गुणों में सुधार करने के लिए संसेचन स्नान में प्रमुख प्रगति हुई है।[5] इसका परिणाम पारंपरिक स्नान की तुलना में कहीं अधिक बेहतर संसेचन और राल से ग्लास अनुपात नियंत्रण में होता है।
तत्पश्चात् संसेचित टो वास्तव में भाग के आकार को बनाने के लिए नियंत्रित पैटर्न में मैंड्रेल (मोल्ड कोर) के चारों ओर लपेटे जाते हैं। वाइंडिंग के बाद, रेजिन को ठीक किया जाता है, आमतौर पर गर्मी का उपयोग करके। मोल्ड कोर को हटाया जा सकता है या भाग (रोसाटो, डीवी) के अभिन्न अंग के रूप में छोड़ा जा सकता है। यह प्रक्रिया मुख्य रूप से खोखले, आम तौर पर गोलाकार या अंडाकार खंडों वाले घटकों, जैसे पाइप और टैंकों के लिए उपयोग की जाती है। दबाव वाहिकाओं, पाइप और ड्राइव शाफ्ट सभी को फिलामेंट वाइंडिंग का उपयोग करके निर्मित किया गया है। इसे अन्य फाइबर अनुप्रयोग विधियों के साथ जोड़ा गया है जैसे कि हैंड लेअप, pultrusion और ब्रेडिंग। संघनन फाइबर तनाव के माध्यम से होता है और राल सामग्री मुख्य रूप से मापी जाती है। तंतुओं को घुमावदार (गीली घुमावदार), पूर्व-गर्भवती (शुष्क घुमाव) या पोस्ट-गर्भवती होने से पहले राल के साथ लगाया जा सकता है। वेट वाइंडिंग में लंबे भंडारण जीवन और कम चिपचिपाहट के साथ सबसे कम लागत वाली सामग्री का उपयोग करने के फायदे हैं। पूर्व-गर्भवती प्रणालियां अधिक सुसंगत राल सामग्री वाले भागों का उत्पादन करती हैं और अक्सर तेजी से घाव हो सकती हैं।
फाइबरग्लास टेंशनर
समग्र संरचनाओं के निर्माण में फाइबर तनाव एक महत्वपूर्ण तत्व है। यदि स्ट्रैंड पर तनाव बहुत कम है, तो कंपोजिट लेमिनेट संरचना में कम यांत्रिक शक्ति और प्रदर्शन होगा। यदि तनाव बहुत अधिक है, तो स्ट्रैंड्स स्टैंड या फ़ज़ बिल्डअप के टूटने का अनुभव कर सकते हैं। अत्यधिक तनाव के कारण, लैमिनेट में रेज़िन-ग्लास अनुपात भी स्वीकार्य सीमा से अधिक बढ़ सकता है, जिसके परिणामस्वरूप लैमिनेट्स ऐसे अनुप्रयोगों में अनुपयुक्त होते हैं जो मीडिया और तरल पदार्थों को ट्रांसपोर्ट करते हैं।
शीसे रेशा टेंशनर शीसे रेशा किस्में के संसेचन से पहले या बाद में, इसके स्थान के आधार पर सूखा या गीला तनाव प्रदान कर सकता है।
सामग्री
ग्लास फाइबर वह फाइबर है जिसका उपयोग अक्सर फिलामेंट वाइंडिंग के लिए किया जाता है, कार्बन और अरिमिड फाइबर का भी उपयोग किया जाता है। अधिकांश उच्च शक्ति वाली महत्वपूर्ण एयरोस्पेस संरचनाएं एपॉक्सी या पॉलीयुरेथेन रेजिन के साथ उत्पादित की जाती हैं, जिनमें से अधिकांश अन्य अनुप्रयोगों के लिए एपॉक्सी, पॉलीयुरेथेन या सस्ते पॉलिएस्टर रेजिन निर्दिष्ट किए जाते हैं। बिना किसी ब्रेक या जॉइन के निरंतर सुदृढीकरण का उपयोग करने की क्षमता निश्चित लाभ है, जैसा कि उच्च फाइबर वॉल्यूम अंश है जो प्राप्य है, लगभग 60% से 80%। जब तक बाहरी सतह पर द्वितीयक ऑपरेशन नहीं किया जाता है, तब तक फिलामेंट घाव की संरचना की केवल आंतरिक सतह चिकनी होगी। मंडल को हटाने से पहले घटक सामान्य रूप से उच्च तापमान पर ठीक हो जाता है। मशीनिंग या ग्राइंडिंग जैसे फिनिशिंग ऑपरेशन सामान्य रूप से आवश्यक नहीं होते हैं (फर्नेस, जे., एज़ॉम डॉट कॉम)।
- रेजिन: कोई भी, उदा। epoxy, polyurethane , पॉलिएस्टर, vinylester, फेनोलिक राल, खुला , polyimide
- फाइबर: ग्लास, धातु, कार्बन और बोरॉन फाइबर। रेशों का उपयोग सीधे क्रेल (कपड़ा) से किया जाता है और कपड़े के रूप में बुना या सिला नहीं जाता है।
- कोर: कोई भी, हालांकि घटक आमतौर पर एकल त्वचा होते हैं।
खतरे
उत्सर्जन
पॉलिएस्टर और विनाइल एस्टर राल सिस्टम का उपयोग करने वाले फाइबरग्लास निर्माण प्रक्रियाओं में कर्मचारी कई खतरों - स्टाइरीन के उच्च स्तर के संपर्क में हैं।[6] जैसे-जैसे स्टाइरीन उत्सर्जन नियंत्रण और सीमाएं सख्त होती जा रही हैं, उद्योग धीरे-धीरे पॉलीयुरेथेनेस जैसी राल प्रणालियों की ओर बढ़ रहा है जिनमें वाष्पशील सॉल्वैंट्स नहीं होते हैं।((cn))
बिसफेनोल ए
बिस्फेनॉल ए (बीपीए) एपॉक्सी राल सिस्टम का प्रमुख घटक है। BPA संदिग्ध एंडोक्राइन डिसरप्टर है और कई देशों में इसे बेबी बोतल जैसे उत्पादों में इस्तेमाल करने पर प्रतिबंध लगा दिया गया है। क्योंकि बीपीए पशु अध्ययन में प्रजनन, विकासात्मक और प्रणालीगत विषाक्त है और कमजोर रूप से एस्ट्रोजेनिक है, विशेष रूप से बच्चों के स्वास्थ्य और पर्यावरण पर इसके संभावित प्रभाव के बारे में प्रश्न हैं। यूएस-ईपीए बीपीए आधारित सामग्री लाइनिंग वॉटर और वेस्ट वॉटर पाइप में बीपीए के लिए वैकल्पिक विश्लेषण शुरू करने का इरादा रखता है क्योंकि इस एप्लिकेशन में मानव और पर्यावरणीय जोखिम की संभावना हो सकती है।[7] पाइप जैसे एपॉक्सी-आधारित मिश्रित उत्पादों से बीपीए ऊंचा तापमान के अधीन होने पर द्रव माध्यम (पानी) में निकल सकता है और यह चिंता का कारण है।
संदर्भ
- ↑ Advanced Filament winding software
- ↑ Cadwind filament winding software
- ↑ Stan Peters, "Composite Filament Winding", 2011 , ch 4, ISBN 1615037225
- ↑ Todd, Robert H. "Manufacturing Processes Reference Guide." Industrial Press Inc. New York. 1994. Pg. 228
- ↑ Urethane Composites Group LLC
- ↑ http://www.doli.state.mn.us/pdf/fiberglass.pdf[bare URL PDF]
- ↑ BPA Action Plan - US EPA
बाहरी संबंध
- Urethane Composites Group - Ground breaking Filament Winding Polyurethane Resins, technology and equipment
- Autonational
