سلام، مهمان
کامپوزیت ها و انواع عیوب در مراحل ساخت کامپوزیت ها
روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :
1- روش های تولید ساده لایه چینی دستی و پاششی که شامل روش های تولید با
قالب باز هستند . تیراژ دراین نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز
است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .
2- روش های تولید خاص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت
تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می
گیرند .
3- روش تولید قطعات صنعتی SMC ، BMC ، RTM ، GMT ، LFT و ... که روش های
LFT و GMT مربوط به گرمانرم ها و روش های RTM ، BMC و SMC مربوط به گرما
سخت ها هستند .
بازار تولید قطعات صنعتی در اروپا در سال 1999 معادل 352 هزارتن بوده که سهم هریک از این روش ها به صورت زیر است :
SMC : 190 هزارتن معادل 54 درصد
BMC : 90 هزارتن معادل 6/25 درصد
LFT و GMT : 42 هزارتن معادل 9/11 درصد
RTM : 30 هزارتن معادل 5/8 درصد
1- روش تولید SMC
Sheet Moulding Compoundیا SMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده
با الیاف شیشه بین 60- 20 درصد است که معمولا ً از پنج ماده اصلی زیر
تشکیل شده است :
- رزین پلی استر غیر اشباع ویژه SMC که دارای یک پیک گرمازا بین 290-220 درجه سانتی گراد است .
- افزودنی LS , LP
- الیاف شیشه معمولا ً از نوع رووینگ
- پر کننده کربنات کلسیم ، کائولن و هیدروکسید آلومینیوم
فرآیند تولید قطعه SMC شامل سه مرحله است :
تهیه ورق یا لایه SMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه ورق
SMC به این شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن و
با دور بالا مخلوط می شوند . پس از آن که خمیر حاصله به گرانروی مناسب
رسید ، غلیظ کننده Thickener به آن اضافه می شود . خمیر حاصل به وسیله پمپ
، به دستگاه تولید ورق SMC منتقل و بر روی دو لایه فیلم پلی اتیلنی ، به
عنوان فیلم حامل Carrier ، ریخته می شود . میزان خمیر به وسیله دو تیغه
قابل تنظیم است . سپس الیاف شیشه به طول 25 میلی متر 50-12 میلی متر بریده
شده و به صورت منظم بر روی خمیر ریخته می شود . لایه حاصل همراه با فیلم
دیگر که فقط شامل خمیر است و فاقد الیاف است تشکیل یک لایه را می دهند .
پس از عبور از یک سری غلتک ، الیاف به صورت کامل با خمیر آغشته می شود ،
سپس ورق بسته بندی می شود . پس از حدود سه الی پنج روز محصول آماده عملیات
قالب گیری است . لایه های SMC برش خورده ، درون قالب گرم فولادی قرار می
گیرند و پرس طی دو مرحله بسته شده و دو مرحله فشار اعمال می شود . در
نهایت ضمن عملیات پخت قطعه درون قالب محصول تولید می شود .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed دردو
مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال
فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن به وسیله
الکتریسیته یا روغن .
مزایای این روش ، تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ،
تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد
محصول ، قیمت پایین محصول تمام شده و مشخصات مکانیکی یکنواخت با تلرانس 6
درصد بوده و معایب آن ، نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عملیات پیچیده تر
بازیافت نسبت به گرمانرم ها است . روش SMC به طور گسترده ای در صنایع
الکتریکی به کار می رود . میزان مصرف اروپا در سال 1999 معادل 82 هزار تن
تابلوهای برق ، قطعات الکتریکی ، محفظه چراغ بزرگراه و اتوبان بوده است .
علت استفاده از SMC در صنایع الکتریکی ، نارسانایی الکتریکی ، پایداری در
حرارت بالا ، عدم نیاز به رنگ آمیزی ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی ،
مقاومت مکانیکی زیاد ، مقاومت شیمیایی ، پایداری ابعادی ، قابلیت بازیافت
و آزادی عمل در طراحی است .
این روش در صنعت حمل و نقل نیز کاربردهای فراوانی دارد . میزان مصرف آن در
اروپا در سال 1999 معادل 67 هزار تن شامل بدنه خودرو ، قطعات با استحکام
زیاد ، بدنه قطارهای سریع السیر ، قطعات کامیون و اتوبوس بوده است . علت
استفاده از SMC در صنایع حمل و نقل وزن کم محصول ، پایداری ابعادی ، آزادی
عمل در طراحی ، توانایی تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه کم سرمایه
گذاری نسبت به تولید قطعه فلزی ، سرعت عمل در مونتاژ ، مقاومت در برابر
شرایط آب و هوایی و تولید قطعه با ضخامت های متغیر است .
روش SMC در صنعت ساختمان نیز به کار گرفته شده است . به طوری که میزان
مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 41 هزارتن شامل ساخت پانل های
ساختمانی ، حمام آماده ، صندلی ، میز و سایر موارد بوده است .
2- روش تولید BMC
Bulk Moulding Compound یا BMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده
با الیاف شیشه است که طول الیاف در آن 6 میلی متر 12-4 میلی متر و میزان
الیاف در خمیر بین ده تا حداکثر بیست درصد است . فرآیند تولید قطعه BMC
شامل سه مرحله است . تهیه خمیر BMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات
تکمیلی . تهیه خمیر BMC بدین شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق
فرمولاسیون درون مخلوط کن با دور بالا مخلوط و پس از این که خمیر به دست
آمده به گرانروی مناسب رسید به مخلوط کن دیگری از نوع دو باز و با تیغه Z
پمپ می شود . سپس به آن غلیظ کننده Thickener و الیاف شیشه به طول 6-4
میلی متر اضافه و مخلوط می شوند . خمیر حاصل درون فیلم پلی اتیلنی بسته
بندی می شود و پس از حدود سه الی پنج روز ، محصول آماده عملیات قالب گیری
است . تکه های BMC آماده درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو
مرحله بسته و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت درون
قالب ، قطعه تولید می شود .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو
مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال
فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن بوسیله
الکتریسیته یا روغن .
مزایای این روش عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و
پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به
ازای واحد محصول و بهای کم محصول تمام شده و معایب آن شامل نیاز به سرمایه
گذاری زیاد در عملیات پیچیده بازیافت نسبت به گرمانرم ها است .
3- روش تولید GMT
Glass Mat reinforced Thermoplastic یا GMT ترکیبی از خانواده گرمانرم های
معمولا ً پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه اند که در آن الیاف شیشه
به صورت مت یا تک جهته استفاده می شود . فرآیند تولید قطعه GMT شامل چهار
مرحله است : تهیه الیاف مت مخصوص GMT ، تهیه ورق GMT ، تولید قطعه قالب
گیری و عملیات تکمیلی . در این روش یک blank GMT گرمانرم PP درون کوره
قرار داده شده و جهت آماده سازی عملیات قالب گیری گرم می شود . سپس با قرار
دادن آن درون قالب و بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله ،
قطعه تولید می شود .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو
مرحله مرحله اول mm/s 500-200 ، مرحله دوم mm/s 20-10 و قابلیت اعمال فشار
دریک مرحله ، قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت
و کوره از نوع هوای گرم یا مادون قرمز .
مزایای روش GMT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و
پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ،
تنوع در محصولات ، قیمت متوسط محصول و امکان استفاده از ربات جهت
اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم
توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .
4- روش تولید LFT
روش های مختلفی وجود دارد که اساس همگی آنها ترکیب زمینه پلی پروپیلن یا
انواع دیگر گرمانرم ها با الیاف شیشه بلند درون اکسترو در طی دو مرحله و
سپس آماده سازی آن و قرار دادن ورق آماده درون پرس ، بسته شدن پرس طی دو
مرحله و اعمال فشار در یک مرحله است .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : اکسترودر ، پرس هیدرولیک و قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت .
مزایای روش LFT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و
پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ،
تنوع در محصولات ، قیمت کم محصول ، امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون
کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی
تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .
5- روش تولید RTM
تزریق رزین به داخل یک قالب بسته معمولا ً قالب کامپوزیتی که الیاف شیشه ویژه این روش قبلا ً درون آن قرار گرفته است .
تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از : قالب بسته معمولا ً از جنس
کامپوزیت ، دستگاه تزریق رزین ، دستگاه خلأ ، بالابر و لوازم مناسب برش و
یا شکل دهی الیاف .
از مزایای روش RTM می توان به ساخت قطعات با ابعاد بزرگ ، نیاز به سرمایه
گذاری اولیه کم قالب و تجهیزات ، قابلیت تولید قطعه با کیفیت سطحی A و
مشخصات مکانیکی مناسب و از معایب آن به عدم قابلیت تولید قطعات پیچیده ،
قیمت تمام شده متوسط جهت محصول ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به
گرمانرم ها اشاره کرد .
مواد ترکیبی
تولید کامپوزیتها
از جمله مزایای این روش که یکی از باصرفهترینروشهای تولید کامپوزیتهاست، این است که درصد الیاف در آن بالاست و چون الیاف بصورتطولی آرایش مییابند، محصول دارای استحکام کششی و فشاری بسیار بالایی است. همچنینسطح محصول نهایی کاملاً صاف است و نیازی به فرآیندهای تکمیلی نیست.
مراحلفرآیند:
•ورودی الیاف: الیاف تقویت کننده به شکلی هستند که بطور پیوسته فرآیند امکان پذیر باشد. قفسة الیاف پیوسته، اولین قسمت خط فرآیند می‌باشد. بعد از قفسة الیاف، قفسة نمد الیاف شیشه یه پارچة‌ها سطح قرار دارد. حرکت الیاف از ناحیة آغشته سازی میبایست کنترل شود تا از هرگونه پیچش و گره و آسیب محفوظ بماند. اینکار میتواند توسط راهنماهای فلزی، سرامیکی و یا تفلونی انجام شود.
•حمام آغشتهسازی: آغشتهسازی الیاف تقویت کننده، از اصول فرآیند پلتروژن می‌باشد. غوطهوری در حمام یک راه برای این کار است. در این روش الیاف از رو و زیر میلههای آغشتهسازی عبور داده میشوند تا از هم باز، و به رزین آغشته گردند. معمولاً در ساخت پروفیلهای پیچیده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتی برای شکل دادن به الیاف آغشته به رزین، استفاده میکنند. پوشش این صفحات باید از جنسی مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الیاف آغشتة ضعیف شده، جلوگیری به عمل آید. معمولاً این قطعات از جنس تفلون، پلی اتیلن با جرم مولکولی بسیار بالا ، فولاد با پوشش کرم و یا آلیاژهای مناسب فولادی میباشند.
•قالب: قالب پلتروژن، قلب این فرایند محسوب میشود. چرا که دما، کنترل کنندة سرعت واکنش پخت، محل پخت رزین در قالب و شدت گرمای حاصل از پخت رزین می‌باشد. قطعهای که کامل پخت نشده باشد، خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی از خود نشان میدهد. همچنین اگر گرمای اضافی در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترک حرارتی، موجب افت خواص الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی قطعه میشود.
•گیره و کشش: حداقل 3 متر فاصله بین خروجی قالب و محل کشش میبایس تعبیه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پیدا کند و در برابر فشار گیرة کشش تغییر شکل ندهد. سه روش برای کشش مرسوم است؛ کشش رفت وبرگشتی متناوب، کشش رفت و برگشتی پیوسته و کشش توسط سیستم تسمه نقالهای.
•برش: هر خط پیوستة پلتروژن احتیاج به یک سیستم برش دارد تا طولهای مناسب از قطعه تحویل شود. هردو روش برش خشک و تر قابل استفاده میباشند. ولی در هر حال تیغه برش میبایست الماسه باشد. در صورتیکه سرعت خط بالا باشد، تیغه برش همراه پروفیل حرکت میکند.
مواد: با توجه به خواص مورد نظر، میتوان از الیاف و رزینهای مختلفی استفاده نمود. الیاف تأمین کنندة خواصی چون استحکام کششی و ضربه، سفتی و مانند آن میباشند ولی رزین تأمین کنندة خواص فیزیکی مانند آتشگیری، مقاومت در برابر شرایط جوی، هدایت حرارتی و مقاومت شیمیایی میباشند. برای بهبود خواص نیز از انواع افزودنیها استفاده میشود.
الیاف: در انتخاب الیاف سه ویژگی مورد بررسی قرار میگیرد: نوع الیاف (شیشه، آرامید و کربن)، شکل آنها ( Roving,Mat,Fabrics ) و آرایش یافتگی آنها.
الیاف شیشه مرسوم ترین نوع الیاف مورد مصرف میباشند. الیاف شیشه نوع الکتریکی ( E-grade )، استحکام کششی حدود Mpa 3450 و مدول کششی Gpa 70 و ازدیاد طول 3 تا % 4 دارند و با قطر و وزن مختلف در دسترس میباشند. سطح الیاف نیز متناسب با رزین کاربردی پوشش داده شدهاند. برای کاربردهای خاص میتوان از الیاف نوع S یا R استفاده نمود.
ماتریس پلیمری:
پلی استر غیر اشباع: هر دو نوع ایزو و ارتو فتالیک قابل استفاده میباشند. پلی استر مورد مصرف در فرآیند پلتروژن باید امکان ژل شدن و پخت سریع را داشته باشد تا قطعه از قالب جدا شود و بیرون کشیدن آن به سهولت انجام پذیرد. ویسکوزیته رزینهای معمول پلتروژن cP 500 می‌باشد. اگر ویسکوزیتة رزین بالا باشد، میتوان آنرا با مقادیری استایرن مخلوط نمود تا ویسکوزیته مناسب بدست آید. البته باید توجه داشت مقدار استایرن آنقدر زیاد نشود که بصورت واکنش نکرده یا پلی استایرن درآید.
پراکسیدهای مورد استفاده در این فرآیند، باید در دمای بالاتر از محیط فعال شوند. به عنوان نمونه میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
به علت پیوندهای غیر اشباع، پلی استر پس از پخت 7درصد جمعشدگی نشان میدهد. این نقص میتواند توسط فیلر و افزودنیهای Low Profile جبران گردد.
خواص الکتریکی پلیاستر، قطعات آنرا مناسب برای کاربردهای ولتاژبالا ساخته است. مقاومت در برابر شرایط محیطی پلیاستر، متوسط تا خوب است. خواصبهتر توسط افزودنیها و پارچه و پوشش (حتی بعد از فرآیند) قابل دستیابیاست.
وینیل استر: این رزین نسبت به پلیاستر دارای مقاومت خورندگی، خواص مکانیکیو حرارتی بهتری می‌باشد ولی حدود 75 درصد گرانتر می‌باشد.
رزین اپوکسی: اینرزین برای استفاده در دماهای بالاتر مناسبتر است ضمن آنکه خواص مکانیکی آنعالیست.
سایر رزینها: از رزینهای دیگری مانند فنولیک، پلیمتیل متااکریلات و حتیترموپلاستها استفاده نمود.
مواد افزودنی:
فیلر: در فرآیند پلتروژن پرکردنقالب اهمیت فراوانی دارد. برای این منظور از پرکنندهها استفاده میشود. بعد ازرزین و الیاف، سومین بخش رزین را تشکیل میدهد. از معمولترین فیلرها، کربنات کلسیم،سیلیکات آلومینیم و هیدروکسید آلومینیم را میتوان نام برد. با توجه به ویسکوزیتةفرمولاسیون، تا 50 درصد وزنی فیلراستفاده میشود.
عامل جدا کننده( release agent ): به منظور جداشدن قطعه از قالب، میبایست از یک عامل جداساز استفاده شود. اینعامل نباید کاملاً ناسازگار با رزین باشد و همچنین سازگاری آن به حدی نباشد که بهسطح قطعه مهاجرت نکند. همچنین باید قبل از پخت رزین مذاب شده باشد.
سایرافزودنیها: در فرآیند پلتروژن میتوان از انواع رنگدانهها، افزودنیهای بهبودخواص حرارتی و سایر مواد مرسوم در صنعت کامپوزیت استفادهنمود.
خواص: جهت مقایسه خواص پروفیلهای پلتروژن با سایرمواد جداول ذیل ارائه میگردد:
مقایسه خواص فیزیکی-شیمیایی پروفیلهای پلتروژنی باسایرمواد
مزایای پلتروژن: پلتروژن یکیاز اقتصادیترین روشهای تولید پروفیلهای کامپوزیتی مورد مصرف در صنایع ساختماناست.
از این فرآیند در ساخت قطعات سبک مقاوم در برابر خورندگی، سیستمهای عایقالکتریکی، سازههای ساحلی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده میشود.
روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :
1- روش های تولید ساده لایه چینی دستی و پاششی که شامل روش های تولید با
قالب باز هستند . تیراژ دراین نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز
است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .
2- روش های تولید خاص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت
تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می
گیرند .
3- روش تولید قطعات صنعتی SMC ، BMC ، RTM ، GMT ، LFT و ... که روش های
LFT و GMT مربوط به گرمانرم ها و روش های RTM ، BMC و SMC مربوط به گرما
سخت ها هستند .
بازار تولید قطعات صنعتی در اروپا در سال 1999 معادل 352 هزارتن بوده که سهم هریک از این روش ها به صورت زیر است :
SMC : 190 هزارتن معادل 54 درصد
BMC : 90 هزارتن معادل 6/25 درصد
LFT و GMT : 42 هزارتن معادل 9/11 درصد
RTM : 30 هزارتن معادل 5/8 درصد
1- روش تولید SMC
Sheet Moulding Compoundیا SMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده
با الیاف شیشه بین 60- 20 درصد است که معمولا ً از پنج ماده اصلی زیر
تشکیل شده است :
- رزین پلی استر غیر اشباع ویژه SMC که دارای یک پیک گرمازا بین 290-220 درجه سانتی گراد است .
- افزودنی LS , LP
- الیاف شیشه معمولا ً از نوع رووینگ
- پر کننده کربنات کلسیم ، کائولن و هیدروکسید آلومینیوم
فرآیند تولید قطعه SMC شامل سه مرحله است :
تهیه ورق یا لایه SMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه ورق
SMC به این شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن و
با دور بالا مخلوط می شوند . پس از آن که خمیر حاصله به گرانروی مناسب
رسید ، غلیظ کننده Thickener به آن اضافه می شود . خمیر حاصل به وسیله پمپ
، به دستگاه تولید ورق SMC منتقل و بر روی دو لایه فیلم پلی اتیلنی ، به
عنوان فیلم حامل Carrier ، ریخته می شود . میزان خمیر به وسیله دو تیغه
قابل تنظیم است . سپس الیاف شیشه به طول 25 میلی متر 50-12 میلی متر بریده
شده و به صورت منظم بر روی خمیر ریخته می شود . لایه حاصل همراه با فیلم
دیگر که فقط شامل خمیر است و فاقد الیاف است تشکیل یک لایه را می دهند .
پس از عبور از یک سری غلتک ، الیاف به صورت کامل با خمیر آغشته می شود ،
سپس ورق بسته بندی می شود . پس از حدود سه الی پنج روز محصول آماده عملیات
قالب گیری است . لایه های SMC برش خورده ، درون قالب گرم فولادی قرار می
گیرند و پرس طی دو مرحله بسته شده و دو مرحله فشار اعمال می شود . در
نهایت ضمن عملیات پخت قطعه درون قالب محصول تولید می شود .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed دردو
مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال
فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن به وسیله
الکتریسیته یا روغن .
مزایای این روش ، تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ،
تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد
محصول ، قیمت پایین محصول تمام شده و مشخصات مکانیکی یکنواخت با تلرانس 6
درصد بوده و معایب آن ، نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عملیات پیچیده تر
بازیافت نسبت به گرمانرم ها است . روش SMC به طور گسترده ای در صنایع
الکتریکی به کار می رود . میزان مصرف اروپا در سال 1999 معادل 82 هزار تن
تابلوهای برق ، قطعات الکتریکی ، محفظه چراغ بزرگراه و اتوبان بوده است .
علت استفاده از SMC در صنایع الکتریکی ، نارسانایی الکتریکی ، پایداری در
حرارت بالا ، عدم نیاز به رنگ آمیزی ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی ،
مقاومت مکانیکی زیاد ، مقاومت شیمیایی ، پایداری ابعادی ، قابلیت بازیافت
و آزادی عمل در طراحی است .
این روش در صنعت حمل و نقل نیز کاربردهای فراوانی دارد . میزان مصرف آن در
اروپا در سال 1999 معادل 67 هزار تن شامل بدنه خودرو ، قطعات با استحکام
زیاد ، بدنه قطارهای سریع السیر ، قطعات کامیون و اتوبوس بوده است . علت
استفاده از SMC در صنایع حمل و نقل وزن کم محصول ، پایداری ابعادی ، آزادی
عمل در طراحی ، توانایی تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه کم سرمایه
گذاری نسبت به تولید قطعه فلزی ، سرعت عمل در مونتاژ ، مقاومت در برابر
شرایط آب و هوایی و تولید قطعه با ضخامت های متغیر است .
روش SMC در صنعت ساختمان نیز به کار گرفته شده است . به طوری که میزان
مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 41 هزارتن شامل ساخت پانل های
ساختمانی ، حمام آماده ، صندلی ، میز و سایر موارد بوده است .
2- روش تولید BMC
Bulk Moulding Compound یا BMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده
با الیاف شیشه است که طول الیاف در آن 6 میلی متر 12-4 میلی متر و میزان
الیاف در خمیر بین ده تا حداکثر بیست درصد است . فرآیند تولید قطعه BMC
شامل سه مرحله است . تهیه خمیر BMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات
تکمیلی . تهیه خمیر BMC بدین شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق
فرمولاسیون درون مخلوط کن با دور بالا مخلوط و پس از این که خمیر به دست
آمده به گرانروی مناسب رسید به مخلوط کن دیگری از نوع دو باز و با تیغه Z
پمپ می شود . سپس به آن غلیظ کننده Thickener و الیاف شیشه به طول 6-4
میلی متر اضافه و مخلوط می شوند . خمیر حاصل درون فیلم پلی اتیلنی بسته
بندی می شود و پس از حدود سه الی پنج روز ، محصول آماده عملیات قالب گیری
است . تکه های BMC آماده درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو
مرحله بسته و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت درون
قالب ، قطعه تولید می شود .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو
مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال
فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن بوسیله
الکتریسیته یا روغن .
مزایای این روش عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و
پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به
ازای واحد محصول و بهای کم محصول تمام شده و معایب آن شامل نیاز به سرمایه
گذاری زیاد در عملیات پیچیده بازیافت نسبت به گرمانرم ها است .
3- روش تولید GMT
Glass Mat reinforced Thermoplastic یا GMT ترکیبی از خانواده گرمانرم های
معمولا ً پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه اند که در آن الیاف شیشه
به صورت مت یا تک جهته استفاده می شود . فرآیند تولید قطعه GMT شامل چهار
مرحله است : تهیه الیاف مت مخصوص GMT ، تهیه ورق GMT ، تولید قطعه قالب
گیری و عملیات تکمیلی . در این روش یک blank GMT گرمانرم PP درون کوره
قرار داده شده و جهت آماده سازی عملیات قالب گیری گرم می شود . سپس با قرار
دادن آن درون قالب و بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله ،
قطعه تولید می شود .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو
مرحله مرحله اول mm/s 500-200 ، مرحله دوم mm/s 20-10 و قابلیت اعمال فشار
دریک مرحله ، قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت
و کوره از نوع هوای گرم یا مادون قرمز .
مزایای روش GMT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و
پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ،
تنوع در محصولات ، قیمت متوسط محصول و امکان استفاده از ربات جهت
اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم
توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .
4- روش تولید LFT
روش های مختلفی وجود دارد که اساس همگی آنها ترکیب زمینه پلی پروپیلن یا
انواع دیگر گرمانرم ها با الیاف شیشه بلند درون اکسترو در طی دو مرحله و
سپس آماده سازی آن و قرار دادن ورق آماده درون پرس ، بسته شدن پرس طی دو
مرحله و اعمال فشار در یک مرحله است .
تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : اکسترودر ، پرس هیدرولیک و قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت .
مزایای روش LFT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و
پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ،
تنوع در محصولات ، قیمت کم محصول ، امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون
کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی
تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .
5- روش تولید RTM
تزریق رزین به داخل یک قالب بسته معمولا ً قالب کامپوزیتی که الیاف شیشه ویژه این روش قبلا ً درون آن قرار گرفته است .
تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از : قالب بسته معمولا ً از جنس
کامپوزیت ، دستگاه تزریق رزین ، دستگاه خلأ ، بالابر و لوازم مناسب برش و
یا شکل دهی الیاف .
از مزایای روش RTM می توان به ساخت قطعات با ابعاد بزرگ ، نیاز به سرمایه
گذاری اولیه کم قالب و تجهیزات ، قابلیت تولید قطعه با کیفیت سطحی A و
مشخصات مکانیکی مناسب و از معایب آن به عدم قابلیت تولید قطعات پیچیده ،
قیمت تمام شده متوسط جهت محصول ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به
گرمانرم ها اشاره کرد .
مواد ترکیبی
تولید کامپوزیتها
از جمله مزایای این روش که یکی از باصرفهترینروشهای تولید کامپوزیتهاست، این است که درصد الیاف در آن بالاست و چون الیاف بصورتطولی آرایش مییابند، محصول دارای استحکام کششی و فشاری بسیار بالایی است. همچنینسطح محصول نهایی کاملاً صاف است و نیازی به فرآیندهای تکمیلی نیست.
مراحلفرآیند:
•ورودی الیاف: الیاف تقویت کننده به شکلی هستند که بطور پیوسته فرآیند امکان پذیر باشد. قفسة الیاف پیوسته، اولین قسمت خط فرآیند می‌باشد. بعد از قفسة الیاف، قفسة نمد الیاف شیشه یه پارچة‌ها سطح قرار دارد. حرکت الیاف از ناحیة آغشته سازی میبایست کنترل شود تا از هرگونه پیچش و گره و آسیب محفوظ بماند. اینکار میتواند توسط راهنماهای فلزی، سرامیکی و یا تفلونی انجام شود.
•حمام آغشتهسازی: آغشتهسازی الیاف تقویت کننده، از اصول فرآیند پلتروژن می‌باشد. غوطهوری در حمام یک راه برای این کار است. در این روش الیاف از رو و زیر میلههای آغشتهسازی عبور داده میشوند تا از هم باز، و به رزین آغشته گردند. معمولاً در ساخت پروفیلهای پیچیده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتی برای شکل دادن به الیاف آغشته به رزین، استفاده میکنند. پوشش این صفحات باید از جنسی مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الیاف آغشتة ضعیف شده، جلوگیری به عمل آید. معمولاً این قطعات از جنس تفلون، پلی اتیلن با جرم مولکولی بسیار بالا ، فولاد با پوشش کرم و یا آلیاژهای مناسب فولادی میباشند.
•قالب: قالب پلتروژن، قلب این فرایند محسوب میشود. چرا که دما، کنترل کنندة سرعت واکنش پخت، محل پخت رزین در قالب و شدت گرمای حاصل از پخت رزین می‌باشد. قطعهای که کامل پخت نشده باشد، خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی از خود نشان میدهد. همچنین اگر گرمای اضافی در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترک حرارتی، موجب افت خواص الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی قطعه میشود.
•گیره و کشش: حداقل 3 متر فاصله بین خروجی قالب و محل کشش میبایس تعبیه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پیدا کند و در برابر فشار گیرة کشش تغییر شکل ندهد. سه روش برای کشش مرسوم است؛ کشش رفت وبرگشتی متناوب، کشش رفت و برگشتی پیوسته و کشش توسط سیستم تسمه نقالهای.
•برش: هر خط پیوستة پلتروژن احتیاج به یک سیستم برش دارد تا طولهای مناسب از قطعه تحویل شود. هردو روش برش خشک و تر قابل استفاده میباشند. ولی در هر حال تیغه برش میبایست الماسه باشد. در صورتیکه سرعت خط بالا باشد، تیغه برش همراه پروفیل حرکت میکند.
مواد: با توجه به خواص مورد نظر، میتوان از الیاف و رزینهای مختلفی استفاده نمود. الیاف تأمین کنندة خواصی چون استحکام کششی و ضربه، سفتی و مانند آن میباشند ولی رزین تأمین کنندة خواص فیزیکی مانند آتشگیری، مقاومت در برابر شرایط جوی، هدایت حرارتی و مقاومت شیمیایی میباشند. برای بهبود خواص نیز از انواع افزودنیها استفاده میشود.
الیاف: در انتخاب الیاف سه ویژگی مورد بررسی قرار میگیرد: نوع الیاف (شیشه، آرامید و کربن)، شکل آنها ( Roving,Mat,Fabrics ) و آرایش یافتگی آنها.
الیاف شیشه مرسوم ترین نوع الیاف مورد مصرف میباشند. الیاف شیشه نوع الکتریکی ( E-grade )، استحکام کششی حدود Mpa 3450 و مدول کششی Gpa 70 و ازدیاد طول 3 تا % 4 دارند و با قطر و وزن مختلف در دسترس میباشند. سطح الیاف نیز متناسب با رزین کاربردی پوشش داده شدهاند. برای کاربردهای خاص میتوان از الیاف نوع S یا R استفاده نمود.
ماتریس پلیمری:
پلی استر غیر اشباع: هر دو نوع ایزو و ارتو فتالیک قابل استفاده میباشند. پلی استر مورد مصرف در فرآیند پلتروژن باید امکان ژل شدن و پخت سریع را داشته باشد تا قطعه از قالب جدا شود و بیرون کشیدن آن به سهولت انجام پذیرد. ویسکوزیته رزینهای معمول پلتروژن cP 500 می‌باشد. اگر ویسکوزیتة رزین بالا باشد، میتوان آنرا با مقادیری استایرن مخلوط نمود تا ویسکوزیته مناسب بدست آید. البته باید توجه داشت مقدار استایرن آنقدر زیاد نشود که بصورت واکنش نکرده یا پلی استایرن درآید.
پراکسیدهای مورد استفاده در این فرآیند، باید در دمای بالاتر از محیط فعال شوند. به عنوان نمونه میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
به علت پیوندهای غیر اشباع، پلی استر پس از پخت 7درصد جمعشدگی نشان میدهد. این نقص میتواند توسط فیلر و افزودنیهای Low Profile جبران گردد.
خواص الکتریکی پلیاستر، قطعات آنرا مناسب برای کاربردهای ولتاژبالا ساخته است. مقاومت در برابر شرایط محیطی پلیاستر، متوسط تا خوب است. خواصبهتر توسط افزودنیها و پارچه و پوشش (حتی بعد از فرآیند) قابل دستیابیاست.
وینیل استر: این رزین نسبت به پلیاستر دارای مقاومت خورندگی، خواص مکانیکیو حرارتی بهتری می‌باشد ولی حدود 75 درصد گرانتر می‌باشد.
رزین اپوکسی: اینرزین برای استفاده در دماهای بالاتر مناسبتر است ضمن آنکه خواص مکانیکی آنعالیست.
سایر رزینها: از رزینهای دیگری مانند فنولیک، پلیمتیل متااکریلات و حتیترموپلاستها استفاده نمود.
مواد افزودنی:
فیلر: در فرآیند پلتروژن پرکردنقالب اهمیت فراوانی دارد. برای این منظور از پرکنندهها استفاده میشود. بعد ازرزین و الیاف، سومین بخش رزین را تشکیل میدهد. از معمولترین فیلرها، کربنات کلسیم،سیلیکات آلومینیم و هیدروکسید آلومینیم را میتوان نام برد. با توجه به ویسکوزیتةفرمولاسیون، تا 50 درصد وزنی فیلراستفاده میشود.
عامل جدا کننده( release agent ): به منظور جداشدن قطعه از قالب، میبایست از یک عامل جداساز استفاده شود. اینعامل نباید کاملاً ناسازگار با رزین باشد و همچنین سازگاری آن به حدی نباشد که بهسطح قطعه مهاجرت نکند. همچنین باید قبل از پخت رزین مذاب شده باشد.
سایرافزودنیها: در فرآیند پلتروژن میتوان از انواع رنگدانهها، افزودنیهای بهبودخواص حرارتی و سایر مواد مرسوم در صنعت کامپوزیت استفادهنمود.
خواص: جهت مقایسه خواص پروفیلهای پلتروژن با سایرمواد جداول ذیل ارائه میگردد:
مقایسه خواص فیزیکی-شیمیایی پروفیلهای پلتروژنی باسایرمواد
مزایای پلتروژن: پلتروژن یکیاز اقتصادیترین روشهای تولید پروفیلهای کامپوزیتی مورد مصرف در صنایع ساختماناست.
از این فرآیند در ساخت قطعات سبک مقاوم در برابر خورندگی، سیستمهای عایقالکتریکی، سازههای ساحلی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده میشود.
خوبی چو از حد بگذرد نادان خیال بد کند.
