قالب گیری باز و روش های انجام آن
ساخت کامپوزیت فایبرگلاس به روش های قالب گیری باز
کامپوزیت ها به روشهای مختلفی تولید میشوند که همه روشهای ساخت آنها در دو دسته دسته بندی میشوند که عبارتد از :
- قالبگیری باز (هر نوع روش ساختی که در معرض اتمسفر هوا باشد)
در این مقاله قصد داریم انواع روشهای ساخت کامپوزیتها به روش قالبگیری باز را برای شما تشریح کنیم.
با ما همراه باشید…..
فرآیندهاي قالب گیری باز انواع و شکل هاي مختلفی دارد که در ادامه به توضیح و بررسی آنها می پردازیم.
انواع فرآیندهاي قالب گیری باز عبارتند از :
1 -لایه گذاري دستی (Hand Lay Up )
2 -پاشش رزین (Spray Up)
3 -رشته پیچی ( Filament Winding)
1 قالب گیری باز به روش لایه گذاري دستی
مراحل انجام کار:
در این روش ابتدا رهاساز (واکس یا فیلم جدا کننده) روي سطح قالب اسپري می شود تا جدا کردن قطعه ساخته شده به سهولت انجام گیرد.
سپس ژل کوت روي آن اعمال می شود تا سطح قطعه از نظر کیفیت و ظاهر سطح مطلوبی باشد.
آنگاه الیاف رو یا درون قالب قرار می گیرند و رزین با دست روي آن ریخته شده، توسط قلم و یا غلطک آغشته سازي کامل می شود. همچنین این امکان وجود دارد که الیاف ابتدا به رزین آغشته شود و بعد لایه گذاري انجام گیرد.
حباب هاي هوا گیر کرده در قطعه با حرکت قلم یا غلطک و فشار دادن الیاف خارج می شوند.
لایه گذاري و آغشته سازي تا رسیدن به ضخامت مورد نظر ادامه می یابد.
قطعه معمولا در فشار و دماي محیط پخت می شود.
با کاتالیزور (اسید پراکسید یا هاردنر) و شتاب دهنده (نفتات کبالت – مایع بنفش رنگ) زمان پخت را می توان تنطیم نمود.
مواد اولیه مورد استفاده در قالب گیری باز و لایه چینی دستی:
ماتریس یا رزین پلیمری: بیشترین رزین هاي مورد استفاده، پلی استر و اپوکسی می باشند. پلی استر به دلیل قیمت ارزان، در دسترس بودن و سهولت کار،رزین مطلوبی محسوب می شود.
همچنین پلی استر به راحتی با رهاسازي استاندارد، از قالب جدا می شود.
به منظور کاهش جمع شدگی (شیرینکیج) قطعه که منجر به تابیدگی و موج دار شدن سطح می شود، از فیلر هایی مانند تالک و کربنات کلسیم استفاده می شود.
اپوکسی ها گران قیمتند ولی خواص بهتري دارند. رهاسازي قالب براي فرمولاسیون ضروري است ودر غیر این صورت قطعه به قالب می چسبد و منجر به مشکلات جدا کردن قطعه از قالب، تابیدگی ، صدمه به قطعه و حتی قالب می شود.
در فرمولاسیون هر دو رزین می تواند افزودنی هاي ضد شعله یا خود خاموش کن را وارد کرد. اپوکسی بیشتر به خاطر پایداري ابعادي و استحکام بالا استفاده می شود در حالیکه پلی استر در حجم هاي بالا و در کاربرد هاي معمولی استفاده می شود.
تقویت کننده یا الیاف: الیاف شیشه متداولترین تقویت کننده در کامپوزیت هاي ساخته شده به روش لایه گذاري دستی می باشند. این الیاف از رشته هاي نازکی که با سیلان اصلاح سطح شده اند، تشکیل شده اند.
در این فرآیند انواع الیاف از قبیل پارچه، نمد، الیاف کوتاه و رشته اي استفاده می شود و شکل الیاف خیلی نقش بحرانی در این فرآیند ندارد.
الیاف پیشرفته با بافت های متنوعی وجود دارد که برای ساخت کامپوزیت های پیشرفته در قطعات پیشرفته مثل قطعات هواپیما و سازه های هوایی کاربرد دارد که برای آغشته سازی این الیاف از رزین اپوکسی استفاده میشود.الیاف کربن ، کولار و الیاف ترکیبی از این دسته الیاف میباشند.
ولی البته الیاف نمد و پارچه از جنس شیشه بیشتر استفاده می شود.
کاربردهای روش لایه گذاری دستی:
روش لایه گذاري دستی هنوز وابسته به مهارت کارگر می باشد. این فرآیند در ساخت کشتی با موفقیت به کار گرفته می شود.
سایر قطعات ساخته شده به این روش، گنبدها، کانال هاي آب، استخر، تانکر، میز و صندلی، تجهیزات محیط هاي خورنده، قطعات خودرو، اتاقک و خانه هاي پیش ساخته، صفحات صاف و موجدار، نمونه سازي و قالب هاي کامپوزیتی است.
قالب و محصول نهایی:
یک فرآیند ساده لایه گذاري دستی، روي یک قالب نر یا داخل یک قالب ماده امکان پذیر است. انتخاب قالب بستگی به این دارد که کدام طرف قطعه از نظر ظاهري داراي اهمیت است.
اگر سطح بیرونی مهم باشد از قالب ماده و اگر سطح داخلی اهمیت داشته باشد از قالب نر استفاده می کنیم و اگر کیفیت بالاي سطح مورد نظر باشد ، یک لایه از رزین داراي کاتالیزور روي قالب اسپري می شود و اجازه می یابد تا نیم پخت شود.
این لایه رزینی ژل کوت نامیده می شود و یک لایه محافظ غیر قابل نفوذ روي الیاف تشکیل می دهد. رزین هاي ژل کوت براي این کار فرموله می شوند تا منعطف بوده ، و در برابر تاول و تخریب مقاوم باشند.
سطح دیگر کامپوزیت معمولا زبر می باشد ولی با به کارگیري یک سفلون ،داکرون یا فیلمی از جنس پلی وینیل الکل یا مواد مشابه، کمی با کیفیت تر می شود.
مواد زیادي براي ساخت قالب از جمله چوب، پلی استر، اپوکسی، لاستیک و فولاد استفاده می شود.
الیاف پیش آغشته در لایه چینی دستی:
روش پیش آغشته می تواند به عنوان ادامه روش لایه گذاري دستی در نظر گرفته شود. در این فرآیند الیاف با رزین فرمول شده، آغشته می شود.
تقویت کننده معمولا به صورت نوارهاي تک جهته از الیاف یا پارچه بافته شده می باشد و به منظور سهولت حمل و نقل و انبار ، نیم پخت می شوند.پیش آغشته نیم پخت، چرم مانند است و کمی چسبنده ، بنابراین لایه ها روي شکل هاي پیچیده سر نمی خورند و می توانند شکل برجستگی هاي قالب را به خود بگیرند. در نتیجه شکل هاي پیچیده به دقت قابل قالب گیری می باشد.
از آنجا که فرمولاسیون رزین پیش آغشته داراي شروع کننده می باشد، داراي تاریخ مصرف می باشد و بیش از چند روز یا هفته نمی توان آنها را در دماي اتاق نگهداري کرد به همین دلیل آنها را در فریزر نگهداري می کنند تا تاریخ مصرف آنها به یک سال یا بیشتر برسد.
معمولا پیش آغشته ها با تجهیزات ساخت مخصوص ساخته می شوند تا درصد رزین و الیاف کنترل شود.
آغشته سازي کامل الیاف با رزین مشکل نواحی آکنده از رزین و عاري از آن را حل میکند. در نتیجه همگونی بهتري نسبت به لایه گذاري دستی حاصل می شود.
بنابراین از پیش آغشته در جاهایی استفاده می شود که کارایی قطعه حساس باشد.
2 قالب گیری باز به روش پاشش رزین
در تلاش براي اتوماسیون فرآیند دستی، روش هاي مختلف پاشش رزین ابداع شده اند.
این روش ها با کاربرد رشته هاي ارزانتر، کاهش زمان اعمال رزین و آغشته سازي الیاف و با به حداقل رساندن مواد، قیمت کلی کامپوزیت حاصل را کاهش می دهند.
در فرآیند قالب گیری باز به روش پاشش، الیاف و رزین به طور همزمان رو یا درون یک قالب پاشیده می شوند.
الیاف رشته اي به یک خرد کن وارد شده و بعد داخل جریان رزین همراه کاتالیست قرار می گیرند.
رزین و کاتالیست ممکن است در یک تفنگ پاشش(چاپر گان) و یا از دو تفنگ پاشش وارد شوند و در هر حال به قالب می رسند و باهم مخلوط می شوند.
سیستم پاشش ممکن است با هوا باشد. به منظور سهولت کار با دستگاه، معمولا تفنگ پاشش به یک میله ي متحرك آویزان است.
پس از پاشش رزین و الیاف و نشستن آنها روي قالب، از الیاف آغشته به رزین ، حباب هاي هوا توسط غلطک کاري خارج میشوند و الیاف کاملا خوابانده می شوند و سطح صاف می شود.
لایه هاي بعدي رزین و الیاف را نیز می توان تا رسیدن به ضخامت مطلوب اعمال نمود.
سپس قطعه را در فشار و دماي محیط پخت می کنند، هرچند می توان با اعمال حرارت ، پخت را سریع کرد.
رزین هاي مورد استفاده در این فرآیند معمولا پلی استر و اپوکسی هستند.
با پاشش ژل کوت روي قالب، میتوان یک سطح نهایی عالی ایجاد کرد .
طی فرآیند پاشش رزین، به منظور افزایش مقاومت در یک جهت یا محل خاص می توان الیاف پارچه اي را به آن اضافه نمود.
فرآیند پاشش رزین براي حجم تولید کم تا متوسط ایده آل است. به خصوص براي ساخت قطعات بزرگ بسیار مناسب است.
علاوه بر این، انتخاب لایه گذاري دستی یا پاشش رزین بستگی به خواص مکانیکی و محدودیت هاي فرآیند دارد.
خواص مکانیکی لایه گذاري دستی، به دلیل پیوسته بودن الیاف بالاتر است.
مزایاي هردو روش بسیار شبیه هم است.
فرآیند پاشش رزین هنوز براي تولید وان حمام، اتاقک دوش، قطعات اتومبیل هاي تفریحی، اتاق و سقف کامیون، صفحات بزرگ، اتاقک نگهبانی، خانه پیش ساخته، اثاثیه منزل و قطعات معماري استفاده می شود.
کانال آپارات فایبرگلاس نوین
به کانال آپارات مجموعه فایبرگلاس نوین مراجعه کنید و بیش از 70 عنوان ویدئوی آموزشی را مشاهده کنید.(روی آیکون کلیک کنید)
3 قالب گیری باز به روش رشته پیچی
یک روش ساده و کارا براي تولید قطعات مدور مانند لوله ،مخازن آب ، مخازن تحت فشار و ظروف استوانه اي در اندازه هاي مختلف می باشد.
مقطع لوله با قطر 6 میلی متر تا 3 متر در این فرآیند متداول می باشد.
در این فرآیند الیاف رشته اي یا نوار هاي پیوسته ي الیاف با شرایط کنترل شده روي یک مغزي پیچیده می شوند.
به هنگام پیچش الیاف، کشش الیاف بین لایه هاي پخت نشده کامپوزیت فشار ایجاد می کند. این فشار بر فشردگی الیاف و درصد حباب هوا در قطعه (که کنترل کننده ي استحکام و سفتی قطعه می باشد) موثر است.
رزین ممکن است قبل، به هنگام و یا بعد از پیچش روي الیاف اعمال شود. در نهایت رزین در دماي محیط و یا دماي بالاتر و بدون اعمال فشار پخته شده، مغزي از درون آن بیرون کشیده می شود.
عملیات تکمیلی مانند ماشین کاري و سنباده زنی معمولا احتیاج نیست.
چرخه تولید کامپوزیت هاي رشته پیچی شده را می توان به مراحل ذیل تقسیم نمود:
- آغشته سازی الیاف با رزین
- پیچش قطعه روي مغزي
- حرارت دهی و پخت رزین
- سرد کردن قطعه
- بیرون کشیدن قطعه از مغزي
در ابتدا فقط از الیاف شیشه به عنوان تقویت کننده در این فرآیند استفاده میشود ولی امروزه براي قطعات با استحکام بالا از الیاف کربن و براي قطعات چقرمه و سبک از الیاف آرامید استفاده می شود.
پلی استرها و وینیل استرها به دلیل قیمت پایین، خواص مکانیکی و شیمیایی ،بسیار مورد استفاده قرار میگیرند. در برخی قطعات نظامی و هوا فضا از رزین اپوکسی استفاده می شود.
براي آغشته سازی الیاف و خروج هواي محبوس، ویسکوزیته ي پایین رزین الزامی است.
پیج رسمی فایبرگلاس نوین
روی آیکون کلیک کنید و ما را در فضای مجازی دنبال کنید.
عمده ترین عوامل موثر بر خواص قطعات تهیه شده در فرآیند قالب گیری باز به پیچی عبارت است از:
-درصد رزین و توزیع آن
-کشش به هنگام پیچش الیاف
-شرائط الیاف آغشته شده
-پهناي نوار الیاف مورد استفاده
-آرایش الیاف و سیکل پخت
جدا کردن تاثیر هرکدام از عوامل فوق دشوار است و به هم مربوط می باشند.
از جمله نقایص یا ضعف هایی که در قطعه به چشم می خورد مانند:
حباب هوا،
نقاط خشک،
نقاط آکنده از رزین،
شکست زود هنگام،
نواحی شکست موضعی،
پخت ناقص یا ناهمگون
درصد رزین یا توزیع آن براي کنترل وزن و ضخامت آهمیت فراوانی دارد.
از نظر استحکام تغییرات مفرط درصد رزین، موجب ناهمگونی توزیع تنش و شروع شکست می شود. درصد رزین به کشش هنگام پیچش بسیار وابسته است. جریان رزین حاصل از فشار الیاف، جهت خارج کردن حباب هاي هوا و سایر مواد فرار سودمند است.
ولی کشش به هنگام پیچش یک متغیر حساس در کنترل و کاهش مقدار حباب هاست. حبابهاي اضافی موجب کاهشاستحکام برشی بین لایه اي و افت استحکام فشاري و مقاومت در برابر خمش و شکم دادن می شود.
دما ، رطوبت، شرائط آب و هوایی، پیري و سایر شرائط محیطی بر خواص کامپوزیت هاي رشته پیچی شده تاثیر می گذارند.
تاثیر این عوامل همانند تاثیر بر قطعات کامپوزیتی تهیه شده با سایر روش ها است.
پایین بودن درصد رزین در کامپوزیت هاي رشته پیچی شده، موجب می شود که آنها براي نفوذ رطوبت و تخریب در محیط هاي شدیدا مرطوب مستعدتر شوند.
عمده تلاش ها در راستاي به کارگیري این تکنولوژي در ساخت بدنه ي موتور راکت هاف مخازن تحت فشار، لوله هاي شلیک موشک و ملخ هلی کوپتر بوده است.
در آنجا نسبت استحکام به چگالی بیشترین اهمیت را داراست. از سوي دیگر در بخش تجاري نگاه ها به سوي کاهش قیمت تولید و استحکام متوسط می باشد.
سیستم الیاف شیشه-رزین پلی استر به همراه تجهیزات ساده ي پیچش ، به جهت سرعت بالاي تولید و قیمت پایین با موفقیت به کار گرفته شده اند.
دیدگاهتان را بنویسید