Şüşə liflə gücləndirilmiş plastiklər (FRP) yüksək möhkəmlik-çəki nisbəti və qeyri-adi korroziyaya davamlılığı sayəsində rüzgar enerjisi, dəniz və tikinti kimi sənayelərdə öz yerini tapıb. Rüzgar enerjisi sahəsində FRP turbinlərin rüzgar enerjisini səmərəli şəkildə istifadə etməsinə imkan verən qanat komponentlərinin istehsalı üçün üstünlük təşkil edən materialdır. Dəniz sənayesində FRP dənizin sərt şəraitinə dözə biləcək gəmi korpuslarının tikintisində istifadə olunur. Tikintidə isə FRP strukturlara möhkəmlik və dayanıqlılıq təmin edən pultrüzyon profillərində işlədilir.
Lakin, FRP materiallarının bir çox üstünlüklərinə baxmayaraq, onlar iki əhəmiyyətli məhdudiyyətlə qarşılaşır. Birincisi, mexaniki möhkəmlik, xüsusilə əyilmə və gərilmə möhkəmliyi baxımından, FRP materiallarının yüngül yük tətbiqləri üçün tez-tez kifayət qədər deyil. Bu məhdudiyyət FRP-nin yüksək möhkəmlik tələb olunan sənayelərdə, məsələn, kosmik və avtomobil sənayesində istifadəsini məhdudlaşdırır. İkincisi, FRP nisbətən aşağı istilik deformasiya temperaturuna (HDT) malikdir və bu da onu yüksək temperaturlu mühitlərdə yumşalmağa meylli edir. Bu məhdudiyyət FRP-nin mühərrik bölmələri və açıq hava konstruksiyaları kimi istiliyə məruz qaldığı tətbiqlər üçün çətinlik yaradır.
Kalsinə olunmuş kaolin tozu FRP möhkəmləndirmə sahəsində inqilab sayılır. 800-950°C temperaturda kalsinasiya nəticəsində yaranan xarakterik gözenekli strukturundan və yüksək alümina ehtiva etməsindən istifadə edərək kalsinə olunmuş kaolin tozu mexaniki performansda və istilik müqavimətində əhəmiyyətli təkmilləşdirmələr təklif edir. Ümumi doldurucuların FRP-ni zəiflətməsi və ya lif-matris birləşməsini azaltması ilə müqayisədə, kalsinə olunmuş kaolin tozu reçin matrisini gücləndirir və lif yapışmasını artırır ki, bu da dayanıqlıq və termal sabitlik tələb olunan yüksək səmərəli FRP tətbiqləri üçün ideal seçim halına gətirir.
Mexaniki möhkəmlik FRP materiallarının performansında, xüsusilə də böyük yük və dinamik gərginliyə məruz qalan külək turbinlərinin qanadları və qayıqların korpusları kimi tətbiq sahələrində vacib amildir. D50 hissəciyi ölçüsü 3-5 μm (3000-5000 həl) olan kalsinasiya edilmiş kaolin tozu iki əsas mexanizm vasitəsilə FRP-nin möhkəmliyini artırır. Birincisi, onun porlu strukturu səth sahəsini 25-35 m²/qr qədər yüksəldir ki, bu da rezin (epoksi və politsestr kimi) və şüşə lifləri ilə daha güclü rabitə yaratmağa imkan verir. Bu güclənmiş rabitə kompozitin ümumi mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır və nəticədə möhkəmlik və davamlılıq artır.
İkinci olaraq, sobada qaynaşdırılmış kaolin tozunun yüksək alümina tərkibi (ümumiyyətlə 42%-45% aralığında dəyişir), reçin matrisini möhkəmləndirir və bu, təzyiqi kompozit üzrə səmərəli şəkildə paylayır. Bu təzyiq paylanma mexanizmi lokal təzyiq mərkəzlərinin qarşısını alır, nasazlıq riskini azaldır və FRP-nin yorulma ömrünü artırır. FRP külək turbinlərinin qanad komponentlərində reçinin çəkisinin 18%-25% miqdarında əlavə edildikdə, sobada qaynaşdırılmış kaolin tozunun bükülmə möhkəmliyini (ASTM D790 ilə ölçülür) 250 MPa-dan 340-380 MPa-a qədər yüksəltməkdə olduğu göstərilmişdir. Eynilə, dartı möhkəmlik (ASTM D638) 180 MPa-dan 250-280 MPa-a qədər artır.
Kalsinə edilmiş kaolin tozunun təsirinin həqiqi dünyadan nümunəsi Çin, Cənsubin bir külək enerjisi komponentləri istehsalçısının təcrübəsində görünür. Bu kaolin tozunu FRP qanadlarına daxil etməklə istehsalçı qanadların işini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmağı bacarmışdır. Təkmilləşdirilmiş qanadlar heç bir struktur zədəsi olmadan 25 m/s-ə qədər olan külək sürətlərini (birinci kateqoriyalı uraganla eyni) dözə bilmişdir. Əksinə, standart FRP qanadlar yalnız 20 m/s-ə qədər olan külək sürətlərini dözə bilirdi. İşdə bu qeyri-adi yaxşılaşma yalnız külək turbinlərinin etibarlılığını və təhlükəsizliyini artırır, həm də onların ömrünü uzadır, texniki xidmət xərclərini azaldır və ümumi külək enerjisi istehsalının səmərəliliyini artırır.
Dəniz sənayesində, FRP gövdələrdə kalsinasiya edilmiş kaolin tozunun təmin etdiyi artırılmış möhkəmlik əhəmiyyətli üstünlüklər təqdim edir. Artan möhkəmlik dalğalı dəniz şəraitində gövdənin qismən əyilməsini və çatlamasını azaldır, bu da gəmilərin davamlılığını və dənizdə keçidini yaxşılaşdırır. Nəticədə, dəniz FRP gövdələrinin istismar müddəti 10 ildən 15 ilə qədər uzanır. Uzadılmış istismar müddəti yalnız nəqliyyat vasitələrinin gövdəsinin əvəz olunma tezliyini azaltmaqla kifayətlənmir, həm də qayığa sahib olanlar üçün ümumi istismar xərclərini aşağı salır. Bundan əlavə, gövdənin yaxşılaşmış möhkəmliyi gəminin təhlükəsizliyini artırır və zəruri dəniz şəraitində sərnişinlər və heyət üçün daha yaxşı təhlükəsizlik təmin edir.
FRP performansının başqa vacib aspekti interlaminar sürüşmə möhkəmliyidir və bu, pultrüzd körpü örtükləri kimi yüksək gərginlik tətbiqlərində (fibra-matriks təbəqələrinin ayrılmasının) qarşısını almaq üçün çox vacibdir. Kalsinə edilmiş kaolin tozu FRP-nin interlaminar sürüşmə möhkəmliyini (ASTM D2344 ilə ölçüldüyü kimi) təsirli şəkildə 30%-40% artırır. Interlaminar sürüşmə möhkəmliyindəki bu əhəmiyyətli yaxşılaşdırma FRP komponentlərinin struktur bütövlüyünü hətta ekstrem yükləmə şəraitində belə təmin edir. Deliminasiyanın qarşısını alaraq kalsinə edilmiş kaolin tozu FRP konstruksiyalarının ömrünü uzadır və bahalı təmir və əvəzetmə ehtiyacını azaldır.
İstilik deformasiya temperaturu (HDT) mühit temperaturuna məruz qalan mühərrik bölmələri, sənaye kanalları və açıq hava konstruksiyaları kimi yüksək temperaturlu mühitdə istifadə olunan FRP materialları üçün kritik parametrdir. Bu tətbiqlərdə FRP materialları tez-tez yüksək temperaturlara məruz qalır ki, bu da reçin matrisinin yumşalmasına və mexaniki xüsusiyyətlərini itirməsinə səbəb ola bilər. Kalsinə edilmiş kaolin tozu FRP-nin HDT-ni artırmaqla bu problemin həllinə kömək edir.
Kalsinə edilmiş kaolin tozunun FRP-nin HDT-ni artırma mexanizmi onun unikal strukturuna əsaslanır. Kalsinə edilmiş kaolin tozunun sərt, gözenekli strukturu yüksək temperaturlarda reçin molekullarının hərəkətini məhdudlaşdıran "termal bariyer" kimi təsir göstərir. Bu məhdudiyyət reçinin yumşalmasını və deformasiyasını maneə törədir və nəticədə kompozitin HDT-ni artırır. Epoksi əsaslı FRP-yə əlavə edildikdə kalsinə edilmiş kaolin tozu HDT-ni (ASTM D648, 1,82 MPa yük üzrə ölçülən) 120°C-dən təsirli şəkildə 160-180°C-ə qədər artırır.
Almaniyanın bir sənaye avadanlıqları istehsalçısı FRP kanallarda yüksək temperaturlu istifadə sistemləri üçün kalsinə olunmuş kaolin tozundan uğurla istifadə etmişdir. Bu kaolin tozunu kanallarına daxil edərək, istehsalçı kanalların iş performansında əhəmiyyətli təkmilləşmə əldə etməyi bacarmışdır. Təkmilləşdirilmiş kanallar standart FRP kanallar üçün yalnız 1000 saat olan müddətə qarşı, 170°C temperaturda 5000 saat ərzində struktur bütövlüyünü saxlaya bilmişdir. İstilik sabitliyində bu qeyri-adi təkmilləşmə yalnız kanalların ömrünü uzatmır, həm də nasazlıq riskini və bahalı təmir və əvəzetmə ehtiyacını azaldır.
Tikinti mayakları kimi FRP profillər üçün kalsinasiya edilmiş kaolin tozunun təmin etdiyi yüksək HDT əhəmiyyətli üstünlüklər təqdim edir. Səhra bölgələrində temperaturun 60°C-ə qədər çata biləcəyi isti iqlim şəraitində, daha yüksək HDT FRP profillərdə qeyri-sabit formalaşma və ölçülərin dəyişməsini qarşısını alır. Bu da ekstremal hava şəraitində belə mayaqların konstruktiv bütövlüyünü və təhlükəsizliyini təmin edir. Ölçülərin dəyişməsinin metrə görə ±2 mm-dən ±0,8 mm-ə qədər azalması tikintinin dəqiqliyini və keyfiyyətini artırır və bu da komponentlərin daha yaxşı oturmasına və daha peşəkar görünüşə səbəb olur.
HDT-ni yaxşılaşdırmaqla yanaşı, kalsinə olunmuş kaolin tozu FRP materiallarının istilik sabitliyini də artırır. Termogravimetrik analiz (TGA) göstərir ki, 22% kalsinə olunmuş kaolin ehtiva edən FRP 300°C-də çəkisinin 85%-ni saxlayır, standart FRP üçün isə bu rəqəm yalnız 65%-dir. Bu artmış istilik sabitliyi kalsinə olunmuş kaolin tozu olan FRP materiallarını müvəqqəti olaraq yüksək temperaturlara məruz qalmağı tələb edən, məsələn, yanğın geciktirici tətbiqlər kimi sahələrdə istifadəyə yararlı hala gətirir. Artırılmış istilik təhlükəsizliyi təmin edərək kalsinə olunmuş kaolin tozu müxtəlif tətbiqlərdə FRP materiallarının təhlükəsizliyini və performansını yaxşılaşdırır.
FRP tətbiqləri üçün kalsinasiya edilmiş kaolin tozunun istehsalı, optimal gözenekli struktur və hissəcik ölçüsünü əldə etmək üçün kalsinasiya və ödüm proseslərinin dəqiq nəzarət tələb edən mürəkkəb bir prosesdir. Proses Çin, Cənub-Şərqi Coziaco və Böyük Britaniyanın Kornvell kimi yüksək alümina ehtiva edən yataqlardan xam kaolin filizinin əldə edilməsi ilə başlayır. Bu yataqlar FRP gücləndirməsi üçün effektiv şəkildə lazım olan alümina miqdarını özündə saxlayan yüksək keyfiyyətli kaolinlə məşhurdur.
Xam kaolin filizi əldə edildikdən sonra, qum və üzvi çirkləri aradan qaldırmaq üçün ilkin yuyulma prosesindən keçir. Bu addım kaolin tozunun təmizliyini və keyfiyyətini təmin etmək üçün həyati əhəmiyyət daşıyır. Yuyulma prosesindən sonra, FRP materiallarında rəng dəyişikliyinə səbəb ola biləcək dəmir oksidlərinin çıxarılması üçün maqnit ayırma tətbiq olunur. Maqnit ayırma prosesi 15.000-18.000 qauss maqnit sahəsindən istifadə edərək dəmir oksidləri cəlb edir və onları çıxarır, təmiz və təmiz kaolin tozu əldə etməklə nəticələnir.
Maqnit ayırma prosesindən sonra kaolin filizi 5-10 mm parçalara qırılır. Bu addım, kalsinləşdirilmiş kaolin tozunun istehsalında ən vacib addım olan kalsinasiya prosesinə hazırlıq edir. Kalsinasiya fırlanan peçlərdə 800-950°C temperaturda aparılır. Bu proses zamanı kaolindən hidroksil qrupları (OH⁻) çıxarılır və metakaolin adlanan poroz, susuz struktura çevrilir. Kalsinasiya prosesi yalnız istənilən poroz strukturun yaranmasına səbəb olmur, həm də kaolin tozunun səth sahəsini artırır və FRP materiallarında reçin matrisi ilə birləşmə qabiliyyətini yaxşılaşdırır.
Kalsinasiyadan sonra material havanlı təsnifatör dəyirmanlarında öyüdülür ki, zərrəcik ölçüsü D50 3-5 μm təşkil etsin. Bu dəqiq zərrəcik ölçüsü kaolin tozunun reçinədə bərabər paylanmasını təmin edir və FRP kompozitində ardıcıl işləmə imkanı yaradır. Liflə yapışmağı tələb edən FRP tətbiqləri üçün kalsinasiya edilmiş kaolin silan əlaqələndiriciləri ilə əlavə səth emalına məruz qoya bilər. Bu agentlər 0,8%-1,0% dozada tətbiq olunur və kaolin tozu ilə lif səthi arasındakı bağlanmanı yaxşılaşdırır, FRP-nin mexaniki xüsusiyyətlərini daha da artırır. Bununla belə, əksər FRP tətbiqlərində emal edilməmiş kalsinasiya edilmiş kaolin tozunun təbii şəkildə pora malik olması kifayət qədərdir və bu da əlavə səth emalına ehtiyacı aradan qaldırır.
İstehsalat prosesinin son mərhələsi kalsinasiya edilmiş kaolin tozunu ≤0,2% nəmlik səviyyəsinə qədər qurutmaqdır. Bu aşağı nəmlik səviyyəsi saxlama və daşınma zamanı nəm udmasının qarşısını almaq üçün vacibdir ki, bu da FRP tətbiqlərində kaolin tozunun performansını təsir edə bilər. Qurudulduqdan sonra toz FRP istehsalatının kiçik partiyaları üçün 25 kq lıq kraft kağız çantalara və böyük miqyaslı FRP istehsalı üçün isə 1000 kq lıq kütləvi çantalara paketlənir. Paketləmə nəmin daxil olmasından əlavə qorunma təmin etmək üçün daxili politilen astarlar daxil edilir və bu da daşınma və saxlanma zamanı kaolin tozunun keyfiyyətini və bütövlüyünü təmin edir.
FRP üçün bu kalsinə edilmiş kaolin tozunun əsas texniki parametrlərinə D50 hissəcik ölçüsünün 3-5 μm, səth sahəsinin 25-35 m²/q (BET metodundan istifadə edərək ölçülmüş), alümina tərkibinin (Al₂O₃) 42%-45%, silika tərkibinin (SiO₂) 48%-52%, kalsinasiya temperaturunun 800-950°C, nəmlik tərkibinin ≤0,2% və yağ udma qabiliyyətinin 38-45 mL/100q daxildir. Bu parametrlər BET səth sahəsi analizatorları vasitəsilə səth sahəsinin ölçülməsi, kimyəvi tərkibin müəyyənləşdirilməsi üçün XRF və hissəcik ölçüsünün ölçülməsi üçün lazer hissəcik ölçüsü analizatorları kimi irəli təhlil üsullarından istifadə edərək diqqətlə nəzarət olunur və test edilir. Kaolin tozunun bu ciddi texniki parametrlərə cavab verməsini təmin edərək, istehsalçılar seriyalar üzrə sabit performansı və FRP tətbiqlərində etibarlı nəticələri təmin edə bilirlər.
Texniki parametrlərin təmin edilməsinin yanında ISO 14425 (Plastiklər — Şüşə ilə gücləndirilmiş plastik (GRP) borular və armaturalar) kimi FRP sənayesi standartlarına uyğunluq da təmin edilir. Bu uyğunluq, kalsinasiya olunmuş kaolin tozunun keyfiyyətini və etibarlılığını nümayiş etdirir və FRP istehsalçılarına və son istifadəçilərə etimad verir. Sənaye standartlarına əməl edərək istehsalçılar məhsullarının müxtəlif sənayelərdə geniş tətbiq sahələri üçün uyğun olan yüksək performans, təhlükəsizlik və davamlılıq səviyyələrini təmin etməsini təmin edə bilərlər.
Bu kaolin tozunun təchizat zənciri FRP istehsalçılarının istehsal dövrlərinə uyğun olaraq diqqətlə hazırlanmışdır və tez-tez böyük həcmdə, uzun çatdırılma müddəti tələb edən sifarişləri əhatə edir. Bu tələblərə cavab vermək üçün kiçik partiyalı sınaqlar üçün 25 kq-lıq kraft kağız çantalar və böyük miqyaslı FRP istehsalı üçün 1000 kq-lıq kütləvi çantalar kimi paketləmə variantları mövcuddur. Paketləmədəki daxili politilen astarlar nəmə qarşı effektiv maneə yaradır və kaolin tozunun daşınma və saxlanma zamanı keyfiyyətini və bütövlüyünü təmin edir.
Çoxlu sifarişlər üçün dəniz nəqliyyatı ilə daşınma təşkil olunur və bu, sərfəli və etibarlı bir daşınma həlli təqdim edir. Çatdırılma müddətləri Asiya müştəriləri üçün 14-21 gün, Avropa müştəriləri üçün 28-35 gün və Şimali Amerika müştəriləri üçün 30-40 gün olmaqla, dünya miqyasında müştərilərin ehtiyaclarını ödəmək üçün optimallaşdırılıb. Bu səmərəli daşınma şəbəkəsi FRP istehsalçılarının sifarişlərini vaxtında almasını təmin edərək, istehsalda gecikmələri minimuma endirir və təchizat zənciri əməliyyatlarını davam etdirir.
Formulasiya dəstəyinə əlavə olaraq, texniki komandalar kompozit test xidmətləri də təklif edir. Müştərilər FRP nümunələrini test laboratoriyasına göndərə bilərlər, burada əyilmə möhkəmliyi, HDT və qatlar arası sürüşmə möhkəmliyi ölçülür. Test nəticələrinə əsasən texniki komanda kaolin dozasında düzəlişlər təklif edə bilər və FRP materiallarının tələb olunan performans spesifikasiyalarına cavab verməsini təmin edə bilər. Texniki komanda ilə FRP istehsalçıları arasında bu cür əməkdaşlıq FRP məhsullarının formulasiyasını və performansını optimallaşdırır və nəticədə keyfiyyət və etibarlılığın artırılmasına səbəb olur.
Elektrikli avtomobil batareya qabları kimi yeni FRP tətbiqləri üçün texniki komandalar istehsalçılarla sıx əməkdaşlıq edərək möhkəmlik, çəkinin azaldılması və digər performans meyarlarının tarazlığını təmin edən tətbiqetməyə xas optimallaşdırılmış formulalar hazırlayırlar. Öz ixtisaslaşmış biliklərindən və təcrübələrindən istifadə edərək texniki komanda FRP istehsalçılarının yeniliklərin ön saflarında qalmasına kömək edə, bazarın dəyişən ehtiyaclarını ödəyən yeni məhsulların inkişaf etdirilməsini təmin edə bilər.
FRP tətbiqləri rüzgar enerjisi, elektrik avtomobilləri və sənaye avadanlıqları kimi yüksək yüklü, yüksək temperaturlu sektorlara davam edərək genişləndikcə, sobada qızdırılmış kaolin tozu FRP istehsalçıları üçün küresel kompozit bazarında rəqabət üstünlüyü yaradan mexaniki möhkəmliyi artırmaq, istilik deformasiya temperaturunu yüksəltmək və möhkəmliyi yaxşılaşdırmaq qabiliyyəti ilə daha da vacib gücləndirici əlavə olacaq. Sobada qızdırılmış kaolin tozunun üstünlüyündən yararlanaraq FRP istehsalçıları bu sahələrin yüksək tələblərini ödəyə bilər və eyni zamanda FRP materiallarının yüngül və korroziyaya qarşı müqavimətli üstünlüyünü saxlaya bilər. Nəticədə, bu, FRP tətbiqləri üçün yeni imkanlar açmaqla birlikdə, müxtəlif sənayelərdə küresel kompozit bazarında daha da böyüməyə və inkişafa səbəb olacaq.
