روشهای ساخت كامپوزیت ها

* روش های مختلفی جهت تولید قطعات كامپوزیتی پایه پلیمری  وجود دارد كه به طور كلی به سه دسته تقسیم می شوند :

1-      روش های تولید ساده  لایه چینی دستی و پاششی  كه شامل روش های تولید با قالب باز هستند . تیراژ دراین نوع تولید ، محدود  یك الی سه قطعه در روز  است و كیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .

2-      روش های تولید خاص  پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته  كه 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 ... كه 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 كه سهم هریك از این روش ها به صورت زیر است :

     اس ام سی: 190 هزارتن معادل 54 درصد

     بی ام سی: 90 هزارتن معادل 6/25 درصد

     ال اف تی و جی ام تی: 42 هزارتن معادل 9/11 درصد

     آر تی ام: 30 هزارتن معادل 5/8 درصد

جهت آشانایی با جزئیات این روش های تولید، به ادامه مطلب مراجعه فرمایید.

 1- روش تولید SMC

      Sheet Moulding Compoundیا SMC تركیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه  بین 60- 20 درصد است كه معمولا ً از پنج ماده اصلی زیر تشكیل شده است :

- رزین پلی استر غیر اشباع  ویژه SMC  كه دارای یك پیك گرمازا بین 290-220  درجه سانتی گراد است .

- افزودنی LS , LP

- الیاف شیشه  معمولا ً از نوع رووینگ

- پر كننده  كربنات كلسیم ، كائولن و هیدروكسید آلومینیوم

فرآیند تولید قطعه SMC شامل سه مرحله است :

- تهیه ورق یا لایه SMC

- تولید قطعه قالب گیری

- عملیات تكمیلی

تهیه ورق SMC به این شكل است كه ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط كن و با دور بالا مخلوط می شوند . پس از آن كه خمیر حاصله به گرانروی مناسب رسید ، غلیظ كننده 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 كه فقط شامل خمیر است و فاقد الیاف است تشكیل یك لایه را می دهند . پس از عبور از یك سری غلتك ، الیاف به صورت كامل 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 هیدرولیك با قابلیت Close speed دردو مرحله  مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دومmm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن به وسیله الكتریسیته یا روغن .

مزایای این روش ، تولید در حجم زیاد ، امكان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با كیفیت سطحی A ، هزینه بسیار كم نیروی انسانی به ازای واحد محصول ، قیمت پایین محصول تمام شده و مشخصات مكانیكی یكنواخت 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 الكتریكی به كار می رود . میزان مصرف اروپا در سال 1999 معادل 82 هزار تن  تابلوهای برق ، قطعات الكتریكی ، محفظه چراغ بزرگراه و اتوبان بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع الكتریكی ، نارسانایی الكتریكی ، پایداری در حرارت بالا ، عدم نیاز به رنگ آمیزی ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی ، مقاومت مكانیكی زیاد ، مقاومت شیمیایی ، پایداری ابعادی ، قابلیت بازیافت و آزادی عمل در طراحی است .

این روش در صنعت حمل و نقل نیز كاربردهای فراوانی دارد . میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 67 هزار تن شامل بدنه خودرو ، قطعات با استحكام زیاد ، بدنه قطارهای سریع السیر ، قطعات كامیون و اتوبوس  بوده است . علت استفاده از SMCدر صنایع حمل و نقل وزن كم محصول ، پایداری ابعادی ، آزادی عمل در طراحی ، توانایی تولید قطعه با كیفیت سطحی A ، هزینه كم 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 كار گرفته شده است . به طوری كه 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 تركیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه است كه طول الیاف در آن 6 میلی متر 12-4 میلی متر و میزان الیاف در خمیر بین ده تا حداكثر بیست درصد است . فرآیند تولید قطعه BMCشامل سه مرحله است . تهیه خمیر BMC ، تولید قطعه قالب گیری  و عملیات تكمیلی . تهیه خمیر BMC بدین شكل است كه ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط كن با دور بالا مخلوط و پس از این كه خمیر به دست آمده به گرانروی مناسب رسید به مخلوط كن دیگری از نوع دو باز و با تیغه Z پمپ می شود . سپس به آن غلیظ كننده 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 . تكه 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 هیدرولیك 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 الكتریسیته یا روغن .

     مزایای این روش عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امكان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با كیفیت سطحی A ، هزینه بسیار كم نیروی انسانی به ازای واحد محصول و بهای كم 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 تركیبی از خانواده گرمانرم های معمولا ً پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه اند كه در آن الیاف شیشه به صورت مت یا تك 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 تكمیلی . در این روش یك blank GMT  گرمانرم PP درون كوره 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 یك مرحله ، قطعه تولید می شود .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیك با قابلیت Close speed در دو مرحله  مرحله اول mm/s 500-200 ، مرحله دومmm/s 20-10  و قابلیت اعمال فشار دریك مرحله ، قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت و كوره از نوع هوای گرم یا مادون قرمز .

مزایای روش GMT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امكان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار كم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت متوسط محصول و امكان استفاده از ربات جهت اتوماسیون كامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با كیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

   4- روش تولید LFT

 روش های مختلفی وجود دارد كه اساس همگی آنها تركیب زمینه پلی پروپیلن یا انواع دیگر گرمانرم ها  با الیاف شیشه بلند درون اكسترو 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 یك مرحله است .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : اكسترودر ، پرس هیدرولیك و قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت .

مزایای روش LFT عبارتند از: تولید در حجم زیاد ، امكان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار كم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت كم محصول ، امكان استفاده از ربات جهت اتوماسیون كامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با كیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

5- روش تولید RTM

تزریق رزین به داخل یك قالب بسته- تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از : قالب بسته  معمولا ً از جنس كامپوزیت  ، دستگاه تزریق رزین ، دستگاه خلأ ، بالابر و لوازم مناسب برش و یا شكل دهی الیاف .

از مزایای روش آر تی ام می توان به ساخت قطعات با ابعاد بزرگ، نیاز به سرمایه گذاری اولیه كم قالب و تجهیزات، قابلیت تولید قطعه با كیفیت سطحی بالا و مشخصات مكانیكی 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 كرد .