فرآیندهای شكل دهی

در این روش, ابتدا رها ساز روی سطح قالب اسپری می شود تا جدا كردن قطعه ساخته شده به سهولت انجام بگیرد سپس ژل كوت روی آن اعمال می شود تا سطح قطعه از نظر كیفیت و ظاهر, سطح مطلوبی باشد

●لایه گذاری دستی یا hand lay up

در این روش، ابتدا رها ساز روی سطح قالب اسپری می‌شود تا جدا كردن قطعه ساخته شده به سهولت انجام بگیرد. سپس ژل كوت روی آن اعمال می‌شود تا سطح قطعه از نظر كیفیت و ظاهر، سطح مطلوبی باشد. آنگاه الیاف رو یا درون قالب قرار می‌گیرند و رزین با دست روی آنها ریخته شده، توسط قلم و یا غلطك آغشته سازی كامل می‌شود. همچنین این امكان وجود دارد كه الیاف ابتدا به رزین آغشته شود و بعد لایه گذاری انجام گیرد. حبابهای هوای گیر كرده در قطعه با حركت قلم یا غلطك و فشار دادن الیاف خارج می‌شوند. لایه گذاری و آغشته سازی تا رسیدن به ضخامت مورد نظر ادامه می‌یابد. قطعه معمولاً در فشار و دمای محیط پخت می‌شود. با كاتالیزور و شتابدهنده زمان پخت را می‌توان تنظیم نمود.

بیشترین رزینهای مورد استفاده، پلی استر و اپوكسی می‌باشد. پلی استر بدلیل قیمت ارزان، در دسترس بودن و سهولت كار، رزین مطلوبی محسوب می‌شود. همچنین پلی استر به راحتی با رهاسازهای استاندارد، از قالب جدا می‌شود. به منظور كاهش جمع شدگی قطعه كه منجر به تابیدگی و موجدار شدن سطح می‌شود، از فیلرهایی مانند تالك و كربنات كلسیم استفاده می‌كنند.

اپوكسی‌ها گران قیمتند ولی خواص بهتری دارند. رهاسازهای قالب برای فرمولاسیون ضروری است و در غیر اینصورت قطعه به قالب می‌چسبد و منجر به مشكلات جداكردن قطعه از قالب، تابیدگی، صدمه به قطعه و حتی قالب می‌شود.

در فرمولاسیون هر دو رزین می‌توان افزودنی‌های ضد شعله یا خود خاموش كن را وارد كرد. اپوكسی بیشتر به خاطر پایداری ابعادی و استحكام بالا استفاده می‌شود در حالیكه پلی استر در حجمهای بالا و در كاربردهای معمولی استفاده می‌شود.

الیاف شیشه متداولترین تقویت كننده در كامپوزیتهای ساخته شده به روش لایه گذاری دستی می‌باشند. این الیاف از رشته‌های نازكی كه با سیلان اصلاح سطح شده‌اند، تشكیل شده‌اند. سیلان چسبندگی رزین به الیاف را بهبود می‌بخشد.

در این فرآیند انواع الیاف از قبیل پارچه، نمد، الیاف كوتاه و رشته‌ای استفاده می‌شود و شكل الیاف خیلی نقش بحرانی در این فرآیند ندارد. ولی البته الیاف پارچه‌ای و نمد بیشتر استفاده می‌شود.

لایه گذاری دستی در حدود سالهای ۱۹۴۰ ابداع شد و مواد و روشها تفاوتهای چندانی از آن وقت تا كنون نكرده‌اند، لایه گذاری دستی هنوز وابسته به مهارت كارگر می‌باشد. این فرآیند در ساخت كشتی با موفقیت بكار گرفته شده است.

سایر قطعات ساخته شده به این روش عبارتند از گنبدها(radomes)، كانالهای آب، استخر، تانكر، میز و صندلی، تجهیزات محیطهای خورنده، قطعات خودرو، اطاقك و خانه‌های پیش ساخته، صفحات صاف و موجدار، نمونه سازی و قالبهای كامپوزیتی.

مهمترین امتیازات سیستم‌های پلی استر یا اپوكسی در روش لایه گذاری دستی عبارتند از: سهولت ساخت، ارزانی ابزار كار، رنگ آمیزی‌های مختلف، خواص مناسب برای كاربردهای مورد نظر، امكان ساخت قطعات بزرگ

یك فرآیندساده لایه گذاری دستی، روی یك قالب نر یا درون قالب ماده امكان پذیر است. انتخاب قالب بستگی دارد به این دارد كه كدام طرف قطعه از نظر ظاهری دارای اهمیت است. اگر سطح بیرونی مهم باشد از قالب ماده استفاده می‌شود و اگر سطح داخلی اهمیت داشته باشد از قالب نر.

اگر كیفیت بالای سطح مورد نظر باشد، یك لایه از رزین دارای كاتالیزور روی قالب اسپری می‌شود و اجازه می‌‌‌یابد تا نیم پخت شود. این لایه رزینی ژل كوت نامیده می‌شود و یك لایه محافظ غیر قابل نفوذ روی الیاف تشكیل می‌دهد. رزینهای ژل كوت برای اینكار فرموله می‌شوند تا منعطف بوده، در برابر تاول و تخریب مقاوم باشند.

سطح دیگر كامپوزیت معمولا زبر می‌باشد ولی با بكار گیری یك سلفون یا فیلمی از جنس پلی وینیل الكل یا مواد مشابه، كمی با كیفیت تر می‌شود. مواد زیادی برای ساخت قالب استفاده می‌شوند از جمله چوب، پلی استر، اپوكسی، لاستیك و فولاد.

روش پیش آغشته می‌تواند به عنوان ادامه روش لایه گذاری دستی در نظر گرفته شود. در این فرایند الیاف با رزین فرمول شده آغشته می‌شود. تقویت كننده معمولا بصورت نوارهای تك جهته از الیاف یا پارچه بافته شده می‌باشد و به منظور سهولت حمل و نقل و انبار، نیم پخت می‌شوند. پیش آغشته نیم پخت، چرم مانند است و كمی چسبنده، بنابراین لایه‌ها روی شكل‌های پیچیده سر نمی‌خورند و می‌توانند شكل برجستگی‌های قالب را به خود بگیرند و در نتیجه شكل‌های پیچیده به دقت قابل قالبگیری می‌باشند.

از آنجا كه فرمولاسیون رزین در پیش آغشته دارای شروع كننده می‌باشد، دارای تاریخ مصرف می‌باشد و پیش از چند روز یا چند هفته نمی‌توان آنرا در دمای اطاق نگهداری نمود. بنابراین آنها را در فریزر نگهداری می‌كنند تا تاریخ مصرف آنها به یك سال و یا حتی بیشتر برسد.معمولاً پیش آغشته‌ها با تجهیزات ساخت مخصوص ساخته می‌شوند تا درصد رزین و الیاف كنترل ‌شود. آغشته سازی كامل الیاف با رزین مشكل نواحی آكنده از رزین( resin reach ) و عاری از آن را حل می‌كند. در نتیجه همگونی بهتری نسبت به لایه گذاری دستی حاصل می‌شود. بنابراین از پیش آغشته در جاهایی استفاده می‌شود كه كارایی قطعه حساس است. تقریبا تمام رزینهای مورد مصرف صنایع كامپوزیت، به شكل پیش آغشته نیز وجود دارند.

●پاشش رزین (spray up)

در تلاش برای افزایش اتوماسیون فرآیند دستی، روشهای مختلف پاشش رزین ابداع شده‌اند. این روشها با كاربرد رشته‌های (roving) ارزانتر، كاهش زمان اعمال رزین و آغشته سازی الیاف و به حداقل رساندن اتلاف مواد، قیمت كلی كامپوزیت حاصل را كاهش می‌دهند.

در فرآیند پاشش رزین، الیاف و رزین بطور همزمان رو یا درون یك قالب پاشیده می‌شوند. الیاف رشته‌ای به یك خردكن وارد شده و بعد داخل جریانِ رزین همراه كاتالیست قرار می‌گیرند. رزین و كاتالیست ممكن است دریك تفنگ پاشش (spray gun) و یا از دو تفنگ پاشش وارد شوند و در هر حال وقتی به قالب می‌رسند، با هم مخلوط شده‌اند. سیستم پاشش ممكن است با هوا باشد. به منظور سهولت كار با دستگاه، معمولا تفنگ پاشش به یك میله متحرك آویزان است.

پس از پاشش رزین و الیاف و نشستن آنها روی قالب، از الیاف آغشته به رزین، حبابهای هوا توسط غلطك كاری خارج می‌شوند و الیاف كاملا خوابانده می‌شوند و سطح صاف می‌شود. لایه‌های بعدی رزین و الیاف را نیز می‌توان تا رسیدن به ضخامت مطلوب اعمال نمود. سپس قطعه را در فشار و دمای محیط پخت می‌كنند، هر چند می‌توان با اعمال حرارت، پخت را سریع كرد.

رزینهای مورد استفاده دراین فرآیند معمولا پلی استر و اپوكسی هستند. با پاشش ژل كوت روی قالب می‌توان یك سطح نهایی عالی ایجاد كرد.

طی فرآیند پاشش رزین، به منظور افزایش مقاومت در یك جهت یا محل خاص می‌توان الیاف پارچه‌ای را به آن اضافه نمود. قالب‌های فرآیند می‌توانند از جنس چوب، وینیل پلی استر، اپوكسی، لاستیك و یا فولاد باشند.

فرآیند پاشش رزین برای حجم تولید كم تا متوسط ایده آل است. بخصوص برای ساخت قطعات بزرگ بسیار مناسب است. علاوه بر این، انتخاب لایه گذاری دستی یا پاشش رزین بستگی به خواص مكانیكی و محدودیتهای فرایند دارد. خواص مكانیكی لایه گذاری دستی، به دلیل پیوسته بودن الیاف، بالاتر است. مزایای هر دو روش بسیار شبیه هم است. فرآیند پاشش رزین هنوز برای تولید وان حمام، اطاقك دوش، قطعات اتومبیلهای تفریحی، اطاق و سقف كامیون، صفحات بزرگ، اطاقك نگهبانی و خانه پیش ساخته، اثاثیه منزل و قطعات معماری استفاده می‌شود، اگر چه فراگیری این فرآیند توسط سایر روشهای شكل دهی مانند آر تی ام تحت الشعاع قرار گرفته است.

●آمیزه ‏های قالبگیری (SMC, BMC, Compression Molding)

بطور كلی آمیز ه قالبگیری را می‏توان مخلوطی از رزین، مواد پركننده، الیاف تقویت كننده، آغازگر، رها ساز، رنگدانه، پایدار كننده و دیگر مواد افزودنی دانست. این آمیزه‏ها معمولاً به شكلی كه مناسب برای قالبگیری نهایی است تولید می‏گردند. بسته به شكل آمیزه فرآیند قالبگیری می‏تواند فشاری، ترزیقی و یا انتقالی باشد. كاربرد گستردهٔ این مواد به بهای نسبتاً پائین و امكان بهینه سازی خواص آنها جهت كاربردهای ویژه نسبت داده می‏شود. آمیزه‎‏های قالبگیری بر پایه اغلب رزین‏های گرما سخت وجود دارند اما آمیزه ‎های بر پایهٔ رزین پلی استر غیر اشباع سهم عمده را بخود اختصاص می‏دهند لذا در اینجا تأكید روی آنها بوده است.

الف)آمیز ه قالبگیری ورقه‎ای :

این آمیزه ورقه‎ای چرم – مانند با ضخامت ۵-۳ میلی متر ازمواد است كه بین دو فیلم نازك از پلی اتیلن عرضه می‏گردد (این فیلم‏ها قبل از قالبگیری آمیزه برداشته می‏شوند). ماده مورد استفاده در این آمیزه مخلوطی از الیاف شیشه بریده شده و خمیری از پلی استر غیر اشباع می‏باشد. یك تركیب درصد نمونه از این خمیر درجدول ۲ آورده شده است. در این جدول ۷۰% وزنی SMC را خمیر تشكیل می‏دهد و ۳۰% باقیمانده را الیاف شامل می‏شود.

---