عملية السحب

عملية السحب هي عملية مستمرة لتصنيع البلاستيك المقوى بالألياف ذي المقطع العرضي الثابت. والمصطلح مُركّب من كلمتي "سحب" و" بثق ". وعلى عكس البثق الذي يدفع المادة، فإن عملية السحب تسحبها.

سجّل جيه إتش واتسون براءة اختراع مبكرة جدًا لتقنية السحب بالبثق عام 1944، تلاها تسجيل إم جيه ميك عام 1950. وقدّمت شركة جلاستيك في كليفلاند، أوهايو، أولى منتجات السحب بالبثق التجارية بموجب براءة اختراع سجّلها رودجر بي وايت عام 1952. وساهمت براءة الاختراع التي مُنحت لدبليو بي جولدزورثي عام 1959 في إطلاق الترويج لهذه التقنية ونشر المعرفة بها في هذا القطاع. ويُعتبر دبليو براندت جولدزورثي على نطاق واسع مخترع تقنية السحب بالبثق. ^{[ 1 ]}

بالتوازي مع عمل غولدزورثي، الذي ركز عمله على راتنجات البوليستر غير المشبعة، قام إرنست كوهن في ألمانيا بتطوير عملية مماثلة تمامًا في عام 1954 تعتمد على راتنج الإيبوكسي.

لا يزال الابتكار والتطوير وإصدار براءات الاختراع مستمرًا في مجال تقنية السحب حتى يومنا هذا. وقد طُوّر ابتكارٌ لاحقٌ في هذا المجال وحصلت شركة Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG الألمانية على براءة اختراع له عام 2008، وسيتم وصفه أدناه.

في عملية السحب القياسية، تُشرب مواد التقوية، كالألياف أو الخيوط المنسوجة أو المضفرة، بالراتنج ، وقد يتبع ذلك نظام تشكيل أولي منفصل، ثم تُسحب عبر قالب ثابت ساخن حيث يخضع الراتنج لعملية البلمرة . تتم عملية التشريب إما بسحب مادة التقوية عبر حوض أو بحقن الراتنج في حجرة حقن متصلة عادةً بالقالب. يمكن استخدام أنواع عديدة من الراتنجات في عملية السحب، بما في ذلك البوليستر ، والبولي يوريثان ، والفينيل إستر ، والإيبوكسي . يوفر الراتنج مقاومة للعوامل البيئية (مثل مقاومة التآكل، ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية، ومقاومة الصدمات، إلخ)، بينما يوفر الزجاج المتانة، بالإضافة إلى الحماية من الحريق.

يمكن أيضاً إضافة طبقة سطحية للحماية من التآكل أو "تكوّن الألياف" وتوفير مقاومة للتآكل والأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 2 ]}

لا تقتصر هذه التقنية على البوليمرات المتصلبة حرارياً . ففي الآونة الأخيرة، استُخدمت تقنية السحب بنجاح مع مواد لدن بالحرارة مثل بولي بيوتيلين تيريفثالات (PBT) وبولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، إما عن طريق تشريب الألياف الزجاجية بالمسحوق أو بتغليفها بألواح من مادة المادة اللدنة بالحرارة، ثم تسخينها. وقد قادت شركة Engineered Composites Ltd في المملكة المتحدة تطوير هذه العملية على مدى السنوات الثماني والثلاثين الماضية بالتعاون مع كبرى شركات الإنتاج والجامعات.

تُعدّ النظافة البيئية للمنتجات المصنّعة، على عكس المواد المركبة القائمة على الراتنجات المتصلبة حراريًا، فضلًا عن الإمكانيات غير المحدودة عمليًا لإعادة التدوير (المعالجة) بعد استنفاد الموارد، من الحجج القوية المؤيدة لاستخدام اللدائن الحرارية المقواة. ولهذه الأسباب، ازداد الإنتاج الصناعي واستخدام هذه المواد في الدول الصناعية المتقدمة بنسبة 8-10% سنويًا خلال العقود الأخيرة. وتُسهم التطورات الجديدة (انظر تعديلات العمليات) التي تُمكّن من تصنيع ليس فقط المقاطع المستقيمة بل أيضًا المنحنية، في زيادة الطلب على هذه التقنية، لا سيما في قطاع السيارات.

يبدو أن تقنية السحب بالبثق لتصنيع مركبات الألياف ذات المصفوفة البوليمرية موفرة للطاقة والموارد.

تشجع العوامل الاقتصادية والبيئية على استخدام مصفوفة حرارية بلاستيكية، ولكن نظرًا للزوجة العالية للمواد المنصهرة، فمن الصعب تحقيق إنتاجية عالية وجودة عالية لتشريب الألياف باستخدام هذا النوع من المصفوفة.

تُستخدم المنتجات المصنعة باستخدام هذه التقنية على نطاق واسع في الصناعات التالية:

• في الصناعات الزراعية والكيميائية لتصنيع أرضيات ذات شرائح مقاومة كيميائياً للوسائط العدوانية ذات خصائص قوة محسنة تستخدم في بناء مرافق تربية الماشية والمصانع الكيميائية وما إلى ذلك؛
• في صناعة البناء لإنتاج تقوية الألياف الزجاجية، والقطاعات، والهياكل، وقضبان التقوية لنوافذ PVC، وما إلى ذلك؛
• في صناعة الطيران والفضاء لتصنيع مكونات هيكل الطائرات؛
• في صناعات الرياضة والسياحة لتصنيع المعدات التي تتميز بخصائص قوة محسنة: الزلاجات، وأعمدة التزلج، وأعمدة أعلام ملاعب الجولف، وهياكل الخيام والأكواخ، وما إلى ذلك؛
• في هندسة الطاقة الكهربائية لتصنيع الهياكل العازلة، وقضبان الألياف الزجاجية المستخدمة في العوازل المركبة وكهياكل داعمة لعناصر كتل الإشارة، وقطاعات الألياف الزجاجية المستخدمة في تصنيع المحولات والمحركات الكهربائية؛
• في الإنتاج التجاري، باستخدام حبيبات مادة التشكيل ذات الألياف الطويلة (LLM) كمادة خام للتصنيع اللاحق للهياكل والمنتجات ذات القوة المحسّنة والخصائص الكيميائية؛
• في صناعة السيارات لإنتاج الأجزاء الهيكلية والمعقدة للمركبات ذات الصلابة والمتانة والخفة المحسنة؛
• وفي العديد من الصناعات والمصانع الأخرى، باستخدام الآليات والهياكل والمواد التي تلبي معايير عالية من حيث الاستقرار الكيميائي والعازل والقوة.

بما أن المواد يتم سحبها عبر قالب في عملية السحب القياسية، فإن هذه العملية مناسبة فقط لتصنيع المقاطع المستقيمة.

في تعديل حديث لهذه العملية، طوّرته شركة Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG وحصلت على براءة اختراعه، لم يعد القالب ثابتًا، بل يتحرك ذهابًا وإيابًا على طول المقطع المراد تصنيعه. تُعرف هذه العملية المُعدّلة باسم "السحب الشعاعي"، وتتيح أيضًا تصنيع مقاطع منحنية ثنائية وثلاثية الأبعاد. كما أنها مفيدة في عدد من مهام العملية الخطية، لا سيما عند الحاجة إلى تقوية نسيجية معقدة ذات معدل تشوه منخفض.

تختلف تصاميم آلات السحب. ومن أكثر الأنواع استخداماً النوعان الترددي (اليدوي) والمستمر (المسار).

في عملية سحب القوالب ذات نصف القطر، يتكون تصميم الآلات من مرحلتين متحركتين، على غرار وحدة السحب اليدوي، ولكن نظرًا لأن العملية متقطعة، فإن ساحبًا واحدًا فقط هو من يقوم بالسحب، والقالب مثبت على مرحلة الساحب الآخر. يعتمد اتجاه حركة المرحلتين، سواءً كان خطيًا أو دائريًا، على نوع المقاطع المراد تصنيعها. يبلغ الحد الأدنى لنصف القطر لآلة خطية ذات مراحل دوارة حوالي مترين. أما بالنسبة لأنصاف الأقطار الأصغر، فيلزم استخدام حركة دائرية للقالب ومرحلة الماسك.