مثالی تجاری از ترکیب طراحی و مواد جدید
در بازار لوله های زیرزمینی مانند بیشتر بازارهایی که صنعت کامپوزیت در آنها به خدمت گرفته شده است، مشتریان خواهان عملکرد بالا، در اینجا یعنی مقاومت خوردگی، استحکام عالی و اعتبار (قابلیت اطمینان) طولانی مدت هستند تا هزینه تعمیرات بعدی را حذف کنند یا حداقل کاهش دهند. این هدف، نیازمند طراحی خوب است. مشابه اکثر بازارها، مواد قدیمی تر که در این کاربرد شامل آهن، فولاد، بتن و اخیرا ترموپلاستیک ها هستند، بر بازار لوله های آب و فاضلاب حکمرانی می کنند. دلیل این امر این که مشتریانی که از مواد قدیمی تر استفاده می کنند، ترس این را دارند که کامپوزیت های FRP هنگام حمل ونقل و نصب زیزمین خراب شوند. احتمالا به این دلیل که اولین لوله های FRP در بازار در دهه ۱۹۷۰ میلادی شکننده بودند. باید توجه داشت که اگر لوله هایی با قطر کم و در کاربردهای با فشار پایین مورد نظر باشد، لوله های پلاستیکی برای قطر های بزرگ جوابگو نیستند زیرا ضخامت دیواره احتمال تنش شعاعی را افزایش داده و نیز آنها را بسیار سنگین می کند. برای قطرهای بیشتر از mm 400، لوله FRP ارزانتر از پلاستیک یا آهن می شود و در عین حال عملکرد خوردگی بهتر، مشخصات جریانی خوب و وزن سبک تر جهت حمل آسان تر با کشتی را دارند. همچنین خواص لوله های FRP تولیدی اغلب تغییر می کند. بنابراین از آنجایی که طراحی هر پروژه منحصر به فرد است، می توان بر مبنای فشار خاص مورد نیاز در نصب، سفتی لوله ، عمق حفاری و خلا داخل لوله به گونه ای طراحی کرد که عملکرد مورد نیاز را برآورده کند و در عین حال قیمت را حداقل برساند. در این راستا شرکت Amiantite نوعی لوله با قطر زیاد با نام تجاری Flowtite Grey برای مدیریت آب، فاضلاب و مواد خام عرضه کرده است. این شرکت ادعا می کند که محصول تولیدی فوق دارای مقاومت بیشتر در برابر حمل و نقل و شرایط نصب سخت دارد، تحمل بیشتری در برابر ریزش ناخواسته آوار داخل لوله دارد و به ویژه قادر است در برابر فشار جت برای تمیز کردن داخل لوله مقاومت کند. همچنین امکان طراحی مهندسی به منظور تحمل گستره ای از بارگذاری ناشی از عمق حفر شده زیر زمین را دارد و پیش بینی می شود که بتواند تا ۱۰۰ سال سرویس دهی داشته باشد. در معادلات طراحی این لوله ها باید سرعت و فشار سیال حامل، افت فشار به دلیل جریان مغشوش، ضربات جریان آب، فشار پیچش و فشار نوسانات شدید لحاظ شوند. همچنین شرایط خاص مربوط به مکان مورد استفاه مانند بار و نیروی حاصل از نوع خاک و عمق آن، بار ناشی از تردد وسایل نقلیه، دمای محیط و اینکه آیا لوله توسط خاکریز محصور شده است یا نیازمند ثابت کردن زیر خاک دارد تا بعد ها جابه جا نشود.

لوله های Flowtite Grey به روش فرآیند رشته پیچی الیاف پیوسته (continuos filament winding process) تولید می شود. همان طور که در شکل ۴ مشاهده می شود، در این فرایند از یک محور چرخان استفاده می شود که یک طرف آن نگهداشته شده و طرف دیگر باز است.

پس از پیچیده شدن لایه ها به دور محور، لوله از طریق ایجاد یک ناحیه گرم نزدیک سر باز محور، پخت می شود و سپس لوله از محور جدا شده و به اندازه طول مطلوب بریده می شود. با این فناوری، لوله هایی تا قطر m 4 قابل تولید است. طول لوله نیز معمولا m 12 است. ساختار دیواره این لوله ها چند لایه است. پس از یک نوار جدا شونده از جنس پلی اتیلن ترفتالات (PET)، اولین لایه ای که روی محور قرار می گیرد، پوششی از الیاف شیشه ساخت شرکت Owens Corning که مقاوم در برابر خوردگی و فاقد بور است و با PET چقرمه شده آغشته شده است، قرار داده می شود. به این شکل یک آستری مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر نیرو های فشاری به وجود می آید. روی این آستری، روینگ الیاف شیشه و آغشته به رزین PET در جهت شعاع قرار می گیرد و همزمان با آن روینگ الیاف شیشه خرد شده روی محور چرخان، اسپری می شود. به این ترتیب هم برابر فشارها و نیروهای شعاعی و هم در جهت محور، استحکام به وجود می آید. لایه ی وسطی در دیواره لوله، مخلوطی از پرکننده ای ماسه ای با دانه های ریز و الیاف خرد شده، رزین و الیاف پیوسته است. سپس دوباره لایه ای از الیاف پیوسته و خرد شده و رزین قرار می گیرد و در نهایت، پوششی از الیاف شیشه نوع C و فاقد بور آغشته به رزین PET چقرمه قرار داده می شود (شکل ۵).

شکل ۶ نمای نزدیک الیاف پیوسته روی محور را نشان می دهد. برای پروژه هایی که عملکردهای بهتری مورد نیاز باشد، ضخامت هر یک از لایه ها بر حسب نوع عملکرد، افزایش می یابد. این لوله ها تا فشار ۳۲ بار (bar) را تحمل می کنند و در گروه سفتی (SN) برابر ۲۵۰۰ تا ۱۰۰۰۰ یا بیشتر قرار می گیرند. هر چه SN بیشتر باشد، مقاومت لوله در برابر نیروهای خمیدگی ناشی از خاک و حمل و نقل روی آن بیشتر است. ضخامت دیواره، سفتی و قطر لوله بر اساس نوع کاربرد مورد نظر مشری تنظیم می شود. مهندسان سازنده این لوله ها از آنالیز المان محدود (FEA: Finite Element Analysis) جهت تعیین بارگذاری روی لوله های با قطر بزرگ استفاده می کنند. الیاف و سازگاری آن با رزین، نکته ای کلیدی در عملکرد طولانی مدت این محصول است. در نتیجه برای دستیابی به دوام بیشتر، بر روی نوع مواد مورد استفاده تحقیق صورت می گیرد تا بهبود داده شود. شرکت Owens Corning در سال ۲۰۱۵ میلادی ابتکار عمل را به دست گرفت تا محصولات الیاف شیشه خود برای سازندگان لوله را بهبود بخشد و بیش از یک سال بر روی تغییر آهار (sizing) الیاف شیشه کار کرد. همچنین لوله های ساخته شده مطابق استانداردها مورد آزمون و ارزیابی قرار می گیرند.