عوامل مؤثر بر عایق حرارتی شدن پرده

کاهش ذخایر انرژی و نگرانی مشتری به خاطر هزینه‌های انرژی به افزایش نیاز برای تحقیق در حوزه حفظ انرژی منجر شده است حفظ انرژی در ساختمان‌ها، حفظ انرژی گرمایی همراه با استفاده کم از انرژی را شامل می‌شود و تا حدودی با حداقل کردن جریان گرمایی بین محیط‌های بیرون و داخل بدست می‌آید مطالعات کمی در مورد نقش وسایل نساجی خانگی در حفظ انرژی خانه وجود داشته است

دسته بندی	نساجی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	927 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	220

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه................................... 1

1-1- اهداف.............................. 4

1-2- فرضیه ها........................... 5

1-3- پنداشت ها (گمان ها)................ 6

1-4- محدودیت ها......................... 6

1-5- تعاریف............................. 7

فصل دوم................................. 10

مرور مقاله.............................. 10

2-1- حفظ انرژی.......................... 11

2-2- تئورسی انتقال حرارت................ 12

2-3- طراحی و عملکرد پنجره............... 14

2-4- ویژگی های بافت، لیف (رشته) وپارچه.. 17

2- 5- نشت پذیری هوا و تخلخل............. 19

2-5-1- رابطه بین نشت پذیری هوا و تخلخل.. 21

2-5-2- تخلخل و هندسه پارچه.............. 22

2-5-3- فاکتورهای پارچه و لیف مرتبط با نشت پذیری هوا 27

2-5-4- لایه‌های چندگانه پارچه............. 29

2-6- رطوبت.............................. 30

2-7- پرده‌ها و دیگر وسایل عایق‌بندی پنجره. 32

2-8- ابزار سازی......................... 63

فصل سوم : رویکرد......................... 67

3-1- پارچه‌ها............................ 68

3-2- ویژگی‌های پارچه..................... 69

3-3- شکل هندسی پرده‌ها................... 75

3-3-1- تعیین سطح اسپیسر................. 81

3-3-2- تعیین حجم........................ 90

3-3-3- مساحت سطح پارچه.................. 91

3-4- انتقال حرارت....................... 92

3-5- طرح تجربی (آزمایشی)................ 94

3-6- تحلیل آماری ....................... 97

فصل چهارم............................... 99

نتایج و بحث ............................ 99

4-1- مقدمه.............................. 100

4-2- ضریب گسیل لایه‌های تکی .............. 101

4-2-1- تضادها براساس نوع بافت........... 109

4-2-2- تفاوت‌ها براساس گشادی بافت........ 110

4-2-3- تفاوت‌های براساس رنگ پارچه ....... 111

4-3- آزمایش‌های دو لایه................... 112

4-3-1- نوع پارچه........................ 116

4-3-2- فشردگی پرده...................... 117

4-3-3- فشردگی آستری..................... 117

4-3-4- فاصله سه بعدی.................... 118

4-3-5- ترکیب فشردگی پرده و فشردگی آستری. 119

4-3-6- ترکیب فشردگی پرده، فشردگی آستری و فاصله گذاری 121

4-3-7- رطوبت نسبی....................... 123

4-3-8- خلاصه نتایج چند لایه............... 124

4-4- ویژگی‌های فیزیکی.................... 124

4-4-1- مدل‌های تک لایه.................... 125

4-4-2- مدل‌های چند لایه................... 129

4-4-3- ویژگی‌های منحصر بفرد.............. 131

4-5- خلاصه............................... 132

فصل پنجم ............................... 137

خلاصه، بحث‌ها و توصیه‌ها................... 137

5-1- خلاصه و نتایج....................... 138

5-2- توصیه‌ها............................ 141

عنوان صفحه

2-1. جدول : ویژگی های فیزیکی پارچه..... 34

2-4. جدول : مقدار با عدد a DF = فشردگی پرده به درصد و b LF = فشردگی آستر............................. 41

2-10. جدول. دو عامل تحلیل واریانس برای پارچه‌ها در لایه‌های مجزا.................................... 42

2-13. جدول ضریب گسیل، با نوع بافت و رطوبت نسبی 42

2-23. جدول مقادیر ضریب گسیل با فشردگی پرده و فشردگی آستری................................... 44

2-24. جدول مقادیر ضریب گسیل با فشردگی پرده، فشردگی آستری و فاصله گذاری................................. 45

2-25. جدول ضریب گسیل توسط پارچه و فشردگی پرده 46

2-26. جدول ضریب گسیل توسط پارچه و فشردگی آستر 46

2-27. جدول ضریب گسیل با پارچه و فاصله گذاری 47

2-28 .جدول ضریب گسیل با پارچه و رطوبت نسبی 47

2-40. جدول مقادیر ضریب گسیل ـ فاز 2 (لایه‌های دوگانه) 53

3-5 . جدول مساحت سطح پارچه............. 91

3-6. جدول مساحت سطح پارچه در وضعیت (مختلف) 91

4-7. جدول مقادیر ضریب گسیل پارچه‌ها (تک لایه‌ها، صاف) 105

4-14. جدول ضریب گسیل‌ها توسط گشادی بافت..... 108

4-15. جدول ضریب گسیل‌ها توسط گشادی بافت و رطوبت نسبی 108

4-16. جدول ضریب گسیل‌ها توسط رنگ............. 108

4-17. جدول ضریب گسیل‌ها توسط گشادی بافت و رطوبت نسبی 110

4-18. جدول ضریب گسیل‌ها توسط رنگ............ 111

4-19. جدول تفاوت‌های پارچه‌های تک لایه براساس رنگ 112

4-20. جدول میانگین‌های تأثیرات عامل اصلی برای مدل‌های چند لایه 114

4-21. جدول تحلیل‌های واریانس برای پارچه‌های لایه‌دار شده 115

4-31. جدول تحلیل‌های رگرسیون برای پارچه‌های تک لایه مدل 1 125

4-32. جدول تحلیل‌های رگرسیون برای پارچه‌های تک لایه، مدل 2 127

4-33. جدول تحلیل‌های رگرسیون برای پارچه‌های تک لایه ـ مدل 3 127

4-34. جدول تحلیل رگرسیون برای پارچه‌های تک لایه ـ مدل 4 128

4-35. جدول تحلیل‌های رگرسیون برای پارچه‌های تک لایه ـ مدل 5 129

4-36. جدول تحلیل‌های رگرسیون برای پرده‌های چند لایه ـ مدل 1 130

4-37. جدول تحلیل‌های رگرسیون برای پرده‌های چند لایه ـ مدل 2 131

4-38. جدول تحلیل‌های رگرسیون پرده‌های چند لایه ـ مدل 3 131

5-39.جدول مقدار ضریب گسیل ـ فاز یک (تک لایه). 137

2-2 نمودار : تراوش پذیری هوا از لایه های متوالی پارچه G 36

2-5 نمودار:ساختار منحنی دارای فشردگی 50 درصدی 37

2-6 نمودار:تعیین فشردگی 50 درصدی .......... 37

2-11 نمودار:هندسه فاصله دارای فشردگی 50 درصد 38

2-12 نمودار:بخش A12 از فاصله اندازفشردگی 50 درصد 39

2-13 نمودار:هندسه فاصله انداز دارای فشردگی 100درصد 40

2-31 نمودار.ضریب گسیل حرارت پارچه‌های تکی در سطوح متفاوت رطوبت 42

2-32 نمودار.ضریب گسیل انواع بافت با سطوح رطوبت نسبی 42

2-33 شکل .ضریب گسیل پارچه‌های پرده لایه شده با پارچه آستری 43

2-34 نمودار.تفاوت‌ها در ضریب گسیل بین پارچه‌ها با فشردگی پرده 47

2-35 نمودار.تأثیر فشردگی آستری روی ضریب گسیل 48

2-36 نمودار.تأثیر فشردگی استری روی ضریب گسیل پارچه‌های مختلف پرده‌ای...................................... 49

2-37 نمودار. ضریب گسیل پرده‌ها با فاصله‌گذاری 50

2-38 نمودار.تأثیر فاصله گذاری بین پارچه‌های روی ضریب گسیل 51

2-39 نمودار. تفاوت‌ها در ضریب گسیل بین پارچه‌ها با رطوبت نسبی 52

3-1 نمودار . فاکتورهای پارچه............... 68

3-3 شکل فاکتورهای شکل....................... 76

3-7 شکل. فشردگی صد در صد.................... 78

3-8 شکل ایجاد کمان دارای فشردگی 100 درصد.... 78

3-9 شکل اسپیسر آستری........................ 79

3-10 شکل. اسپیسرهای اولیه و ثانویه.......... 80

3-14 شکل. بخش A1 از اسپیسر دارای فشردگی 100 درصد 84

3-15 شکل. بخش A2 از اسپیسر دارای فشردگی 100 درصد 84

3-16 شکل. اسپیسر مورد استفاده برای فشردگی آستری 50 درصد 85

3-17 شکل. اسپیسرمورد استفاده برای فشردگی پرده 50 درصد با آستری صاف وفاصله گذاری صفر....................... 85

3-18 شکل. اسپیسر مورد استفاده برای فشردگی پرده 50 درصد با آستری صاف و فاصله گذاری 4/1 اینچ............ 85

3-19 شکل. اسپیسر مورد استفاده برای فشردگی پرده 50 درصد با آستری صاف و فاصله گذاری2/1 اینچ............. 85

3-20 شکل. اسپیسر مورد استفاده برای فشردگی آستری 100 درصد 85

3-21 شکل. اسپیسر مورد استفاده برای فشردگی پرده 100 درصد با آستری صاف و فاصله گذاری صفر................. 86

3-22 شکل. اسپیسر مورد استفاده برای فشردگی پرده 100 درصد با آستری صاف و فاصله گذاری 4/1 اینچ............ 86

3-23 شکل. اسپیسر مورد استفاده برای فشردگی پرده 100 درصد با آستری صاف و فاصله گذاری2/1 اینچ............. 86

3-24 شکل. اسپیسر برای سطوح یکسان فشردگی پرده و فشردگی آستری 86

3-25 شکل. کمان‌های اسپیسر مورد استفاده برای سطوح یکسان فشردگی پرده و فشردگی آستری............. 87

3-26 شکل. کمان‌های اسپیسر فشردگی 100 درصد.... 88

3-27 شکل. پنجره آزمایشی..................... 93

3-28 شکل. طرح تحقیق ـ فاز یک................ 95

3-29شکل. طرح تحقیق ـ فاز دو................. 96

4-30 شکل ضریب گسیل حرارتی پارچه‌های تک لایه... 105

مقدمه

کاهش ذخایر انرژی و نگرانی مشتری به خاطر هزینه‌های انرژی به افزایش نیاز برای تحقیق در حوزه حفظ انرژی منجر شده است. حفظ انرژی در ساختمان‌ها، حفظ انرژی گرمایی همراه با استفاده کم از انرژی را شامل می‌شود و تا حدودی با حداقل کردن جریان گرمایی بین محیط‌های بیرون و داخل بدست می‌آید. مطالعات کمی در مورد نقش وسایل نساجی خانگی در حفظ انرژی خانه وجود داشته است. اگرچه پنجره‌های دارای عایق بندی خوب پیدا شده‌اند که انتقال گرما بین محیط بیرون و داخل را کاهش می‌دهند، اما نقش پرده‌های ضخیم در عایق‌بندی پنجره به طور مفصل بررسی نشده‌اند، مخصوصاً مواردی که به تعدیل رطوبت نسبی داخل مربوط می‌شوند.

پنج درصد از مصرف کلی انرژی ملی ما، از طریق پنجره‌های ساختمانی به هدر می‌رود. اخیراً تکنیک‌های حفظ انرژی خانه، در کاهش اتلاف انرژی از طریق پنجره‌ها دارای کارایی کمتری نسبت به تکنیک‌های حفظ انرژی از طریق دیوارها، سقف‌ها و کف‌ها بوده‌اند.

اگرچه اتلاف کلی انرژی از یک خانه کاهش می‌یابد زمانی که به خوبی عایق‌بندی شود ولی با این حال درصد واقعی اتلاف انرژی از طریق پنجره‌ها افزایش می‌یابد. انواع خاصی از طرح‌های پنجره در کاهش اتلاف انرژی مؤثر هستند. با این وجود، این کاهش هنوز با کاهش اتلاف انرژی از طریق دیوارهای دارای عایق مناسب برابر نیست.

اگر به خوبی سامان‌دهی شود، پرده‌های پنجره می‌توانند به کاهش اتلاف انرژی از طریق پنجره‌ها کمک کنند. همچنین آنها مزیت انعطاف‌پذیری را نیز دارد که به سادگی می‌توان آنها را باز کرد تا از انرژی خورشیدی استفاده حداکثر را برده یا اینکه بسته شوند تا اتلاف انرژی را کاهش دهند.

پرده‌ها می‌توانند بر حفظ انرژی به وسیله کاهش اتلاف حرارتی زمستان و بدست آوردن حرارت تابستان تأثیر گذارند. بررسی‌ها نشان داده‌اند که توانایی وسایل سایبان پنجره برای مسدود کردن جریان هوا، تنها ویژگی مهم در تأثیر بر مقدار کلی عایق بندی می‌باشد. با این وجود اگر پرده‌ها با مدل درزبندی کاربردی و کارایی طراحی شوند.

تا اتلاف حرارت همرفتی را کنترل کنند، اهمیت بافت دیگر، ویژگی‌های ساختاری و تاروپود به میان می‌آید. در حالی که چنین مطالعه مجزا بر ویژگی‌های عایق بندی مختلف پرده‌ها و دیگر وسایل سایبان متمرکز شده‌اند، اهمیت نسبی هر یک از این فاکتورها مشخص نشده‌اند.

رطوبت‌های نسبی داخل به طور فصلی فرق می‌کنند. براساس نوع سیستم گرمایی مورد استفاده، رطوبت‌های نسبی بسیار پایین در زمستان متحمل می‌شوند. با این وجود، پیشرفت‌ها در تکنولوژی ساخت و ساز که از تأکید اخیر بر راندمان گرمایی نشات گرفته، به مقادیر کم نشت و هواکشی در ساختمان‌ها منجر شده است. علاوه بر تأثیر نامطلوب کیفیت هوای داخل وضعیت دیگری که از ترکیب نشت کم و دماهای پایین داخل نشات می‌گیرد افزایشی در رطوبت نسبی داخل اغلب تا نقطه تقطیر در ساختمان می‌باشد. پیچیدگی بیشتر مسئله، رطوبت نسبی داخل را از طریق استفاده از دستگاه‌های مرطوب کن مکانیکی افزایش می‌دهد و به عنوان محافظتی در مقابل سرمای زمستان توصیه می‌شود.

خواه به خاطر نشت کم، دمای پایین داخل یا استفاده از دستگاه‌های مرطوب‌کن فنی، تغییرات رطوبت نسبی بر ویژگی‌های عایق بندی پارچه‌های پرده تأثیر خواهد گذاشت.

رابطه بین خصوصیات جذب رطوبت از یک بافت و ویژگی‌های عایقی آن در سطوح مختلف رطوبت نسبی توضیح داده نشده است. در حالی که انتظار می‌رود که پرده‌های دارای بافت‌های هیدرولیک واکنش بیشتری به تغییر در رطوبت نسبی نسبت به بافت‌هایی نشان خواهند داد از بافت‌های هیدروفوبیک تشکیل شده‌اند، اما تأثیر این واکنش روی ویژگی‌های عایق پرده در این مقاله گزارش نشده است.

تعیین انرژی بهینه که خصوصیات پرده‌ها را حفظ می‌کند ضروری است تا پرده‌ها را توسعه دهند تا زمانی که در ترکیب با پنجره‌های خوب عایق‌بندی شده استفاده می‌شوند، اتلاف انرژی پنجره را به اندازه اتلاف انرژی از طریق دیوارها کاهش خواهد داد، در حالی که مزایای مطلوب پرده‌ها و پنجره‌ها شامل انعطاف‌پذیری، قابل مشاهده بودن و حرارت خورشیدی را موقع نیاز و وجود حس زیباشناسی را افزایش می‌دهد.

این پروژه بر روابط میان انتقال حرارت، رطوبت نسبی و چند بافت و پارچه و ویژگی‌های ساختاری پرده‌ها متمرکز است. متغیرهای مستقل نوع بافت (هیدروفیلیک یا هیدروفوبیک)، رنگ، ساختار پارچه (باز بودن بافت) فشردگی بافت پارچه رویی، و پارچه آستری و فاصله بین روی پارچه پرده و آستر را شامل می‌شوند. متغیر وابسته مقدار انتقال گرمایی از پرده به اضافه پنجره می‌باشد. مقادیر انتقال از مدل‌های پرده که ترکیبات سطوح مختلف هر یک از متغیرها را دارا می‌باشد، به دو روش رطوبت نسبی مختلف اندازه‌گیری می‌شود.

- اهداف

اهداف کلی این تحقیق عبارت بودند از:

1. تعیین نقش رطوبت و هیدروفیلیسیتی بافت در جریان گرمایی از طریق دستگاه‌های پارچه آستری و پرده منسوج.

2. مطالعه تأثیر هندسه دستگاه پرده (صاف و برعکس بودن پارچه‌های پرده و آستری کاملاً پلیسه‌دار و تمایز سه بعدی بین پارچه‌های پرده و آستری) روی جریان حرارتی.

که نتیجه این کار بررسی تأثیر هندسه پارچه (بافت باز) و ویژگی‌های مختلف فیزیکی روی جریان حرارتی بود.

3. تعیین تأثیر سیستم پرده و پنجره روی جریان حرارتی.

2- فرضیه‌ها

فرضیه‌های زیر در این تحقیق بررسی شدند:

1. تفاوت اساسی بین ده نمونه پارچه موجود از نظر مقادیر انتقال تا زمانی که با وضعیت صاف و یک لایه شده آزمایش می‌شود.

2. تفاوت اساسی بین مقادیر انتقال پارچه‌های هیدروفیلیک و مقادیر انتقال پارچه‌های هیدروفوبیک وجود خواهد داشت.

3. تفاوت اساسی بین مقادیر انتقال پارچه‌های رنگی روشن و پارچه‌های رنگی تاریک وجود خواهد داشت.

4. تفاوت اساسی بین مقادیر انتقال پارچه‌های دارای بافت باز و پارچه‌های دارای بافت متراکم وجود خواهد داشت.

5. تفاوت اساسی بین مقادیر انتقال پرده‌های آزمایش شده با رطوبت نسبی پایین و موارد آزمایش شده با رطوبت نسبی بالا وجود خواهد داشت.

6. تفاوت اساسی بین مقادیر انتقال چهار پارچه رنگی روشن موجود تا زمانی که با وضعیت لایه قرار داده شده با پارچه آستری آزمایش شود.

7. تفاوت اساسی بین مقادیر انتقال پرده‌ها موجود که سطوح متفاوتی از فشردگی پرده را نشان می‌دهد.

8. تفاوت اساس بین مقادیر انتقال پرده‌ها موجود که سطوح متفاوتی از فشردگی آستر را نشان می‌دهد.

9. تفاوت اساسی بین مقادیر انتقال پرده‌ها موجود که سطوح مختلفی از فاصله سه بعدی بین پارچه آستری و پارچه پرده را نشان می‌دهند.

3- پنداشت‌ها (گمان‌ها)

در انجام این تحقیق، گمان‌های زیر ایجاد شده‌اند:

1. پارچه‌های انتخاب شده برای مطالعه، نمایانگر حداکثر ویژگی‌های موجود در جذب رطوبت، رنگ و گشادی پارچه منسوج هستند.

2. تست پنجره، طرح پرده مصنوعی و دما و رطوبت‌های نسبی مورد استفاده برای تست،که نمادی از مواد دریافت شده در محل‌های مسکونی هستند.

3. تمام تکنیک‌های مورد استفاده معتبر و قابل تولید مجدد هستند.

4ـ محدودیت‌ها

محدودیت‌های زیر برای این مطالعه بکار می‌روند:

1. پارچه‌های منتخب برای مطالعه فقط 100 درصد محتوای یک بافت مجزا را نشان می‌دهند. از هیچ بافت یک دستی استفاده نمی‌شود.

2. مدل‌های پرده فقط در دو سطح رطوبت نسبی داخلی، یک سطح دمای داخلی و یک متغیر دمای بیرونی ـ داخلی ارزیابی می‌شوند.

3. اشکال سه بعدی برای فاصله بین سه سطح پارچه‌های آستری و پرده و فقط یک سطح بین آستری و شیشه پنجره محدود می‌شوند.

4. فقط دو سطح از فشردگی پرده در برگرفته می‌شوند و فقط دو سطح از فشردگی آستر با هر سطح از فشردگی پرده ارزیابی می‌شوند.

5. فقط یک نوع از پارچه آستری به شکل لایه دوگانه مطالعه شد.

6. در زمان آزمایش پرده‌ها کاملاً به پنجره در قسمت بالا، پایین و دو طرف درزبندی می‌شوند. یافته‌های این مطالعه مستقیماً برای سیستم‌های پنجره ـ پرده قابل کاربرد نیستند که با یک درزبند پرده به دیوار محکم ساخته نشده‌اند.

7. فقط دو تکرار از هر آزمایش وجود داشت.

5- تعاریف

به منظور به دست آوردن اندازه‌های شمارشی هر متغیر مستقل، از چندین تعریف متفاوت در این تحقیق از کلی و معمولی مورد استفاده قرار می گیرند . این اصطلاحات خاص عبارتند از: هیدروفیلیسیتی، رنگ، گشادی پارچه، وزن پارچه، ضخامت پارچه، رطوبت نسبی، شرایط جوی استاندارد، اتاق دارای شرایط آزمایشگاهی، نشت گرمایی، انتقال گرمایی و فشردگی.

ماهیت هیدروفیلیک یا هیدروفوبیک یک بافت معمولاً به ظرفیت بافت برای جذب آب اشاره می‌کند. برای این مطالعه، هیدروفیلیسیتی تعریف مشابهی مثل بدست آوردن رطوبت دارد که توسط ASTM اینگونه تعریف می‌شود: «مقدار آب داخل یک پارچه که تحت شرایط مشخص تعیین شده و به عنوان درصدی از کل نمونه بدون آب بیان می‌شود.»

رنگ به روشنی یا تیرگی اشاره می‌کند که به وسیله میانگین برداشت از مقدار L در تفاوت‌سنج رنگ‌ها نترلب (مدل 2D25D) مشخص شده که یک برداشت L از 100 کاملاً سفید و یک برداشت L از صفر کاملاً سیاه می‌باشد.

بازی (گشادی) پارچه معمولاً قضاوتی ذهنی است که به قابلیت پارچه مربوط می‌شود که اجازه دهد روشنی از میان سوراخ پارچه یا نفوذپذیری هوا عبور کند. با این وجود، در محتوای این تحقیق، گشادی (بازی) پارچه تعریف مشابهی مثل نفوذپذیری هوا دارد که توسط ASTM اینگونه تعریف می‌شود: نسبت جریان هوا از میان یک پارچه تحت یک فشار متغیر بین دو سطح پارچه.

وزن پارچه جرم در هر واحد سطح است که اینگونه نوشته می‌شود:

ضخامت پارچه فاصله بین سطوح پایینی و بالایی پارچه که تحت فشار خاصی اندازه‌گیری می‌شود.

رطوبت نسبی نسبت فشار واقعی بخار آب موجود به ماکزیمم فشار ممکن (توازن اشباع) بخار آب در فضا در دمای مشابه که با درصد بیان می‌شود.

شرایط جوی استاندارد که از رطوبت نسبی 2%±65 و دمای °F2±70 (°C1±21) تشکیل می‌شود.

اتاق دارای شرایط آزمایشگاهی اتاقی است که تجهیز می‌شود تا شرایط جوی استاندارد را با تحمل استاندارد حفظ کند.

انتقال گرمایی اندازه‌گیری مستقیم جریان گرمایی از یک پارچه است که اینگونه نوشته می‌شود: Btx/hr/ft²/°F. انتقال گرمایی اغلب به «مقدار x» اشاره می‌شود.

نشت گرمایی یک پارچه اندازه مقاومت آن به جریان گرمایی است که به عنوان مقدار R بیان می‌شود. مقدار R عکس مقدار x است.

فشردگی عرض پارچه مورد استفاده می‌باشد تا عرض پنجره را پر کند که به عنوان درصد بیان می‌شود.برای 100% فشردگی دو برابر عرض پارچه مورد نیاز برای پر کردن فاصله‌ای می‌باشد که توسط پرده بسته پوشیده می‌شود در حالی که 50% فشردگی یک و نیم برابر عرض پارچه مورد نیاز برای پر کردن فاصله‌ای می‌باشد که توسط پرده بسته پوشیده می‌شود. در فشردگی صفر درصد، عرض پارچه‌ای که پنجره را می‌پوشاند، برابر عرض پنجره می‌باشد بنابراین پارچه صاف است.

عوامل مؤثر بر عایق حرارتی شدن پردهتئوری انتقال حرارتپرده‌طراحی پنجره

اندازه گیری یون کروم (III) در پساب رنگی

روش­های سینتیکی اسپکترفوتومتری از جمله روش­های تجربه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونه­های موجود در نمونه می­باشند که ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است این خصوصیات کاربرد این تکنیک را در حد وسیعی برای بررسی رفتار ترکیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پساب­های صنعتی میسر می­سازد نظر به اهمیت ایجاد آلو

دسته بندی	نساجی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	1303 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	75

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

چکیده :

روش­های سینتیکی- اسپکترفوتومتری از جمله روش­های تجربه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونه­های موجود در نمونه می­باشند که ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است. این خصوصیات کاربرد این تکنیک را در حد وسیعی برای بررسی رفتار ترکیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پساب­های صنعتی میسر می­سازد. نظر به اهمیت ایجاد آلودگی توسط رنگ­های آلی در پساب­های صنعتی ارائه روش­های مناسب و جدید با حداقل هزینه و کارآیی بالا به منظور حذف این گونه ترکیبات مورد نظر پژوهشگران بوده و هست.

در این پروژه علاوه بر ارائه فاکتورهای مؤثر در تخریب رنگ متیلن­بلو می­توان به اندازه­گیری یون کروم که یک ماده سرطان­زاست، پرداخت. یک روش حساس و ساده برای تعیین مقادیر بسیار کم کروم به روش سینتیکی- اسپکتروفوتومتری براساس اثر بازدارندگی کروم در واکنش اکسیدشدن متیلن­بلو توسط پتاسیم نیترات در محیط اسیدی (H₂SO₄ 4 مولار) معرفی شده است. این واکنش به روش اسپکتروفوتومتری و با اندازه­گیری کاهش جذب متیلن­بلو در طول موج 664 نانومتر به روش زمان ثابت استفاده شده است.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

چکیده

فصل اول : اسپکتروفوتومتری

1-1- اساس اسپکتروفوتومتری جذبی................. 14

1-2- جذب تابش.................................. 15

1-3- تکنیک­ها و ابزار برای اندازه­گیری جذب تابش ماوراء بنفش و مرئی 15

1-4- جنبه­های کمی اندازه­گیریهای جذبی............ 16

1-5- قانون بیر- لامبرت (Beer - Lamberts Law)......... 17

1-6- اجزاء دستگاهها برای اندازه­گیری جذبی....... 21

فصل دوم : کاربرد روشهای سینتیکی در اندازه­گیری

2-1- مقدمه..................................... 23

2-2- طبقه­بندی روشهای سینتیکی................... 25

2-3- روشهای علمی مطالعه سینتیک واکنشهای شیمیایی 27

2-4- غلظت و سرعت واکنشهای شیمیایی ............. 28

2-5- تاثیر قدرت یونی........................... 28

2-6- تاثیر دما................................. 29

2-7- باز دارنده­ها.............................. 30

2-8- روشهای سینتیک............................. 30

2-8-1- روشهای دیفرانسیلی....................... 31

2-8-1-1- روش سرعت اولیه........................ 31

2-8-1-2- روش زمان ثابت ........................ 33

2-8-1-3- روش زمان متغیر........................ 34

2-8-2- روشهای انتگرالی......................... 35

2-8-2-1- روش تانژانت .......................... 36

2-8-2-2- روش زمان ثابت......................... 36

2-8-2-3- روش زمان متغیر........................ 37

2-9- صحت دقت و حساسیت روشهای سینتیکی........... 38

فصل سوم: کروم

مقدمه ......................................... 2

3-1- تعریف چرم................................. 4

3-2- لزوم پوست پیرایی ......................... 4

3-3- پوست پیرایی با نمک­های کروم (دباغی کرومی) . 5

3-4- تاریخچه پوست پیرایی با نمک­های کروم (III) .. 5

3-5- معادله واکنش با گاز گوگرد دی اکسید­........ 6

3-6- شیمی نمک­های کروم (III) .................... 6

3-7- شیمی پوست پیرایی با نمک­های کروم (III)...... 7

3-8- عامل های بازدارنده (کند کننده)............ 8

3-9- مفهوم قدرت بازی........................... 8

3-10- نقش عامل­های کندکننده در پوست پیرایی با نمک­های کروم (III) 9

3-11- عامل­های مؤثر بر پوست پیرایی کرومی........ 10

3-12- رنگ­آمیزی چرم­............................. 10

3-13- نظریه تثبیت رنگینه­ها..................... 11

3-14- صنعت چرم سازی و آلودگی محیط زیست......... 11

3-15- منبع­ها و منشأهای پساب کارخانه­های چرم سازی 12

فصل چهارم : بخش تجربی

4-1- مواد شیمیایی مورد استفاده................. 40

4-2- تهیه محلول­های مورد استفاده................ 40

4-3- دستگاه های مورد استفاده................... 41

4-4- طیف جذبی.................................. 42

4-5- نحوه انجام کار .......................... 43

4-6- بررسی پارامترها و بهینه کردن شرایط واکنش . 44

4-7- بررسی اثر غلظت سولفوریک اسید ............. 45

4-8- بررسی اثر غلظت متیلن بلو ................. 48

4-9- بررسی اثر غلظت آسکوربیک اسید ............. 51

4-10- شرایط بهینه ............................. 54

4-11- روش پیشنهادی برای اندازه گیری کروم ...... 54

فصل پنجم: بحث و نتیجه­گیری

5-1- مقدمه..................................... 55

5-2 – بهینه نمودن شرایط........................ 56

منابع ومآخذ.................................... 57

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول (3-1). طبقه بندی عمومی روشهای سینتیکی..... 26

جدول (4-1). مواد شیمیایی مورد استفاده.......... 40

جدول (4-2). تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت H₂SO₄ 46

جدول (4-3). تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت MB 48

جدول (4-4). تغییرات برحسب غلظت های متفاوت AA 52

فهرست نمودارها

عنوان صفحه

نمودار (4-1) تشخیص طول­موج ماکسیمم رنگ متیلن­بلو. 42

نمودار (4-2) اثر تخریب رنگ متیلن بلو بدون حضور کروم (III) 44

نمودار (4-3). تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت H₂SO₄ 46

نمودار (4-4). تغییرات بر بر حسب غلظت های متفاوت MB 48

نمودار (4-5). تغییرات در برحسب غلظت های متفاوت AA 52

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل (2-1) اجزاء دستگاه­ها برای اندازه­گیری جذب تابش 21

شکل (3-1) سرعت واکنش نسبت به زمان.............. 23

شکل (3-2) روش سرعت اولیه....................... 32

شکل (3-3) روش زمان ثابت........................ 34

شکل (3-4) روش زمان متغیر....................... 35

شکل (3-5) روش تانژانت.......................... 36

فصل اول

اسپکتروفوتومتری

1-1- اساس اسپکتروفوتومتری جذبی:

این روش بر اساس عبور پرتوی از اشعه الکترو مغناطیس از درون نمونه و سنجش میزان جذب آن قرار دارد. هنگامی که اشعه الکترو­مغناطیس از داخل یک محلول می­گذرد مقداری از آن بطور انتخابی جذب نمونه می­شود. به طوری که شدت نور خارج شده کمتر از شدت نوری است که به محلول تابیده شده است. این پدیده در مورد جذب تابش های مرئی به وضوح دیده می­شود.

مثلا اگر نوری سفید از میان محلول سولفات مس عبور داده شود، محلول آبی رنگ به نظر می­رسد زیرا یون­های مس محلول جزء قرمز پرتو تابیده شده را جذب کرده و مکمل آن که آبی است از خود عبور می­دهد.

اندازه­گیری جذب تابش­های مرئی – ماوراء بنفش راه مناسبی را برای تجزیه تعداد بیشماری از گونه­های آلی و معدنی فراهم می­آورد. تابش در این نواحی دارای انرژی کافی برای انتقالات الکترونی الکترونهای والانس است. اگر نمونه در حالت گازی از اتم ها و یا ملکول­های ساده تشکیل شده باشد، طیف جذبی آن معمولاً مرکب از یکسری خطوط تیز و کاملاً مشخص است که مربوط به تعداد محدود انتقالات الکترونیکی مجاز می­باشد.

طبیعت ناپیوسته فرآیند جذب، درجه بالایی از گزینش پذیری را به تجزیه­هایی می­دهد که بر پایه چنین اندازه­گیری­هایی قرار گرفته باشند، در مقابل، طیف­های جذبی یون­ها و ملکولها در محلول معمولاً شامل نوارهای پهن می­باشند که بخشی از آنها از همپوشانی انتقالات ارتعاشی و گاهی اوقات چرخشی بر روی انتقالات الکترونیکی ارتعاشی و گاهی اوقات چرخشی بر روی انتقالات الکترونیکی ناشی می­شود. در نتیجه هر جذب الکترونیکی را یکسری خطوط پهن نزدیک به هم که به نظر پیوسته می­رسند، همراهی می­کنند. بعلاوه پهن شدن خطوط در نتیجه نیروهای بین ملکولی رخ می­دهد. این نوع طیف­ها گزینش پذیری کمتری دارند.

1-2- جذب تابش:

وقتی که تابش از درون یک لایه شفاف جامد، مایع یا گاز عبور کند برخی از فرکانسها ممکن است توسط فرآیندی بنام جذب، بطور انتخابی حذف شوند. در اینجا انرژی بیشتر یا حالات تحریک شده ارتقاء می­یابند.

اتمها یا مولکولهای تحریک شده دارای عمر نسبتا کوتاهی می­باشند و تمایل دارند تا بعد از حدود 10 ثانیه به حالت­های عادی خود برگشت کنند. معمولا انرژی آزاد شده در این فرآیند در دستگاه بصورت گرما ظاهر می­شود. مع ذالک در بعضی موارد گونه­های تحرکی شده ممکن است یک تغییر شیمیایی را متحمل شوند که انرژی را جذب می­کند (یک واکنش فتوشیمیایی) و در موارد دیگر تابش در شکل فلوئورسانس یا فسفرسانس (معمولاً با طول موجهای بلند تر) دوباره نشر می­شوند.

اتمها مولکولها و یا یونها تعداد محدودی ترازهای انرژی کوانتیده گسسته دارند برای اینکه جذب تابش انجام گیرد انرژی فوتون تحریک کننده باید با تفاوت انرژی بین حالت عادی و یکی از حالتهای تحریک شده گونه جذب کننده یکی باشد.

از آنجایی که این تفاوت انرژی برای هر گونه منحصر به فرد است مطالعه فرکانسهای تابش جذب شده وسیله­ای را برای مشخص کردن مواد سازنده نمونه­ای از ماده فراهم می­آورد. برای این منظور یک منحنی از کاهش در توان نور تابنده (جذب) بصورت تابعی از طول موج یا فرکانس بطور تجربی ترسیم می­شود. منحنیهای نمونه­ای از این نوع، طیف­های جذبی نامیده می­شوند.

1-3- تکنیک­ها و ابزار برای اندازه­گیری جذب تابش ماوراء بنفش و مرئی:

اندازه­گیری جذب تابشهای ماوراء بنفش و مرئی راه مناسبی را برای تجزیه تعداد بیشماری از گونه­های آلی و معدنی فراهم می­آورد. تابش در این نواحی دارای انرژی کافی برای انتقال­های الکترونیکی الکترونهای والانس در لایه بیرونی است اگر نمونه در حالت گازی از اتمها و یا مولکولهای ساده تشکیل شده باشد طیف جذبی آن معمولاً مرکب از یک سری خطوط تیز و کاملاً مشخص است که مربوط به تعداد محدود انتقالات الکترونیکی مجاز می­باشد. طبیعت ناپیوسته فرآیند جذب، درجه بالایی از گزینش پذیری را به تجزیه­هایی می­دهد که بر پایه چنین اندازه­گیریهایی قرار گرفته باشند. در مقابل طیفهای یونها و مولکولها در محلول معمولاً حاوی نوارهای پهن می­باشند که بخشی از آنها از قرار گرفتن تغییرات انرژیهای ارتعاشی و گاهی چرخشی بر روی انتقالات الکترونی ناشی می­شود. در نتیجه هر جذب الکترونی را یک سری خطوط آنقدر بهم نزدیک که به نظر پیوسته می­رسند همراهی می­کند. بعلاوه، پهن شدن خطوط در نتیجه نیروهای بین مولکولی رخ می­دهد که این نیروها بین مولکولها یا یونهای بصورت نزدیک بسته­بندی شده در یک محیط مادی فشرده، عمل می­کنند. این نوع طیفها گزینش پذیری کمتری دارند. از طرف دیگر نوارهای پهن برای اندازه­گیری­های کمی دقیق، مناسب­ترند.

1-4- جنبه­های کمی اندازه­گیریهای جذبی:

جذب تابش الکترومغناطیسی توسط گونه M می­تواند به صورت یک فرایند برگشت ناپذیر دو مرحله­ای تلقی شود که اولین مرحله این فرآیند را می­توان بصورت زیر نمایش داد.

در اینجا M^* نشان دهنده ذره اتمی یا مولکولی در حالت تحریک شده است که از جذب فوتون ناشی می­شود. طول عمر حالت تحریک شده کوتاه است (^8-10 تا ^9-10 ثانیه) و باوجود این حالت توسط یکی از چندین فرآیند آسایشی خاتمه داده می­شود. متداولترین نوع آسایش شامل تبدیل تحریک به گرماست؛ یعنی،

گرما

آسایش می­تواند از تجزیه M^* جهت تشکیل گونه­های جدید نیز ناشی شود. چنین فرآیندی را واکنش فوتوشیمیایی می­نامند. ممکن است که آسایش منتج به نشر دوباره تابش بصورت فلوئورسانس یا فسفرسانس شود. مهم است به این نکته توجه شود که طول عمر M^* بقدری کوتاه است که غلظت آن در هر لحظه تحت شرایط عادی، قابل صرفنظر کردن خواهد بود. بعلاوه، مقداری انرژی حرارتی تولید شده معمولاً قابل اندازه­گیری نیست. بنابراین، اندازه­گیریهای جذبی این حسن را دارند که حد اقل آشفتگی را در دستگاه تحت مطالعه ایجاد می­کنند.

1-5- قانون بیر- لامبرت (Beer - Lamberts Law):

به سادگی می­توان دریافت که میزان جذب نور توسط یک گونه جاذب بستگی به تعداد یونها و یا ملکولهای جسم جاذب در مسیر عبور نور دارد و در نتیجه با افزایش غلظت ذرات جاذب، شدت جذب نیز افزایش می­یابد. از طرفی هر چه قدر طول مسیر عبور نور از درون نمونه افزایش یابد، جذب نور با شدت بیشتری انجام خواهد گرفت. سومین عاملی که میزان جذب نور به آن بستگی دارد احتمال جذب فوتون توسط ذرات جاذب فوتون­هاست به طوری که اجسام مختلف احتمال­های متفاوتی برای جذب پرتوی فوتون­ها از خود نشان می­دهند.

حقایق بالا اساس قانون حاکم بر جذب است که تحت عنوان قانون بیرلامبرت (Beer- Lamberts Law) یا به طور مختصر قانون بیر معروف است. این قانون بیان می­کند که میزان جذب نور توسط یک نمونه جاذب تابعی نمایی از غلظت نمونه و طول مسیر عبور نور از درون نمونه است. این مطلب را می­توان به طریق زیر بیان کرد:

پرتوی از تابش­های الکترو­مغناطیس را در نظر بگیرید که با شدت از درون محلولی حای N ذره جاذب عبور می­کند. میزان جذب پرتو با تعداد ذرات جاذب موجود در مسیر عبور نور متناسب خواهد بود. اگر محلول را به قسمت­های کوچک و مساوی تقسیم کنیم در این صورت تغییر در شدت نور ()‌ بستگی به تعداد ذرات جاذب موجود در این قسمت خواهد داشت.

در اینجا شدت پرتوی که به قسمت­های بعدی وارد می­شود بخاطر جذب در قسمت­های قبلی مرتباً کاهش می­یابد. بنابراین شدت جذب در هر قسمت به تعداد ذرات جاذب موجود در آن قسمت بستگی داشته و متناسب با شدت پرتوی خواهد بود که وارد آن قسمت می­شود.

پساب رنگییون کروم در پساب رنگیاسپکتروفوتومتریرنگ­ آمیزی چرم

طبقه‌بندی ماشین‌های بافندگی

ماشینهای بافندگی رابراساس سیستم پودگذاری می‌توان به صورت زیرتقسیم‌بندی کرد ‌ الف ) ماشینهای دارای سیستم پودگذاری مکانیکی 1 بوسیله راپیرهای سخت 2 بوسیله راپیرهای انعطاف‌پذیر 3 بوسیله قطعات پرتاب‌شونده ( Projectiles ) ب ) ماشینهای دارای سیستم پودگذاری غیرمکانیکی 1 بوسیله جت‌های هوای فشرده 2 بوسیله جت‌های آب فشرده علاوه

دسته بندی	نساجی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	14 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	20

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

طبقه بندی ماشین‌های بافندگی

ماشینهای بافندگی رابراساس سیستم پودگذاری می‌توان به صورت زیرتقسیم‌بندی کرد :‌

الف ) ماشینهای دارای سیستم پودگذاری مکانیکی :

1. بوسیله راپیرهای سخت

2. بوسیله راپیرهای انعطاف‌پذیر

3. بوسیله قطعات پرتاب‌شونده ( Projectiles )

ب ) ماشینهای دارای سیستم پودگذاری غیرمکانیکی :

1. بوسیله جت‌های هوای فشرده

2. بوسیله جت‌های آب فشرده

علاوه براین ماشینهای بافندگی یک دهنه‌ای ( هرباریک پودگذاری انجام می‌گیرد )

ماشینهای بافندگی چنددهنه‌ای ( هربارچندین پودگذاری انجام می‌گیرد )

ماشینهای بافندگی راپیر

ماشینهای بافندگی راپیر ، انعطاف‌پذیرترین ماشینهای موجوددربازارهستند. ازآنها می‌توان درتهیه انواع بسیارمتنوع پارچه استفاده کرد . سرعت ماشین حدود 600 تا 700 پود دردقیقه است مرهون استفاده ازیک تکنیک ساختاری کاملاً پیشرفته است که مشخصه آن استفاده ازتنظیمات دنده‌ای باحداقل لرزش چارچوب‌های شانه ، دفتین و ورد می‌باشد .

سیستم پودگذاری راپیر

پودکه تحت کنترل دقیق وثابت است پس ازپودگذاری متصل به پارچه باقی می‌ماند (دربعضی ازموارد پوددرکناره‌گیر پارچه ( Temple ) گرفته می‌شود ) . درلحظه مناسب ، دنده انتخاب پودبه صورتی عمل می‌کند که سرپودبوسیله راپیرحامل ( Bearing Rapier) که بر روی یک تسمه انعطاف‌پذیریایک میله قرارگرفته می‌شود وهمزمان بوسیله قیچیهایی که دردولبه قرارگرفته‌اند بریده می‌شود . پودپس ازگرفته‌شدن بوسیله راپیربه مرکزدهانه تارانتقال می‌یابد ودرآنجا راپیرحامل با راپیرکشنده به هم می‌رسند . راپیرکشنده سرنخ پودراگرفته وآن رابه طرف مقابل می‌برد ودرآنجا آن رارها می‌کند وبه این ترتیب عملیات پودگذاری تکمیل می‌گردد .

تبادل پودبین دوراپیردروسط دهنه تاربه دوروش می‌تواند انجام گیرد :

• سیستم منفی
• سیستم مثبت

اصول کاریک ماشین بافندگی راپیر

سیستم منفی تبادل بین دوراپیر

در این سیستم راپیرحامل ، پودرامحکم بین یک نخ‌گیر که بوسیله یک فنرفشرده شده است وقسمت ثابت زیرین نگه می‌دارد . دروسط دهنه وقتی راپیرها به هم می‌رسند ، سرشیب‌دار راپیردریافت‌کننده واردکانال کشویی راپیرحامل می‌شود ودرجریان حرکت راپیرها به عقب ، نخ پودراگرفته وآن راازجای خوددرزیرنخ‌گیر راپیر حامل بیرون می‌کشد. اینکارباعث گیرکردن نخ تادرزیرنخ‌گیر راپیرکشنده می‌شود ، هرچه فنر نخ‌گیر محکمترباشد ، گیره راپیرکشنده بامقاومت بیشتری برای بیرون کشیدن نخ مواجه می‌شود . تنظیم این نیرواصولاً بستگی به نوع ونمره نخ دارد . همچنین گیرش پوددرآغازپودگذاری نیربهمین صورت بایک سیستم منفی انجام می‌گیرد یعنی بدون کمک واحدهای کنترل‌کننده نخ‌گیرراپیردرحالیکه گیرش پودبستگی به تنظیم لحظه برش نخ بوسیله قیچی‌های دولبه پارچه دارد ؛ برعکس ، آزادشدن نخ درطرف مقابل بوسیله راپیرکشنده بایک سیستم مثبت انجام می‌گیرد . این کاربابازشدن نخ‌گیر بوسیله دندانه‌ای که به قسمت عقب نخ‌گیر ( b ) فشارمی‌آورد وبه این ترتیب برمقاومت فنرهای قابل تنظیم m غلبه می‌کند ، صورت می‌گیرد . درمورد راپیرحامل نیزنخ‌گیر درانتهای مسیرحرکت خودبازمی‌شود ولی دراینجا هدف تمیزشدن نخ‌گیر بوسیله مکنده است .

تبادل منفی بین دوراپیر

سیستم تبادل مثبت بین دوراپیر

وقتی که راپیرها دروسط دهنه تاربه هم می‌رسند ، دواهرم کوچک کنترل‌شونده اززیر دهنه بالا آمده وپس ازعبوازنخهای پهنه پایینی نخ‌گیرهای راپیرها راحرکت می‌دهند . بادامکهای کنترل‌کننده که بادقت زمان‌بندی شده‌اند ، حرکت اهرمها راتنظیم می‌کنند .

تبادل مثبت بین دوراپیر

ترتیب کاربه صورت زیراست :‌

درنتیجه فشاراهرم 3 که برنیروی فنرهای بسته‌کننده غلبه می‌کند ، نخ‌گیر راپیر دریافت‌کننده 5 بازمی‌شود وبه این ترتیب می‌تواند نخ رائه شده توسط راپیرحامل رابگیرد . پانچ 3 که بوسیله بادامک 1 به حرکت در می‌آید . نخ‌گیر راپیردریافت‌کننده راآزادمی‌کند که به این ترتیب می‌تواند انتهای پودرابگیرد .دراین لحظه اهرم 4 که بوسیله بادامک 2 کنترل می‌شود باعث بازشدن راپیرحامل 6 ودرنتیجه رهاشدن پودمی‌شود . اکنون راپیرها مجدداً حرکت برگشت خودراآغازمی‌کنند . بنابراین لازم است که درهنگام تبادل بین راپیرها ، جابجایی راپیرها باسرعت بسیارپایینی انجام گیرد .البته هنگامی که تبادل بین راپیرها بطورمثبت کنترل می‌گرددگیرش اولیه و رهاکردن نهایی نخ درخارج دهانه تارنیزباسیستم مثبت انجام می‌گیرد .

مزیت سیستم مثبت این است که دامنه کاربرد نخ بانمره‌های گوناگون وسیعتراست ولی ازطرف دیگرازنظرسرعت‌کار ، عملکرد پایین‌تری دارد وساختان آن پیچیده‌تر است.

حامل راپیر ( Rapier Support )‌

تولیدکنندگان ماشینهای راپیرمجبورندبین حاملهای میله‌ای ( سخت ) وحاملهای تسمه‌ای (نرم) یکی را انتخاب کنند . مزیت حاملهای میله‌ای این است که حامل وراپیربدون هیچ تماسی بانخهای تار درطول دهانه حرکت می‌کنند که بخصوص وقتی نخهای ظریف‌فرآوری می‌شوند حائزاهمیت است .

میله‌ها حاملهای سختی هستند که درانتهای آنها دندانه‌هایی وجوددارد که بایک چرخ‌دنده کنـتـرل‌کننـده درگیـــر می‌شوند . این میله‌ها باید به قدرکافی سخت ومحم باشند که ثبات ودقت راپیرهارادرشرایط کاری سخت ( حرکت متناوب ) ودرحالی که هیچ تکیه‌گاه وقسمت هدایت‌کننده‌ای درداخل دهانه بازوجودندارد ، تضمین کنند .

مزیت حاملهای میله‌ای درمقایسه باحاملهای تسمه‌ای این است که درآنها هیچ تماس وتداخلی بانخاهای تاردرجریان پودگذاری وجودندارد . بااین‌حال حاملهای میله‌ای به علت سخت‌بوند نیازبه فضای بیشتری دارند ،‌ زیرادردوطرف ماشین بافندگی باید محفظه‌هایی برای میله‌ها که انعطاف‌ناپذیرند وجودداشته باشد ، همچنین به علت افزایش سرعت‌کار وارتفاع ، مشکلاتی ازلحاظ پایداری ماشین بروز می‌کند . حاملهای تسمه‌ای ، حاملهای انعطاف‌پذیری هستندکه ازمواد کامپوزیت ساخته می‌شوند ودروسط آنهایک‌سری سوراخهای مستطیل‌ شکل وجود داردکه آنها رامانند زنجیردر یک چرخ‌دنده محرک گیرمی‌کند .

ازآنجاکه تسمه‌های انعطاف‌پذیرهستند ، ازماشین بیرون نمی‌زنند بلکه بصورت 180 درجه خم شده ووارد یک محفظه زیرین می‌شوند وبه این ترتیب فضای مورد نیازماشین راافزایش نمی‌دهند . سیستم تسمه انعطاف‌پذیرراه حلی است که اکثرسازندگان ماشینهای بافندگی وبخصوص سازندگان ایتالیایی آن راترجیح می‌دهند. درحال حاضردورویکرد وجوددارد . بعضی ازماشین‌سازان برروی دفتین شانه ،‌ پایه‌های مخصوصی تعبیه می‌کنند که تسمه‌ها برروی آنها می‌لغزند ؛ این امرازحرکت نامنظم تسمه‌ها جلوگیری کرده وبدین ترتیب حرکت دقیق وثابت راپیرها رادرهرسرعت وارتفاعی تضمین می‌کند . شکل این پایه‌ها به هرگونه‌ای طراحی شده‌اند که مزاحمت آنها برای نخهای تاربه حداقل برسد ولی این موضوع رانمی‌توان درتمام شرایط تضمین کرد . همچنین راهنماهای ( Guide Pins ) کوچکی باشکل مخصوص انتخاب شده‌اند ؛ این راهنماها علاوه برهدایت تسمه‌ها ، آنها رابه همراه راپیرها بالانگه داشته تاازکشیده شدن آنها برروی نخهای لایه پایینی دهانه تاردرهنگام پودگذاری جلوگیری گردد . بعضی ازسازندگان ماشین‌آلات به راه‌حلهای فنی دیگرعلاقه نشان داده‌اند . آنها ازتسمه‌های پهن‌تر استفاده می‌کنند که دربرابررانشهای جانبی مقاومت مناسبی ازخودنشان می‌دهند وبدین ترتیب ثبات ودقت جابجایی راپیرها راتضمین می‌کنند وبنابراین دیگرنیازی به وجودراهنماهای تسمه درهنه نیست که درنتیجه آن ،‌ اصطلاک باچله به حداقل می‌رسد . علاوه براین قسمت داخلی تسمه‌ها دارای شیاری است که سختی آنها راافزایش می‌دهد بطوریکه راهنمای جانبی تسمه درخارج دهانه تاردربرابرگشتاورخمشی بوجودآمده درمرحله شتاب‌گیری ، مقابله می‌کند . بااینحال تسمه‌ها وراپیرها برروی نخ‌های لایه پایینی تارکشیده می‌شوند ودرشرایط خاص اشکالاتی بوجود می‌آورند .

چرخ‌دنده‌های محرک تسمه‌ها یامیله راپیرها

برای تبدیل یک حرکت چرخشی یکنواخت به یک حرکت رفت وبرگشت ، ازنمام انواع دنده‌ها استفاده می‌شود . ازاین میان سیستم حرکت بادامکی بیش ازهمه مورد استفاده قرارمی‌گیرد . زیرادراین سیستم امکان مطالعه درمقطع عرضی بادامک برای بدست‌‌ آوردن یک حرکت شتابداردرراپیرها که نخ رابه ظریف‌ترین وجه ممکن کنترل کند وجوددارد . این موضوع به خصوص درلحظات حساس گرفتن نخ درآغازچرخه ، درهنگام تبادل نخ بین راپیرهادروسط دهنه تارودرهنگام آزادشدن پوددرلحظه خروج آن ازدهنه تاردرطرف دیگر،‌ حائزاهمیت است . درتمام این موارد بافنده سعی می‌کند که باپایین‌ترین سرعت کارکند .

راپیرتسمه‌ای ( نرم )

دراینجانمونه هایی ازسیستمهای رانش برای راپیرهای انعطاف‌پذیررارائه می‌دهیم . یکی ازسازندگان درماشینهای خودازسیستم بادامک دیسکی باپروفیل بادامکی مکمل استفاده‌می‌کند :‌ محورچرخان (1)حامل یک جفت بادامک دیسکی همراه باپروفیل ‌مکمل (2) ( وظیفه یک جفت بادامک دیگرحرکت دان شانه است ) بطورثابت که ازطریق دنبالگر بادامک غلتکی (3) یک حرکت رفت وبرگشت رابه یک اهرم بابازوی قابل تنظیم ( که درشکل مشاهده نمی‌شود ) انتقال می‌دهد . این اهرم به میله رابطی (4) متصل است که حرکت رفت وبرگشت رابه بلوکی (5) که به صورت خارج ازمرکزبرروی محور(6) قرارگرفته است انتقال می‌دهد . این محوربوسیله سیستمی ازدنده‌های جانبی وچرخ‌دنده‌های سیاره‌ای این حرکت رابه حرکت دورانی متناوب دریک چرخ‌دنده تاجی ویک چرخ‌دنده کوچک (7) که به یک چرخ‌دندانه‌دار (8) متصل است ،‌ تبدیل می‌کند . تسمه انعطاف‌پذیرراپیرکه بوسیله این چرخ‌دندانه‌دار به حرکت درمی‌آید برروی یک سطح صاف حرکت می‌کندوحرکت دورانی متناوب رابه حرکت دورانی مستقیم تبدیل می‌کند . بدیهی است که یک سیستم دنده‌ای مشابه نیزکنترل راپیردیگرراانجام می‌دهد . سیستم دیگری که مورد استفاده قرارمی‌گیرد سیستم پروانه‌ای ( Propeller ) نام دارد که ازیک دنده میل‌لنگی ( Crank Gear ) همراه بایک سیستم پیچی / پیچ‌ومهره‌ای بادرجه متغیرتشکیل شده است این سیستم به گونه‌ای طراحی شده است که شتاب ولرزش راپیرهارابه حداقل رسانده وبدینوسیله تنش نخ پودراکاهش می‌دهد .

یکی ازسازندگان دیگرمدلی ارائه داده است که درآن نخ‌گیرهای کنترل شونده بطورمثبت وجوددارند وتسمه‌های انعطاف‌پذیرراپیرها بوسیله دودیسک بطورمثبت وجوددارند وتسمه‌های انعطاف‌پذیر راپیرها بوسیله دودیسک مکمل بحرکت درمی‌آیند . دودیسک مکمل کروی شکل (1) که برروی محوررانش (2) ثابت شده‌اند یک اهرم (3) راهمراه بادوغلتک به حرکت درمی‌آورند . این اهرم کاریک میل‌لنگ باخروج ازمرکزقابل تنظیم رانیزانجام می‌دهد که ازطریق یک میله ، یک قسمت دندانه‌دار نوسان‌کننده (5) رابه حرکت درمی‌آورد . قسمت دندانه‌دار نوسان‌کننده نیزبه نوبه خودیک چرخ‌دنده کوچک راکه به دیسک رانش تسمه جفت شده است به حرکت درمی‌آورد . این سیستم رانش امکان انتخاب نموداربهینه‌ای ازحرکتها رابرای تحویل نخ بوسیله راپیرهای کنترل شونده به صورت مثبت فراهم می‌آورد .

سیستم پروانه‌ای

سیستم حرکت تسمه راپیر

سرانجام یک تولید کننده ایتالیایی دیگربرای حرکت تسمه‌های راپیرتسمه‌ای ازسک سیستم اصلی با سه محورمتقارب استفاده می‌کند که ازاصول کارزیر تبعیت می‌کند :‌ محوراصلی (1) که دارای حرکت چرخشی یکنواخت است یک کلاهک کروی مورب(2) داردکه باعث ایجادیک حرکت نوسانی درقسمت چنگالی شکل (3) وبه تبع آن دریک محور(4) که برروی آن واقع است می‌شود . برروی این محور (5) یک قسمت دندانه‌دار نیزوجوددارد که بایک دندانه زنجیری (6) درگیراست وحرکت نوسانی رابه یک حرکت چرخشی متناوب دریک چرخ‌دندانه‌دار (7) که واقع برهمین محوراست انتقال می‌دهد . تسمه راپیر انعطاف‌پذیرکه برروی چرخ‌دندانه‌دار سواراست این حرکت رابه یک حرکت مستقیم متناوب تبدیل می‌کندزیرامجبوراست برروی یک سطح مستقیم حرکت کند .

ماشین‌های بافندگیسیستم پودگذاری راپیرماشینهای بافندگی راپیر

بررسی روش انرژی و کاربرد آن در خواص کششی پارچه

میکرومکانیکهای پارچه را بر اساس روش واحد کوچک مرسوم بررسی خواهیم کرد بصورتیکه یک پارچه را به عنوان یک شبکه‌ای از واحدهای کوچک مشخص و تکرار شونده در نظر گرفته شده و به شکل موجهای تجعد در ساختار پارچه های تاری و پودی و حلقه های سه بعدی در ساختار پارچه های حلقوی قرار گرفته اند

دسته بندی	نساجی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	1159 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	31

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

1- مقدمه :

میکرومکانیکهای پارچه را بر اساس روش واحد کوچک مرسوم بررسی خواهیم کرد. بصورتیکه یک پارچه را به عنوان یک شبکه‌ای از واحدهای کوچک مشخص و تکرار شونده در نظر گرفته شده و به شکل موجهای تجعد در ساختار پارچه های تاری و پودی و حلقه های سه بعدی در ساختار پارچه های حلقوی قرار گرفته اند.

پارچه ها یک نوع مواد پیچیده‌ای هستند که حتی بطور تقریبی از حالتهای ایده آل ونرمال فرض شده در آنالیز ساختاری مهندسی و مکانیک نیز پیروی نمی کنند . همچنین مطالعات هندسه پارچه ، نقش اساسی در توسعه فرآیند کنترل کیفیت طراحی، و تقویت پایداری ابعادی و خصوصیات پارچه در طول مدت تولید و کاربرد را ایفا می کند .

در مورد پارچه های تاری پودی ، روشهای آنالیز نیرو بطور گسترده‌ای برای مطالعه و تفسیر خواص مکانیکی پارچه مثل کشش ، خمش و برش مورد استفاده قرار گرفته است .اگر چه در مورد پارچه های حلقوی بدلیل طبعیت سه بعدی حلقه های متقاطع ، آنالیز روش نیرو بسیار پیچیده است . در هر دو روشهای آنالیز هندسی و نیرو برای پارچه های تاری /پودی و حلقوی ،؛ تعدادی از فرضیات اولیه در ارتباط با طبیعت تماسهای نخ و شکل سطح مقطع نخ در هر واحد کوچک از پارچه لازم می باشد .

این فرضیات معمولاً خطاهای زیادی در مورد هر نوع آنالیز مکانیکی پارچه یا خواص رئولوژی آن را به همراه دارد .

در این بحث ، نشان داده می شود که روشهای آنالیز مینیمم کردن انرژی بر بسیاری از مشکلات قبلی روشهای آنالیز گذشته، برتری خواهد داشت تکنیکهای مینیمم انرژی به طورکلی قوی هستند وقتی که برای مطالعه ساختارها و مشخصات تغییر فرم الاستیک پارچه ( بعد از استراحت ) بکار می روند . همچنین اجازه می دهد که مقایسه های مستقیم در حالتهایی که پارامترهای نرمال شده بی بعد بین ساختمانهای مختلف پارچه تاری و پودی و حلقوی ، را بوجود آورد . آنالیز انرژی بر اساس اصل اساسی که ساختارهای الاستیک همیشه ، شکلی از مینیمم انرژی ازدیاد طول بدون توجه به تغییر فرم ایجاد شده، در نظرگرفته می شود .نتیجه مینیمم انرژی کرنشی کل نخ در پارچه (شامل خمش ، پیچش ، فشار جانبی و ازدیاد طول -طولی نخ ) بعنوان یک مسئله کنترل بهینه عمل نمود . و شامل قیود ( محدودیتها ) مشخص ه در پارچه می‌باشد.

2- روشهای آنالیز انرژی

کاملاً مشخص است که شرایط نیرو و تعادل گشتاوری در ساختارهای استاتیکی از نظر ریاضی با شرایط مینیمم انرژی معادل است (37-35) بدلیل اینکه انرژی یک کمیت عددی است بنابراین قسمتهای خاصی از انرژی کل می تواند بصورت عددی اضافه گردد اما نیروها و تنشها باید بصورت برداری جمع شوند .

تریلور و ریدینگ[38] نشان دادند ، آنالیز مکانیک نخ می تواند به سادگی و قوی بوسیله روش انرژی انجام گیرد . هرل و نیوتن [39] نیز نشان دادند که آنالیز انرژی به کار رفته در پارچه های بی بافت ، نتیجه کلی ساده تر از روش نیرو مرتبط با آن را به دست خواهد آورد . همچنین تایبی و بیکر[40] ، از اصول انرژی برای پیدا کردن تاب مورد نیاز نخ چند لا برای تولید کردن نخهای بدون تاب زندگی استفاده کردند . و بالاخره تئوری کاستیگیلیانو[41] بطور گسترده در مسائل مهندسی برای پیدا کردن حل، ساختارهای نامعین بکار رفته است .این تئوری توسط گروسبرگ[13] در پارچه های تاری و پودی استفاده شده است .

این روشهای انرژی بصورت ساده و کلی نمی تواند برای پارچه ها بکار روند بدلیل اینکه همیشه یکسری فرضیات اولیه در مورد هندسه مسئله وجود دارد . تریلور و ریدینگ ، هندسه مارپیچ ثابت را برای نخها فرض نمودند، در نتیجه روش آنها هیچ اطلاعاتی درباره نیروهای عرضی عمل شده در داخل نخ را بدست نمی آورد . هرل و نیوتن فرضیاتی درباره هندسه توده الیاف بی بافت در نظر گرفتند ، که باز هم اطلاعاتی در رابطه با نیروهای داخلی در سیستم بدست نیامد. در تئوری کاستیگیلیانو، فرضیة هندسه ثابت بکار رفت که فقط قانون تنش – کرنش خطی می تواند استنباط گردد[41].بنابراین گروسبرگ[13] فقط مدول ازدیاد طول اولیه برای پارچه تاری و پودی را بیان نموده است .

روش های انرژی بطور گسترده در مسائل مکانیک پیچیده استفاده شده بطوریکه بجای حالت هندسی ، روابط جبری بدست آمده از اصول انرژی جایگزین شده است . اگر مسئله بخوبی و بطور صحیح فرمول سازی شده باشد حداقل اطلاعات بیشتری با استفاده از روش انرژی نسبت به روشهای نیرو می تواند بدست آید . سادگی بیشتر روش انرژی بطور طبیعی آنرا به یک روش جذاب تبدیل نموده و همچنین تعداد فرضیات و تقریبهای غیر ضروری را نیز اغلب حذف نموده است . بطور مثال با استفاده از تئوری کنترل بهینه ، فرضیات قبلی ساخته شده در مورد طبیعت منطقه تقاطع نخ در پارچه حلقوی ساده ، لازم نمی باشد .

دلایل مناسب دیگری ،برای استفاده از روشهای انرژی در مسائل مکانیکی پارچه نیز وجود دارد . اغلب این روش بر اساس روشهای مستقیم در محاسبة متغیرها و تکنیک عددی مشخص را پیشنهاد می‌دهد .

3- فرمول سازی ریاضی معادلات انرژی

1-3- مسئله اصلی

برای ساختار تغییر شکل یافته این فرضیه ، مینیمم انرژی نشاندهندة این است که نیروهای داخلی و خارجی و کوپلها در تعادل مکانیکی هستند .در آنالیز نیرو ، لازم است که یک واحد کوچک ساختاری به قسمتهایی تقسیم بندی شود بطوریکه در انتهای آنها ، نیروها و کوپلها عمل می کنند . طور هر قسمت باید متفاوت باشد بخاطر اینکه نقطه عمل کننده . نیروهای داخلی ثابت نیست .بنابراین در ساختار حلقوی ساده ، باید فرضیاتی ، در مورد نیروهای نقطه‌ای و کوپلهای عمل شده در ساختار و همچنین درباره طبیعت مناطق تماسی بین نخها ، ساخته شود . علاوه بر این ،یک فرمول متفاوت از مسئله برای هر ساختار پارچه و برای هر نوع تغییر شکل با استفاده از آنالیز نیرو، لازم می باشد .

حتی برای سادگی بیشتر ، فشار نخ و فشردگی پارچه (Jamming) در آنالیز نهایی بحساب نمی آیند .

آنالیز انرژی کلی مکانیک پارچه پیشنهاد شده ، از ساختار پارچه مستقل می باشد تعدادی از فرضیات محدود کننده آنالیزهای قبلی نیز حذف شده است همچنین فشرده شدن پارچه در نظر گرفته می شود .

این تئوری ارائه شده ، در حالت کلی و با بیان اهمیت فیزیکی حالتهای معرفی شده از تئوری کنترل بهینه در ساختارهای اساسی مکانیک پارچه شرح داده شده است .

نقطه شروع روش انرژی ، آنالیز ساختار الاستیک شامل مشخص کردن وفرمول سازی هر قسمت از انرژی در ساختار است این انرژی نیاز به تعریف دقیق دارد و می تواند بصورت پارامترهای ذیل ارائه گردد .

1)‌انرژی پتانسیل کل

2)‌ انرژی مکمل

3) انرژی کرنشی

این تقسیم بندی به طبیعت نیروها و کوپلهای مرزی بکار رفته ، بستگی دارد .در روش ارائه شده ، انرژی کرنشی کل ( شامل مجموع خمش ، پیچش – فشار جانبی و انرژیهای کرنشی ازدیاد طول طولی می باشد ) فرمول سازی شده است و این انرژی کرنشی کل ، مینیمم سازی شده است .

شرایط لازم تعادل نیرو و گشتاور با شرایط مناسب انرژی مینیمم ، پایدار خواهد شد بشرط آنکه مسئله به طور صحیح فرمول سازی شده باشد .

2-3-فرضیات

با توجه به اینکه انرژی یک کمیت عددی است بنابراین انرژی کل E هر واحد کوچک ، بصورت مجموع انرژی حالتهای هر موج یا حلقه تکرار شونده ، بیان می گردد .

(1-9)

به ترتیب حالتهای انرژی در واحد طول نخ برای خمش ، پیچش ، فشار جانبی و کشش طولی هستند و L_i هم طول i امین حلقه در تکرار و n هم تعداد حلقه های تشکیل شده در واحد کوچک پارچه می باشد .

فرضیات ذیل برای آنالیز کلی در نظر گرفته می شود .

1)‌الف : نخها در خمش ، دارای الاستیک خطی هستند در نتیجه انرژی خمشی در واحد طول نخ بصورت تعریف می گردد بطوریکه B سختی خمش نخ و K انحنای کلی نخ می باشد .

ب : نخ دارای سختی یکسان ، در تمام جهات خمشی است .

2) انرژی پیچشی نخ در واحد طول بصورت تعریف می گردد بطوریکه G‌ سختی پیچشی نخ و تاب در واحد طول نخ است .

برای سادگی ، انرژی فشار جانبی نخ در واحد طول در ابتدا بصورت E_C=Cg(r) فرض می شود که ‍C سختی فشاری و r فاصله از یک نقطه روی نخ مرجع با محل دیگر است اگرچه هنوز تعریف نشده است اما نقطه‌ در محل تماس نخ می باشد . تابع اصلی تماس نخ g‌ بصورت نیمه تجربی مشخص می شود . بعداً در آنالیز انرژی فشاری E_c ، بصورت کاملتر تعریف خواهد شد .

در ابتدا، انرژی ذخیره شده حاصل از ازدیاد طول کششی نخ در پارچه چشم پوشی می‌گردد. این فرضیه به استراحت دادن برای یک ساختار پارچه تاری و پودی نیاز خواهد داشت اگرچه برای پارچه های حلقوی با تغییر شکل کم و متوسط بوسیله تغییرات در انحنای نخ و فشار نسبت به ازدیاد طول کششی ، مشخص می گردد . بنابراین در ابتدا بغیر از تغییر شکلهای زیاد پارچه،طول نخ ثابت فرض می شود و بنابراین E_t نیز ناچیز خواهد بود .

3-3- آنالیز ریاضی

انرژی کرنشی

منحنی نشان داده شده بوسیله محور نخ در سه جهت خم شده با Z=Z(S) ارائه می‌گردد بطوریکه مختصات سه بعدی هر نقطه روی محور نخ هستند و S پارامتر متغیر طول کمان است انحنای محور نخ با بردار اندازه K نشان داده می‌شود .(‌نسبت به S بدست آمده است )

(2-9)

انرژی خمشی نخ ( در واحد طول ) در هر نقطه بصورت ذیل خواهد بود.

برای شفافیت در ابتدا یک شکل حلقه بافت حلقوی ساده در واحد کوچک پارچه در نظر گرفته می شود بطوریکه در معادله (1-9)n=1 است و یک بافت حلقوی تاری یکطرفه 1×1 ریب است .

با توجه به فرضیات ارائه شده و با تقسیم بر B معادله (1-9) بصورت ذیل تبدیل خواهد شد .

(3-9)

L مدول یا منحنی الخط طول ترکیبی در محل تقاطع نخ تکی و است این حالت مدول طول نخ در ساختار پارچه ، نشاندهنده حالت کلی باقیمانده روی همة ساختارهای پارچه معرفی شده است . شکل Z=Z(S) قابل محاسبه است بطوریکه تابع انرژی U را با توجه به دو قید ( محدودیت ) ذیل مینیمم کند .

(4-9)

تعریف پارامتر طول کمان است و

(5-9)

که یک نقطه روی همسایگی نخ با که در حال حاضر تعریف نشده است این محدودیت در معادله (4-9) به این معنی است که به .بستگی دارد و به منظور پیدا کردن سه متغیر که مستقل هستند معادلات زیرتعریف شده اند .

(6-9)

اگر جهتهای 3.2.1 مطابق شکل 9-9 باشند بنابراین طبق معادله 6-9، سیستم مختصات کروی تنظیم شده است بطوریکه Z₄ زاویه‌ای است که المان طول نخ ( d_z) با محور 1 می سازد و Z₅ زاویه‌ای است که تصویر d_z روی صفحه 3-2 با محور 2 می‌سازد.

متغیرهای m₂,m₁ نرخهای تغییرات در طول محور نخ را نشان می دهند پارامتر m₁ چرخش در صفحه‌ای که شامل جزء d_z و محور 1 است را تعریف می کند . و بنابراین یک بردار نرمال در این صفحه است بطور مشابه m₂ چرخش در صفحه 3-2 و بنابراین یک بردار در جهت 1 می باشد و m₂ دو جزء دارد (هر دو در صفحه 1-d_z) بطوریکه نرمال روی موازی با d_z است جزء آخر نشان دهنده تاب نخ به خاطر خمش در سه جهت می باشد. اگر علاوه بر خمش ، نخ ممکن است در هر نقطه از محور خودش تابیده یا تاب آن باز شود بنابراین زاویه تاب Z₆تعریف می شود و نرخ تاب هم m₃ است نرخ تاب m₃ به تاب هندسی اضافه می‌گردد .

سه وجهی تشکیل شده بوسیله می چرخد و همزمان در طول محور نخ حرکت می کند. این سه وجهی مساوی با تانژانت ، نرمال و دونرمال در منحنی نیست . و همچنین ،« انحناء» همانطور که تعریف شده توسط عمل شده در همان جهت برابر با نرمال ، نیست این اندازة معادل و هم ارز است و میتواند به صورت ذیل محاسبه گردد (‌همچنین از نظر جبری ثابت شده است ).

(7-9)

(8-9)

بنابراین معادله (3-9) بصورت ذیل تغییر می کند .

(9-9)

حل با تئوری کنترل بهینه

بردار اندازه m‌ به عنوان بردار کنترل مستقل در نظر گرفته می شود [43].

که مقدار آن باید درهر نقطه از طول حلقه بدست آید برای اینکهU مینیمم شود با قرار دادن قیود در معادله 6-9 بطوریکه برای مینیمم

در هر مکانی در طول حلقه خواهد بود این مسئله میتواند با معادل و با استفاده از تئوری کنترل بهینه ، برگردان شود [49-44-42].

اگر بصورت معمول حرکت کنیم [43]،ضرایب لاگرانژ معرفی می شوند . و برای هر جزء معادلات (6-9) و همیلتن H(‌که واحد های انرژی BL را دارد ) بصورت زیر تعریف شده است .

(11-9)

(12-9)

بطوریکه E در معادله (1-9) تعریف شده است .

مینیمم کردن تابع انرژی جدید U_a بدون قید ( محدودیت ) از نظر ریاضی معادل مینیمم کردن U با قیود در معادله 6-9 است بطوریکه :

(13-9)

یک مجموعه از شرایط ضروری برای مینیمم کردن معادله (13-9) بوسیله معادلات متعارف ( معیار ) همیلتن ارائه می گردد.

(14-9)

(15-9)

معادله های (14-9) بیان مجدد معادلات ( 6-9) هستند و اثر قیود بین متغیرها هستند .معادله های (15-9) بعنوان معادلات کمکی شناخته شده واز معادله (12-9) محاسبه می شوند .

(16-9)

بطوریکه مشتق گیری با توجه به r و با توجه به طول قوس S مشخص می گردد.

تنظیم شرایط لازم برای مینیمم مشابه معادله (10-9) است

(17-9)

این شرایط روابط ذیل را بدست می آورد .

(18-9)

برای نشان دادن اینکه این معادلات مینیمم را نسبت به ماکزیمم نشان می دهد با مشتق گیری ازمعادله (17-9) و نشان دادن اینکه [48]

(19-9)

برای همه نقاط روی منحنی Z برقرار است بدلیل اینکه H ، S را بطور واضح شامل نمی شود ثابت می‌شود که مقدار ثابت H= در طول حلقه است [49]).

از نتیجه گیری معادله های (16-9)، کاربرد ساخته شده است .

این قطعاً در حالت درست است .اگر روی همسایگی نخ با شکل مختلف قرار داشته باشد بنابراین مستقل هستند اگر از Z بوسیله انتقال ، چرخش یا انعکاس ( ترکیب اینها ) نتیجه گیری شود و بردار فاصله از نقطه S‌روی منحنی Z با در هر دلخواه تلاقی کند بنابراین درباره مستقل از Z(S) و خواهد شد .

تفسیر فیزیکی

اگر Cg(r)انرژی فشاری نخ در واحد طول را نشان دهد بنابراین نیروهای عمل کننده در واحد طول و در طول نخ Z در جهتهای 3.2.1 بدلیل نخ هستند بدلیل اعماا قیود در معادله دیفرانسیل در معادله های 6-9 معرفی شده ،دارای اهمیت فیزیکی واقعی است .این منفی (i=1,2,3) نیروهای (‌تقسیم بر B) در واحد طول در طول نخ که توسط Z شرح داده شده هستند با انتگرال گیری و با توجه به S، ، نیروهای محوری و برشی (‌تقسیم بر سختی خمشی B) را شرح می دهد .

از شکل 9-9 و معادلات( 16-9)، گشتاور خمشی افزایشی در نخ Z( همیشه در جهت 1 عمل می کند )‌بخاطر نیروهای برشی است سه عبارتهای آخری معادله نشان می دهد که قسمت گشتاور خمشی افزایشی در جهت m₁ بدلیل نیروهای برشی است .

اولین عبارت در این معادله میزانی که در جهت m₁ بدلیل نرخ تغییر در جهت گشتاور خمشی افزایشی را نشان می دهد و همزمان که اطراف نخ در همان جهت مشابه m₁ می چرخد [48] در ادامه معادله های (18-9) بعنوان شرط تعادل گشتاور می باشد منفی ، کوپلهاو گشتاورهای خمشی ( تقسیم بر B) عمل کننده روی نخ Z را نشان می دهد .

در منحنی هم سطح ، بطوریکه ، اگر m₂=0 در همه جا ، اولین معادله های (18-9) بیان می کند که انحناء متناسب با گشتاور خمشی است سومین معادله های (18-9) نشان می دهد که کوپل تاب متناسب با تاب مغزی (‌داخلی ) است ارتباط بین کوپلهای در منحنی های غیر هم سطح پیچیده تر است اگر هر دو ثابت باشند دو معادله آخری (18-9) معادل با آن نتایج به دست آمده توسط لاو [41] هستند . هیچ مقایسه‌ای درابتدای معادلات، بدست نمی آید و تنها حالت تعادل گشتاور را نشان می دهد .

با جایگذاری معادله های (18-9) در معادله (12-9) ، همیلتن H می تواند بصورت ذیل نوشته شود .

(20-9)

بطور متناوب نیروهای قیود یا نیروهای برشی نخ باعث کار و حرکت در فاصله و .... می شود ودر فشار نخ :

(21-9)

این کار به انرژی کرنشی پیچشی و خمی T‌سیستم ( در واحد طول ) تبدیل می گردد بطوریکه:

(22-9)

نتیچتاً ، H‌در معادله (20-9) می تواند به عنوان انرژی کل (منفی ) (‌در واحد طول ) سیستم در نظر گرفته شود .

(23-9) H=-(V+T)

بطوریکه V بیان کننده و تفسیر کننده انرژی پتانسیل نیروهای قیود است و T بعنوان انرژی کرنشی نخ است .

در مورد نخ بدون فشار ، بدون تاب و مستقیم با نقطه اولیه S=0 قرار داشته باشد .

انرژی کل ( منفی) است

(24-9)

اگر نیروهای اعمال شده باشد انتگرال صفر خواهد شد . علاوه بر این ، می‌توان نشان داد که H در طول حلقه ثابت است (49و 44-42) H در حقیقت کلیات انتگرال انرژی توسط لاو است (41) .

یک مقایسه بیشتر بین فرمول کنترل بهینه حاضر [49و 42] می‌تواند فرمول استفاده شده در مکانیک کلاسیک را نتیجه گیری کند . [51و52]

از معادلات کمکی (16-9) مقدار ثابت = ، بطوریکه کوپل تاب در سراسر نخ ثابت است اگر آن بعنوان یک شرایط مرزی ( بدون کوپل تاب در S=0) باشد بنابراین آخرین معادله های (18-9) نتیجه خواهد داد که :

(25-9)

با جایگذاری، در معادله (8-9) نشان می دهد که مطابق فرضیه جاری که نیروها از محور نخ می گذرند پس هیچ پیچش نخ وجود نخواهد داشت . حتی در صورتیکه در نخ از بازشدن تاب به وسیله چند کوپل در انتها جلوگیری شود کلیات معادله(25-9) از بین نخواهد رفت .

روش انرژیروش انرژی در خواص کششی پارچهمیکرومکانیکهای پارچهآنالیز انرژی

بررسی سازه‌های پارچه‌ای و خصوصیات مکانیکی پارچه‌های آن

از دیر هنگام استفاده از سازه های پارچه ای در زندگی بشر نقش اساسی داشته است انسانها از سازه های پارچه ای (چادر) به عنوان سرپناه برای محافظ از سرما و برف و باران استفاده می کردند اما سازه های پارچه های امروزی تغییرات فراوانی کرده است سازه های پارچه در این مقاله در مورد آن بررسی انجام گرفته است از پارچه های کامپوزیتی ساخته شده و بیشتر در سقف های است

دسته بندی	علوم انسانی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	2707 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	65

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست مطالب

چکیده

فصل اول: آشنایی کلی با سازه‌های پارچه‌ای

بخش اول: مواد کامپوزیتی و خصوصیات آنها....... 1

1-1- تاریخچه................................. 1

2-1- مقدمه................................... 2

3-1- کامپوزیتها چه هستند؟.................... 5

4-1- صنعت کامپوزیتها......................... 8

1-4-1- کامپوزیتهای مصرفی..................... 8

2-4-1- کامپوزیتهای صنعتی..................... 9

3-4-1- کامپوزیتهای پیشرفته................... 9

5-1- ساختارهای تشکیل دهنده مواد مرکب......... 10

6-1- چرا کامپوزیتها متفاوتند؟................ 11

7-1- کامپوزیتها از نقطه نظر دیگر............. 13

8-1- طبقه بندی کامپوزیتها.................... 14

1-8-1- کامپوزیتهای الیافی (رشته‌ای)........... 15

2-8-1- کامپوزیتهای لایه‌ای..................... 16

3-8-1- کامپوزیتهای ذره‌ای..................... 17

4-8-1- کامپوزیتهای پولکی..................... 17

5-8-1- کامپوزیتهای پرشده..................... 17

9-1- مزایای هشتگانه کامپوزیتها (پلاستیکهای تقویت شده با الیاف FRP) 19

1-9-1- انعطاف پذیری در طراحی................. 19

2-9-1- پایداری ابعاد......................... 19

3-9-1- ساخت قطعات به شکل یکپارچه............. 19

4-9-1- مقاومت بالا............................ 20

5-9-1- سبکی وزن.............................. 20

6-9-1- هزینه تجهیزات متوسط................... 20

7-9-1- هزینه پرداختکاری پایین................ 20

8-9-1- مقاومت در برابر خوردگی بالا............ 20

بخش دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده قبلی..... 21

10-1- شبیه سازی سه بعدی زیرلایه‌های کامپوزیت بافته شده برای صفحه مدارهای چند لایه‌ای......................................... 21

11-1- شبیه‌سازی تصادفی شکل گیری کامپوزیتهای بافته شده 21

12-1- روش میکرو سطح/ ماکرو سطح و مولتی سطح برای آنالیز ورقه‌های کامپوزیت پارچه‌های بافته شده................... 22

1-12-1- روش میکروسطح / ماکروسطح و مولتی سطح.. 24

13-1- روندهای نمونه برداری برای کامپوزیت‌های بافته شده هشت وجهی سه‌بعدی........................................ 26

1-13-1- فرایند تولید برای کامپوزیتهای بافته شده سه بعدی 28

14-1- تست فریم تصویری تقویت‌های کامپوزیت بافته شده با یک ثبت واتنش میدان کامل.............................................. 29

15-1- مدل‌های میکرو مکانیکی برای رفتار خمش کامپوزیت بافته شده 30

بخش سوم: سازه‌های پارچه‌ای..................... 32

16-1- سازه‌های پارچه‌ای ....................... 32

17-1- خصوصیات مواد نساجی..................... 34

18-1- پارچه‌های مورد استفاده در سازه‌های پارچه‌ای 35

19-1- انواع سازه‌های پارچه‌ای.................. 35

20-1- مزیت‌های سازه‌های پارچه‌ای................ 37

21-1- انتخاب سازه‌های پارچه‌ای................. 37

22-1- کاربردهای امروزه....................... 38

فصل دوم: مقایسه خصوصیات مکانیکی پارچه کامپوزیتی با پارچه پیراهنی

بخش اول: روش انجام آزمایشات ................. 42

1-2- مقدمه................................... 42

2-2- معرفی مواد مورد آزمایش.................. 42

1-2-2- پارچه کامپوزیتی (سازه پارچه‌ای)........ 42

1-1-2-2- خصوصیات پارچه کامپوزیتی............. 42

2-2-2- پارچه پیراهنی......................... 43

1-2-2-2- خصوصیات پارچه پیراهنی............... 43

3-2- اندازه‌گیری ضخامت با دستگاه.............. 44

1-3-2- اندازه‌گیری ضخامت پارچه کامپوزیتی...... 44

2-3-2- اندازه‌گیری ضخامت پارچه پیراهنی........ 45

4-2- تعریف خواص مکانیکی ..................... 46

1-4-2- خاصیت کشسانی و قانون هوک.............. 46

5-2- خواص مکانیکی پارچه...................... 47

1-5-2- استحکام............................... 47

2-5-2- مقاومت خمشی........................... 47

3-5-2- قابلیت ازدیاد طول..................... 48

6-2- طول خمشی................................ 48

1-6-2- سختی خمشی............................. 51

2-6-2- مدول خمشی............................. 51

7-2- استحکام پارچه........................... 52

1-7-2- مقدمه................................. 52

2-7-2- خصوصیات موثر بر خواص استحکامی کششی پارچه 52

3-7-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه.............. 55

4-7-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه با باریکه‌ای از پارچه 56

بخش دوم: نتایج بدست آمده از آزمایشات......... 58

8-2- محاسبه سختی خمشی........................ 58

1-8-2- سختی خمشی پارچه کامپوزیتی در جهت تار.. 58

2-8-2- سختی خمشی پارچه کامپوزیتی در جهت مورب ^ס45 58

3-8-2- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت تار.... 59

4-8-2- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت پود.... 59

5-8-2- سختی خمشی پارچه پیراهنی در جهت مورب ^ס45 60

9-2- محاسبه استحکام.......................... 61

1-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه کامپوزیتی در جهت تار 61

2-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه کامپوزیتی در جهت مورب ^ס45 62

3-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت تار 63

4-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت پود 64

5-9-2- اندازه‌گیری استحکام پارچه پیراهنی در جهت مورب ^ס45 65

10-2- محاسبه سختی برشی....................... 66

1-10-2- سختی برشی برای پارچه کامپوزیتی....... 66

2-10-2- سختی برشی برای پارچه پیراهنی......... 66

فصل سوم: نتیجه‌گیری

1-3- مقدمه................................... 67

2-3- مقایسه خواص مکانیکی پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی 67

3-3- مقایسه خواص ظاهری پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی 68

4-3- نتایج .................................. 68

ضمائم........................................ 69

منابع و مآخذ

فهرست منابع فارسی............................ 95

فهرست منابع غیرفارسی......................... 96

فهرست جداول

1-2- جدول: اندازه‌گیری ضخامت پارچه کامپوزیتی 44

2-2- جدول: اندازه‌گیری ضخامت پارچه پیراهنی.. 45

3-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه کامپوزیتی در جهت تار 61

4-2- جدول: نتایج آماری پارچه کامپوزیتی در جهت تار 61

5-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه کامپوزیتی در جهت مورب (^o45) 62

6-2- جدول: نتایج آماری پارچه کامپوزیتی در جهت مورب (^o45) 62

7-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت تار 63

8-2- جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت تار 63

9-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت پود 64

10-2- جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت پود 64

11-2- جدول: داده‌های آزمایش پارچه پیراهنی در جهت مورب (^o45) 65

12-2- جدول: نتایج آماری پارچه پیراهنی در جهت مورب (^o45) 65

1-3- جدول: مقایسه خواص مکانیکی پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی 67

2-3- جدول: مقایسه خواص ظاهری پارچه پیراهنی و پارچه کامپوزیتی 68

فهرست شکل‌ها

1-1- شکل: کامپوزیت طبیعی................... 5

2-1- شکل: کاهگل (خشت)...................... 7

3-1- شکل: واسطه ارتباط بین الیاف و ماتریس. 11

4-1- شکل: تفاوت ساختاری بین کامپوزیتها و فلزات 12

5-1- شکل: شکل کلی انواع کامپوزیت‌ها......... 15

6-1- شکل: طبقه بندی کامپوزیتها از دیدگاه دیگر 18

7-1- شکل: روش چند سطحی برای ساختمان های کامپوزیت پارچه بافته شده.............................................. 25

8-1- شکل: ترمینال حج در عربستان سعودی...... 32

9-1- شکل: گنبد پارچه‌ای در لندن............. 33

10-1- شکل: استادیوم ورزشی در کالیفرنیا..... 33

11-1- شکل: ساختار سازه پارچه‌ای............. 34

12-1- شکل: چگونگی تشکیل سازه پارچه‌ای........ 35

13-1- شکل: سازه‌های هوایی................... 36

14-1- شکل: سازه‌های کششی.................... 36

15-1- شکل: سقف خانه........................ 38

16-1- شکل: گنبد............................ 39

17-1- شکل: سالن‌های نمایش................... 39

18-1- شکل: استادیوم‌های ورزشی............... 40

19-1- شکل: پارکهای تفریحی.................. 40

20-1- شکل: سالن نمایشگاه................... 41

1-2- شکل: منحنی تنش- کرنش یک ماده در منطقه‌ای که رفتار کشسان از خود نشان می‌دهد......................................... 46

2-2- شکل: اصول اندازه گیری خمش پارچه....... 49

3-2- شکل: روش آزمایشگاهی بررسی خمش پارچه... 50

4-2- شکل: اثر تاب بر استحکام نخ........... 53

5-2- شکل: دستگاه استحکام سنج کششی پارچه.... 57

چکیده

از دیر هنگام استفاده از سازه های پارچه ای در زندگی بشر نقش اساسی داشته است. انسانها از سازه های پارچه ای (چادر) به عنوان سرپناه برای محافظ از سرما و برف و باران استفاده می کردند. اما سازه های پارچه های امروزی تغییرات فراوانی کرده است. سازه های پارچه در این مقاله در مورد آن بررسی انجام گرفته است از پارچه های کامپوزیتی ساخته شده و بیشتر در سقف های استودیوم، نمایشگاه و سایه بان­ها استفاده می گردد. در صنعت نساجی پارچه های کامپوزیتی از ترکیب پلی استر و رزین وینیل و همچنین الیاف شیشه و رزین تفلن تولید می شوند.

امروزه الیاف، انواع پارچه‌ها و دیگر مواد نساجی در ساختمان‌سازی جایگاه مناسبی پیدا کرده‌اند. زیرا نسبت به آجر و ملات، سبکتر و قابل انعطاف‌ بوده و در زمان بسیار کمی بنا می‌شوند. همچنین توانایی پوشاندن سطح وسیعی را با بکار بردن کمترین مواد را دارند. در این پروژه علاوه بر معرفی و ضرورت سازه‌های پارچه‌ای، خواص مکانیکی پارچه کامپوزیتی مورد استفاده در آنها بررسی می‌شود که نمونه پارچه کامپوزیتی مورد استفاده در سازه های پارچه ای که در این پروژه مورد بررسی شده از شرکت اطلس تهیه شده و تنها یک نمونه انتخاب و خواص آن اندازه گیری شده است. برای درک بهتر این خواص، مقایسه‌ای بین این پارچه و پارچه مورد استفاده در پوشاک انجام گرفته که نمونه (پارچه پیراهنی) از کارخانه یزدباف تهیه گردیده و تنها یک نمونه مورد آزمایش قرار گرفته است که شامل مقایسه استحکام، سختی خمشی، سختی برشی و خواص ظاهری (جنس، وزن، تراکم و...) می‌باشد. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که پارچه کامپوزیتی 4 برابر پارچه پیراهنی استحکام داشته و سختی خمشی آن در جهت تار 60 برابر و در جهت مورب 32 برابر پارچه پیراهنی می‌باشد و علاوه بر این 5 برابر پارچه پیراهنی وزن دارد.

کلمات کلیدی: پارچه کامپوزیتی- خواص مکانیکی- سازه پارچه‌ای

بخش اول: مواد کامپوزیتی و خصوصیات آن

1-1- تاریخچه

ترکیب مواد برای ساختن یک ماده جدید با خواص بهتر از گذشته دور مطرح بوده است.استفاده کارگران از ساقه های بریده شده درختها، استفاده سامورائی های ژاپنی از فلزات چندلایه در ساخت شمشیر واستفاده هنرمندان از کاغذهای لایه لایه در اندازه های مختلف برای ساخت ابزار آلات هنری از نمونه های کاربردی ترکیب مواد از گذشته دور است. ]2[

مبدا و زمان مشخصی درباره استفاده از مواد مرکب در دست نیست، اما به گواهی تاریخ در مصر باستان از «کاه‌گل» برای ساخت بناها استفاده می‌شده است. همچنین در 8000 سال قبل از میلاد نیز فلسطینی‌ها از نی و حصیر در ساخت آجر و از حرارت خورشید برای عمل آوردن آن استفاده می‌کردند. در 5000 سال قبل از میلاد در خاورمیانه از اولین ماده مرکب که در آن پلیمر به کار رفته بود، برای قیراندود کردن قایقها استفاده می‌شد. در 1500 سال قبل از میلاد نیز از چوبهای لایه لایه، با چسب طبیعی گیاهان و درختان و یا سریش و تخم‌مرغ استفاده می‌گردید. با بسط و توسعه شیمی آلی در سال 1847 «برزیلوس» شیمیدان سوئدی اولین رزینها را تهیه کرد و در سال 1909 رزین با کالیت (رزین فنل فرمالدئید) بدست آمد. در سال 1930 دانشمندان به فکر استفاده از مواد تقویت‌کننده افتاده و مفهوم جدید مواد مرکب را پایه‌گذاری کردند. در سال 1942 پلی استر تقویت شده با شیشه، 1946 مواد مرکب با رزین اپاکسی، 1964 کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف هیبریدکربن و شیشه، در سال 1975 مواد مرکب هیبریدی از الیاف آرامیدی- گرافیت ساخته شده است. اخیراً نیز از علم ژنتیک برای رسیدن به تارهای مقاومت بالا در مواد مرکب استفاده می‌شود. ]4[

در این رابطه می‌توان به الیاف ابریشمی اشاره نمود که از این طریق تهیه شده‌اند که حدود پنج برابر لیفی فولادی با همان قطر مقاومت دارند. ضمن آنکه دانسیته کمتری نیز دارند. ]4[

قدمت اولین ماده کامپوزیتی با رفتار بالا و پیشرفته به قدمت بشر وحیات وی است: استخوان ها و بافت ماهیچه یک کامپوزیت لایه لایه چند جهتی[1] هستند، تایر اتومبیل نیز یک کامپوزیت امروزی است .امروزه ،الیاف در داخل مواد برای ایجاد مقاومت[2] وسفتی[3] استفاده می‌شوند و گذشته از آن سازندگان از تقویت کنندگان مقاوم در مقابل حرارت برای پخت سریع کامپوزیت‌ها ، بدون ایجاد تنش های داخلی بالادرآنها ، استفاده می کنند. ]2[

2-1- مقدمه

سازندگان، طراحان و مهندسین، کاربرد مواد کامپوزیت را جهت تولید محصولاتی با کیفیت بالا، بادوام و ارزان مفید تشخیص داده‌اند. مواد کامپوزیت در محصولات زیادی در زندگی روزمره ما یافت می‌شوند، از اتومبیلهایی که بر آن سوار می‌شویم تا قایقها، چوبهای اسکی و گلف که در تعطیلات آخر هفته استفاده می‌کنیم. علاوه بر این، کامپوزیتها در بسیاری از کاربردهای صنعتی حساس، هوافضا و نظامی استفاده می‌شوند. ]4[

در بازاری که تقاضا برای محصول همواره در حال افزایش است، مواد کامپوزیت ثابت کرده‌اند که در کاهش هزینه‌ها و افزایش کارآیی، می‌توانند موثر باشند. کامپوزیتها، مشکلات را حل می‌کنند، سطح کارآیی را بالا می‌برند و توسعه محصولات جدید را قادر می‌سازند. در ایالات متحده، ساخت کامپوزیتها، یک صنعت 25 میلیون دلاری در سال است و یکی از معدود صنایعی است که در آن نسبت به دیگر رقبای خارجی کمی پیشرفته‌تر است. بیش از 3000 مرکز در ارتباط با ساخت قطعات و توزیع مواد کامپوزیت در آمریکا وجود دارند. این امکانات، بیش از 236000 نفر را به کار گمارده است. علاوه بر آن حدود 250.000 نفر در ارتباط با تجارت این صنعت شامل، تهیه‌کنندگان مواد، فروشندگان تجهیزات و دیگر پرسنل پشتیبانی کننده، مشغول به کار می‌باشند. ]4[

در حدود 90% کامپوزیتهای تولید شده، از الیاف شیشه و رزین پلی استر و وینیل استر استفاده می‌شود. 65% کامپوزیتها با استفاده از روش قالبگیری باز ساخته می‌شوند و 35% باقیمانده با استفاده از روشهای قالبگیری بسته یا پیوسته تولید می شوند. ]2[

کامپوزیتها به طور گسترده‌ای به عنوان پلاستیکهای تقویت شده غالباً، الیاف تقویت‌کننده، فایبرگلاس (Fiber Glass) می باشند گرچه الیافی با استحکام بالا نظیر آرامید (Aramid) و کربن (Carbon) در کاربردهای پیشرفته به کار برده می‌شوند. ]2[

ماتریس پلیمری (Polymer Matrix) معمولاً شامل رزین ترموستی (Thermoset Resin) نظیر پلی استر، وینیل استر و رزینهای اپاکسی می‌باشد. رزینهای خاصی نظیر فنولیک،پلی اوره‌تان و سیلیکون برای کاربردهای ویژه استفاده می شوند. رزین‌های مصرفی معمولاً در ضمن فرآیند قالب گیری، شبکه‌ای شده و منسجم و جامد می‌گردند. این فرآیند به نام فرآیند شبکه‌ای شدن معروف است. به علت انجام این فرآیند مقاومت شیمیایی، حرارتی و خواص فیزیکی و دوام سازه‌ای کامپوزیت افزایش می‌یابد. به دلیل مزایای بی شمار کامپوزیت‌ها کاربرد این مواد در بازارهایی نظیر حمل و نقل، ساختمان، سازه‌های دریایی، سازه‌های خیلی قوی، محصولات مصرفی، وسایل برقی، هواپیما و هوافضا، وسایل وتجهیزات تجاری روبه افزایش است. برخی از این مزایا به شرح زیر است:

1- استحکام بالا: مواد کامپوزیت برای نیازهای استحکامی خاص در یک کاربرد می‌توانند طراحی شوند. مزیت بارز کامپوزیتها نسبت به سایر مواد، توانایی استفاده کردن از تعداد زیادی از ترکیبهای رزینها و تقویت‌کننده‌ها و بنابراین رسیدن به خواست مشتری از نظر خواص مکانیکی و فیزیکی سازه می‌باشد.

2- سبکی: کامپوزیتها، موادی را ارائه می‌دهند که می‌توانند هم برای استحکام بالا و هم وزن کم طراحی شوند. در حقیقت کامپوزیتها جهت تولید سازه‌هایی با بالاترین نسبت استحکام به وزن شناخته شده برای بشر به کار برده می شوند.

3- مقاومت در برابر خوردگی: کامپوزیتها، مقاومت طولانی مدتی را در کار در محیطهای شیمیایی و دمایی ارائه می‌دهند. کامپوزیتها، موادی منتخب برای قطعاتی محسوب می‌شوند که در محیطهای بازی، کاربردهای شیمایی و دیگر شرایط محیطی قرار دارند.

4- انعطاف‌پذیری طراحی: کامپوزیتها نسبت به دیگر مواد این مزیت را دارند که می‌توانند با شکلهای پیچیده نسبت به هزینه کم، قالبگیری شوند. انعطاف‌پذیری در ایجاد شکلهای پیچیده، به طراحان آزادی عمل می دهد که این موضوع نشان‌دهنده موفقیت کامپوزیتها است.

5- بادوام بودن: سازه‌های کامپوزیتی عمری با دوام و طولانی را دارا هستند. این خصوصیت با حداقل نیازمندی‌های تعمیر و نگهداری توام گشته است. طول عمر کامپوزیتها در کاربردهای حساس مزیت به شمار می‌رود. در نیم قرن توسعه کامپوزیتها، سازه های کامپوزیتی به گونه‌ای خوب طراحی شده‌اند که هنوز کاملاً فرسوده نشده‌اند. ]4[

امروزه، صنعت کامپوزیتها به عنوان یک ارائه دهنده اصلی مواد به رشد خود ادامه می‌دهد به صورتی که بیشتر طراحان، مهندسین و سازندگان از مزایای این مواد همه کاره مطلع شده‌اند. ]4[

مواد مرکب (composite materials) به دلیل دارا بودن مقاومت بالا و وزن کم، یکی از مواد بسیار مناسب برای مهندسین سازه می‌باشد. کاربرد این مواد در سازه‌های هواپیما، کشتی، قایق، ماشین و نظیر آن روند صعودی داشته و رفته رفته جای خود را در دیگر زمینه‌های صنعتی به طور کامل باز کرده است. ]4[

3-1- کامپوزیتها چه هستند؟

کلمه کامپوزیت می‌تواند در چند جای مختلف به کار برده شود و تعریف آن می‌تواند در محدوده‌ای از یک حالت عمومی تا حالتی خیلی خاص به کار رود. ترکیب چند تصویر به داخل یک تصویر به عنوان یک تصویر کامپوزیتی شناخته می‌شود که ترکیبی از اجزای مختلف است. مواد کامپوزیت هم، ترکیبی از اجزای مختلف هستند.

تعریف جامع یک کامپوزیت عبارت است از: دو ماده غیریکسان که در صورت ترکیب، ماده حاصله از تک تک مواد قوی‌تر می شود. کامپوزیتها می‌توانند هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی (ساخت بشر) باشند. ]2[

			سلولز + لیگنین = چوب

شکل 1-1- کامپوزیت طبیعی ]2[

چوب مثال خوبی از یک کامپوزیت طبیعی است که در شکل 1-1 نشان داده شده است. چوب ترکیبی از الیاف سلولزی (Cellulose) و لیگنین می‌باشد. الیاف سلولزی استحکام را ایجاد می‌کنند و لیگنین چسبی است که الیاف را به هم می‌چسباند و پایدار می‌کند. بامبو (Bamboo) (نی یا خیزران)، یک سازه کامپوزیتی چوبی بسیار کارآمد می‌باشد. اجزای آن عبارتند از: سلولز و لیگنین، همانگونه که در دیگر چوبها نیز هست. ضمناً بامبو توخالی است و این امر باعث می شود که سازه‌ای سفت و خیلی سبک باشد. چوبهای بلند ماهی‌گیری کامپوزیتی و بدنه چوبهای گلف، کپی این طرح طبیعی می‌باشند. ]2[

تخته چند لایی، یک کامپوزیت ساخت بشر است که ترکیبی از مواد طبیعی و مصنوعی می‌باشد. این لایه‌های نازک چوب یا چسب به هم چسبانده می‌شوند و تشکیل صفحاتی تخت از چوب لایه‌گذاری شده، که از چوب طبیعی قوی‌تر هستند را می‌دهند. ترکیبات دیگری از مواد طبیعی ساخت بشر وجود دارند که کامپوزیتهای مفیدی را تشکیل می‌دهند. مصریان باستان کامپوزیتها را ساختند. آجرهای خشتی مثال خوبی هستند. ترکیبی از کاه و گل، کامپوزیتی را تشکیل می‌دهد که هم از گل و هم از کاه به تنهایی قوی‌تر است. ]2[

بتن و فولاد ترکیب می‌شوند تا سازه‌هایی را ایجاد کنند که صلب و قوی هستند. (بتن مسلح) اینها نمونه‌هایی از ماده کامپوزیتی کلاسیک هستند که در آنها اشتراک مساعی بین مواد وجود دارد. در این حالت، اشتراک مساعی به معنای این است که ترکیب مواد قوی‌تر است و از تک تک مواد بهتر عمل می‌کند. بتن صلب هست و استحکام فشاری خوبی دارد در حالی که فولاد استحکام کششی بالایی دارد. نتیجه این است که این سازه هم از نظر کشش و هم از نظر فشار قوی می‌باشد. محصول کامپوزیتی دیگری که ما با آن خیلی آشنا هستیم، تایر لاستیکی است. تایر اتومبیل ترکیبی است از مخلوط لاستیک و تقویت‌کننده‌ای نظیر فولاد، نایلون، آرامید یا دیگر الیاف. لاستیک به عنوان ماتریس عمل می‌کند و تقویت کننده را در جای خود نگاه می‌دارد. ماتریس، چسبی است که الیاف را در جای خود نگاه می‌دارد. ]2[

همانطور که در شکل 2-1 ملاحظه می‌شود در قدیم از کاه بعنوان تقویت کننده در گل استفاده می‌شده است.

شکل 2-1- کاهگل (خشت) ]2[

یک تعریف ویژه از کامپوزیت برای اهداف ما چنین است:

ترکیبی است از الیاف تقویت کننده و یک ماتریس پلیمری.

برای مثال، رزین پلی استر (Polyester) ماتریس و الیاف شیشه تقویت کننده است. الیاف شیشه استحکام کششی و رزین استحکام فشاری و صلبیت را ایجاد می‌کنند. ]2[

در تعریف مواد کامپوزیتی، باید دقت کرد که خواص، خصوصیات و مشخصات آنها به خوبی بیان شوند، با این حال این امر اختیاری است و به سلیقه افراد بر می گردد. بسیاری به سادگی گفته‌اند که مواد کامپوزیت از ترکیب دو یا چند ماده برای تشکیل ماده مفید جدید و یا بدست آوردن خاصیت مشخصی از ماده تشیکل شده‌اند. بعضی مواقع، از لغات میکروسکوپیک وماکروسکوپیک نیز برای توصیف سطح مشخصات ماده استفاده شده است. این تعریف گسترده است و محدوده وسیعی از کاربردها را می پوشاند. برای روشن شدن مطلب، تیری ساخته شده از المان‌های مسی وتیتانیومی در نظر گرفته می شود. این کامپوزیت در یک سطح ماکروسکوپیک، در نظر گرفته شده که برای بالا بردن وابستگی رفتار ماده به درجه حرارت، با توجه به از بین رفتن ضرایب انبساط حرارتی میان مس و تیتانیوم، استفاده شده است. این سیستم ازکامپوزیت که از دو ماده مختلف تشکیل شده با تعاریف جدید از کامپوزیت هایی که در صنایع هوایی، اتومبیل و سایر کاربردهای صنعتی استفاده می شوند تطابق ندارد. ]2[

4-1- صنعت کامپوزیتها

صنعت کامپوزیتها، عموماً توسط بازارهایی که از محصولات کامپوزیتها استفاده می‌کنند مشخص می‌گردد. کامپوزیتها توسط هزاران سازنده محصولاتی که در سه مقوله زیر کار می‌کنند شناخته می شوند: کامپوزیتهای مصرفی، کامپوزیتهای صنعتی و کامپوزیتهای پیشرفته. ]2[

1-4-1- کامپوزیتهای مصرفی

صنعت کامپوزیتها به مدت بیش از 50 سال جا افتاده است و محصولات مصرفی نظیر قایقها، اتومبیلها و محصولات بازسازی شده از اوایل دهه 1950 ساخته شده‌اند.

گرچه غالباً، و نه همیشه، کامپوزیتهای مصرفی شامل محصولاتی می‌باشند که به یک پرداخت تزئیناتی نیاز دارد (نظیر قایقها، وسایل بازسازی شده، پوشش حمامها و وسایل ورزشی) در بسیاری از حالتها، پرداخت تزئیناتی، یک پوشش شناخته شده به عنوان ژل کت (Gel Coat) درون قالب است. کامپوزیتهای مصرفی، بخش عمده‌ای از کل محصولات بازار را به خود اختصاص می‌دهند. ]2[

2-4-1- کامپوزیتهای صنعتی

تنوع وسیعی از محصولات کامپوزیتی در کاربردهای صنعتی، جاهایی‌ که مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد در محیطهایی با شرایط بد را می‌طلبد مصرف می شوند. به طور کلی رزینهای در حد متوسط نظیر ایزوفنالیک و وینیل استر برای مشخصه‌هایی نظیر مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز می باشند و الیاف شیشه (فایبرگلاس) تقریباً همواره به عنوان الیاف تقویت کننده به کار می‌روند.

محصولات کامپوزیتی صنعتی شامل مخازن زیرزمین، لوله‌کشی‌ها، دودکشها، اجزاء عملیات تصفیه آب، مخازن تحت فشار و گروهی دیگر از محصولات می‌باشند. ]2[

3-4-1- کامپوزیتهای پیشرفته

این بخش از صنعت کامپوزیتها با استفاده از سیستمهای رزینی با عملکردی بالا و گران‌قیمت و الیاف تقویت کننده‌ای با استحکام و سفتی بالا مشخص می‌گردند. صنعت هوافضا شامل انواع هواپیماهای نظامی و تجاری، مشتری اصلی برای کامپوزیتهای پیشرفته می‌باشد. این مواد همچنین برای استفاده در ابزارهای ورزشی، جاهایی که عملکرد بالایی نیاز هست نظیر چوبهای گلف، راکتهای تنیس، چوبهای بلند ماهی‌گیری و کمانهای تیراندازی و جاهایی که خواصی نظیر نسبت استحکام بالا به وزن کم مدنظر است به عنوان مواد پیشرفته استفاده می‌شوند.

رزین اپاکسی (Epoxy) و الیاف تقویت کننده آرامید، کربن یا گرافیت در این قسمت بخش مهمی از بازار را به خود اختصاص می‌دهند. ]2[

5-1- ساختارهای تشکیل دهنده مواد مرکب

عمده ساختارهایی که در مواد مرکب استفاده می شوند عبارتند از:

الف ) زمینه[4]: بدنه ، حافظ ومحدود کننده ترکیب است وفرمی توده‌ای و پیوسته به آن می دهد و می تواند از فلزات[5] ، پلیمرها[6] ، یا سرامیک ها می باشد:

ب) ساختار اصلی: شامل

³ الیاف یا رشته ها[7]

³ ذرات[8]

³ لایه ها[9]

³ پولکها[10]

³ پر کننده ها [11]

زمینه با توجه به نوع کاربرد کامپوزیت وخواص لازم انتخاب می شود ولی مهمترین خاصیتی که باید داشته باشد این است که به خوبی به ساختار یا ساختارهای دیگر بچسبد و آنها را کنار هم نگه دارد. به دلیل مخلوط کردن مواد، همیشه بین ساختارهای مختلف یک ناحیه رابط وجود دارد که می تواند شامل یک سطح یا دو سطح واسط[12] باشد، هنگامی که یک واسطه[13] ارتباط یا حالت واسطه بین زمینه وساختار اصلی وجود داشته باشد، دو سطح واسط خواهیم داشت. زمانی از واسطه ارتباط بین زمینه وساختارها استفاده میشود که زمینه به خوبی به ساختار اصلی نچسبد که ساختار آن را می‌توانیم در شکل 3-1 مشاهده کنیم. ]4[

بررسی سازه‌های پارچه‌ای و خصوصیات مکانیکی پارچه‌های آنساختارهای تشکیل دهنده مواد مرکبکامپوزیتهای الیافی (رشته‌ای)