کامپوزیت ها

با نام و یاد اوکه یار‌ي‌گر مطلق است
طراحان و مهندسان مواد کامپوزیتی را در جهت تولید موادی با قیمت ارزان و با استحکام بیشتر و وزن کمتر نسبت به سایر سازه‌ها بهتر ومناسبتر ی‌ندارند .
در زندگی روزمره محصولات فراوانی که ما از آنها بهره می‌جوییم همچون قایقها و چوبهای اسکی و گلف و حتی آن چیزهایی که زیاد در موردشان اطلاعات نداریم همچون صنعت هوا و فضا و صنایع نظامی از کامپوزیتها بهره فراوان می برند. کامپوزیتها به مواد چند سازه ترجمه شده است.
در حدود ۹۰% كامپوزيتهاي توليد شده از الياف شيشه و رزين پلي‌استر و وينيل استر استفاده مي شود. ۶۵% كامپوزيتها با استفاده از روش قالبگيري باز ساخته مي‌شوند و۳۵% باقيمانده با استفاده از روشهاي قالبگيري بسته يا پيوسته توليد مي‌شوند.

كامپوزيتها به طور گسترده‌اي به عنوان پلاستيك‌هاي تقويت شده (Reinforced Plastics) شناخته مي شوند. به طور ويژه، كامپوزيتها، الياف تقويت كننده‌اي در ماتريس پليمري هستند.
غالبا، الياف تقويت كننده، فايبر گلاس (Fiber Glass) مي باشند گرچه اليافي با استحكام بالا نظير آراميد (Aramid) و كربن (Carbon) در كاربردهاي پيشرفته به كار برده مي شوند.

ماتريس پليمري (Ppolymer Matrix) رزين ترموستي (Thermoset Resin) نظير پلي استر، مينيل استر و رزينهاي اپاكسي به عنوان ماتريس انتخابي مي‌باشند. رزينهاي خاصي نظير فنوليك، پلي اوره تان و سيليكون براي كاربردهاي ويژه استفاده مي شوند. اغلب پلاستيك خانگي، نظير پلي اتيلن، اكريليك، نايلون و پلي استيرن به عنوان ترموپلاستيك‌ها شناخته مي‌شوند. اين ماده مي‌توانند حرارت ديده و شكل بگيرند و يا دوباره حرارت ديدن مجدداَ به حالت مايع برگردند. كامپوزيتها معمولا از رزينهاي ترموستي كه ابتدا به صورت پليمرهاي مايع مي باشند استفاده مي كنند ودر حين فرايند قالبگيري به شكل جامد تبديل مي شوند . اين فرايند به عنوان اتصال مقاطع كه غير قابل بازگشت مي باشد شناخته مي شود .به اين دليل، در مواد كامپوزيت، مقاومت شيميايي وحرارتي وخاص

فيزيكي دوام سازه اي شان نسبت به ترموپلاستيكها افزايش يافته است به دليل فوايد مواد كامپوزيت، رشد كاربردهاي جديد در بازارهاي نظير حمل و نقل، ساختمان، مقاومت به خوردگي، سازه هاي در يايي، سازه هاي خيلي قوي ،محصولات مصرفي، وسايل برقي ،هواپيما وهوافضا، وسايل وتجهيزات تجاري در حال تقويت است. مزاياي استفاده از مواد كامپوزيت عبارتند از:

 

استحكام بالا
مواد كامپوزيت براي نيازهاي استحكامي خاص در يك كار برد مي توانند طراحي شوند . مزيت بارز كامپوزيتها نسبت به ساير مواد ، توانايي استفاده كردن از تعداد زيادي از تركيبهاي رزينها و تقويت كننده‌ها وبنا بر اين رسيدن به خواست مشتري از نظرخواص مكانيكي وفيزيكي سازه مي باشد.
سبكي

كامپوزيتها، موادي را ارائه مي دهند كه مي توانند براي هم استحكام بالا وهم وزن كم طراحي شوند. در حقيقت كامپوزيتها جهت توليد سازه هايي با بالاترين نسبت استحكام به وزن شناخته شده براي بشر به كار برده مي‌شوند.

مقاومت به خوردگي
كامپوزيتها، مقاومت طولاني مدتي را در كار در محيطهاي شيميايي و دمايي ارائه مي دهند .كامپوزيتها موادي منتخب براي قطعاتي كه در معرض محيطهاي باز، كاربردهاي شيميايي وديگر شرايط محيطي مي باشند هستند.

 

انعطاف پذيري طراحي
كامپوزيتها نسبت به ديگر مواد اين مزيت را دارند كه مي توانند با شكلهاي پيچيده نسبت به هزينه كم، قالبگيري شوند. انعطاف پذيري در ايجاد شكلهاي پيچيده ، به طراحان آزادي عمل مي دهد كه نشاني از موفقيت كامپوزيتهاست.

بادوام بودن
سازه هاي كامپوزيتي عمري با دوام طولاني را دارا هستند. اين خصوصيت با حداقل نيازمندي هاي تعمير ونگهداري توام گشته است . طول عمر كامپوزيتها در كاربردهاي حساس مزيت به شمار مي رود. در نيم قرن توسعه كامپوزيتها ، سازه هاي كامپوزيتي به گونه اي خوب طراحي شده اند كه هنوز كاملا فرسوده نشده اند . امروزه توسعه صنعت كامپوزيت ها به عنوان يك ارائه دهنده اصلي مواد به رشد خود ادامه مي دهد به صورتي كه بيشتر طراحان ، مهندسين وسازندگان ، از مزاياي اين مواد همه كاره مطلع شده اند.

 

تاريچه صنعت كامپوزيتها
استفاده از مواد كامپوزيت طبيعي ،بخشي از تكنولوژي بشر از زماني كه اولين بناهاي باستاني ، كاه براي تقويت كردن آجرهاي گلي به كار بردند بوده است .
مغولهاي قرن دوازدهم ، سلاحهاي پيشرفته اي را نسبت به زمان خودشان با تير و كمانهايي كه كوچكترين وقوي تر از ديگر وسايل مشابه بودند ساختند. اين كمانها سازه‌هاي كامپوزيتي اي كه به وسيله تركيب زردپي احشام (تاندون)، شاخ، خيزران(بامبو) و ابريشم ساخته شده بودند كه باد فلوكون طبيعي(Rosin) پيچيده مي‌شد. اين طراحان سلاحهاي قرن دوازدهم، دقيقا اصول طراحي كامپوزيت را مي‌فهميدند. اخيرا بعضي از اين قطعات موزه اي ۷۰۰ ساله كشيده وتست شدند. آنها از نظرقدرت حدود ۸۰% كمانهاي كامپوزيتي مدرن بودند. در اواخر دهه ۱۸۰۰ ، سازندگان كانو قايقهاي باريك و بدون بادبان و سکان تجربه می کردندکه با چسباندن لایه های کاغذ محکم کرافت “kraft”با نوعی لاک به نام شلاک””shellلایه گذاری کاغذی راتشکیل میدهند.

درحالیکه ایده کلی موفق بود ولی مواد به خوبی کار نمی کردند. چون مواد در دسترس ترقی نکرد این ایده محو شد. در سالهای بین ۱۸۷۰ تا۱۸۹۰ انقلابی در شیمی به وفوع پیوست.اولین رزینهای مصنوعی ساخت بشر توسعه یافت به طوری که میتوانست بوسیله پلیمریزاسیون از حالت مایع به جامدتبدیل شود. این رزینهای پلیمری ازحالت مایع به حالت جامد توسط پیوند متقاطع مولکولی تبدیل می شوند.

رزینهای مصنوعی اولیه شامل سلولویید و ملا مین و باکلیت( Bakelite) بودند. دراوایل دهه۱۹۳۰ دو شرکت شیمیا یی که روی توسعه رزینهای پلیمری فعالیت میکردندعبارت بودنداز”American Cyanamid”و “Dupont”.

درمسیر ازمایشاتشان هر دو شرکت به طور مستقل و در یک زمان به فرمول ساخت رزین پلی استر دست یافتند . هم زمان شرکت شیشه”Owens-lllinois” شروع به ساخت الیاف شیشه به همان صورت بنیادی بافت پارچه های نساجی نموند. در طی سالهای ۱۹۳۴و۱۹۳۶محققی به نام”RayGreen”دراوهایواین دومحصول جدید را ترکیب کرد وشروع به قالبگیری قایقهای کوچک نمود.این زمان را شروع کامپوزیتهای مدرن می شناسند.درحین جنگ جهانی دوم توسعه رادار

به محفظه های غیرفلزی نیاز پیدا کرد و ارتش امریکا با تعدادزیادی پروژه های تحقیقاتی تکنولوژی نوپای کامپوزیتها را توسعه بخشید. فورا به دنبال جنگ جهانی دوم کامپوزیت به عنوان یک ماده مهندسی اصلی پدیدارشد.صنعت کامپوزیت دراواخردهه ۱۹۴۰ باعلاقه شدید به آن شروع شد و به سرعت دردهه ۱۹۵۰ توسعه یافت. بیشترروشهای امروزی قالبگیری و فرآیند انجام کارروی کامپوزیتهادرسال ۱۹۵۵ گسترش یافت.

قالبگیری باز(لایه گذاری دستی) قالبگیری فشاری استفاده ازپاشش الیاف سوزنی قالبگیری به روش انتقال رزین روش فیلامنت وایدینگ استفاده ازکیسه خلاء وروش پاشش درخلاء همگی بین سالهای ۱۹۴۶ و۱۹۵۵ توسعه یافتند ودرتولیداستفاده شدند.
محصولات ساخته شده ازکامپوزیتها درطی این دوره شامل این موارد بودند: قایقها بدنه اتومبیلها “Corvette” قطعات کامیونها قطعات هواپیماها مخازن ذخیره زیرزمینی ساختمانها وبسیاری دیگرازمحصولات مشابه.
امروزه صنعت کامپوزیت به رشدخودادامه میدهد چراکه به دنبال افزایش قدرت سبکی دوام وزیبایی محصولات می باشیم.

فصل اول

فرایندهای ساخت کامپوزیتها
دوتقسیم بندی عمومی در فرایندهای ساخت کامپوزیت وجوددارد: قالبگیری باز(که گاهی قالب گیری تماسی نامیده می شود) و قالبگیری بسته. در قالبگیری باز، ژل‌کت و لایه ها در حین فرایند ساخت در معرض اتمسفر محیط می باشند . در قالبگیری بسته، کامپوزیت در یک قالب دو تکه یا درون یک کیسه خلاء ساخته می شود . روشهای ساخت متنوعی در هر یک از این دو شاخه قالبگیری بازو بسته وجود دارد.

قالبگیری باز
• لایه گذاری دستی
کاربرد دستی رزین
کار برد مکانیکی رزین
• فرایند لایه گذاری با الیاف سوزنی

روش پاشش با اسپری به صورت اتمیزه
به کار گیری غیر اتمیزه
• روش فلامنت ویندینگ
قالبگیری بسته

• قالبگیری فشاری
Sheet Molding Compound (SMC)
Bulk Molding Compound(BMC)
Thick Molding Compound (TMC)

قالبگیری فشاری به صورت لایه گذاری خیس
• کششی Pultrusion Processing
(RRIM)
• Resin Transfer Molding (RTM)
• قالبگیری تحت کیسه خلاء
لایه گذاری خیس
پری پرگ Prepreg
• فرایند تزریق در خلاء

• ریختگری گریز از مرکز
• لایه گذاری پیوسته
تقسیمات دیگری از فرایندهای قالبگیری می توانند برای مشخص کردن بیشتر تکنیکهای ساخت کامپوزیتها انجام شوند. روش دیگر از تقسیم بندی فرایندها بر اساس حجمی است که آنها تولید می شوند.
تولید در حجم کم
• قالبگیری باز
• قالبگیری تزریق در خلاء
• قالبگیری با کیسه خلاء

• قالبگیری با پری پرگ
تولید در حجم متوسط
• فیلامنت وایندینگ
• RTM
• قالبگیری فشاری با لایه گذاری خیس
• ریخته گری گریز از مرکز

تولید در حجم بالا
• قالبگیری فشاری SMC/BMC/TMC
• قالبگیری تزریقی عکس العملی تقویت کننده(RRIM)
• کششی
• لایه گذاری پیوسته

کاربردهای قالبگیری باز
فرایند قالبگیری باز، اغشته سازی الیاف تقویت کننده با رزین است، از تکنیکهای دستی با کمک غلتک زدن روی لایه ها وخارج سازی هوای حبس شده نیز استفاده می‌شود. فاکتور اصلی در این عملیات انتقال رزین از یک مخزن ذخیره به قالب است. روشهای انتقال رزین در برخی حالت ها ، فرایند ویژه‌ای را مشخص می کنند . برای مثال اگر رزینی ، با استفاده یک ظرف و قلم ومو به صورت دستی به کار برده شود ، این فرایند به عنوان لایه گذاری دستی شناخته می شود. اگر رزین با استفاده از ابزارهای پاشش الیاف سوزنی که مرسوم است به کار برده شود ، این فرایند به عنوان پاشش توسط اسپری اطلاق می شود .

در سالهای پیش ، استفاده از اسپری در دو لایه گذاری دستی و روش پاشش الیاف توسط اسپری ، تمایز این دو روش را کمی مغشوش کرده بود. اگر کسی عمل خیس کردن مواد موجود را توسط غلتک انجام دهد (مثلا الیاف سوزنی یا پارچه های کوک زده شده ) حتی با استفاده از پیستوله (برای پاشش متوازن ) باز هم این روش به روش لایه گذاری دستی اطلاق می شود . بنابر این در صورتی که به کار بردن تقویت کننده توسط دست انجام گیرد فرایند قالبگیری روش لایه گذاری دستی می باشد، در عین حالی که به کار بردن رزین به صورت اتمیزه شدن ویا اسپری باشد.

به منظور مشخص نمودن دقیق روشهایی که استفاده می شود ، تعاریف دقیقتری از فرایندها در صنعت توسعه یافته است . فرایند قالبگیری روش قرار دادن الیاف تعریف می شود (به صورت دستی یا به صورت پاششی).

روش کاربرد رزین، روشهای به کار برده شده برای انتقال رزین به قالب تعریف می شود. تعاریف رسمی برای فرایند قالبگیری باز وروشهای کاربرد آن به صورت زیر هستند:

تعاریف فرایند قالبگیری باز
فرایند لایه گذاری دستی: استفاده از تقویت کننده ها به صورت خام، نظیر پارچه‌های سوزنی ، پارچه های بافته شده یا به هم کوک زده شده، به صورتیکه به وسیله دست در محل خود قرار داده می شوند وسپس با رزین آغشته می گردند . رزین می تواند یا توسط دست یا دیگر وسایل مکانیکی به کار برده شود.
فرایند لایه گذاری پاششی: استفاده از یک وسیله پاشش الیاف سوزنی که الیاف پیوسته را که به صورت دم اسبی هستند بریده وبه تکه های سوزنی و با طول کوتاه در آورده وبا مخلوط کردن رزین والیاف که به عنوان Chop شناخته شده ، آن را روی قالب قرار می دهد. این فرایند شامل روش پاشش توسط اسپری اتمیزه شده وشبیه به کاربردن الیاف سوزنی با جریان غیر اتمیزه می باشد .
تعاریف به کار بردن رزین

کاربرد دستی رزین: انتقال دستی یک رزین ترموست از یک ظرف نگهداری به روی الیاف تقویت کننده . مخلوط کردن رزین درون ظرف به صورت دستی انجام شده واستفاده رزین روی لایه ها توسط قلم ومو، غلتک،لیسه یا امثال هم انجام می‌پذیرد.

کاربرد رزین به صورت مکانیکی: کاربرد رزین ترموست روی الیاف تقویت کننده با استفاده از یک ابزار مکانیکی.
• اسپری کردن کنترل نشده: بدون کالیبراسیون فشار پیستوله، بدون فلنجهای محدود کننده قالب ، بدون آموزشهای ویژه به اپراتور.
• اسپری کردن کنترل شده: با کالیبراسیون تایید شده فشار پیستوله، دارای فلنجهای محدود کننده قالب، با آموزشهای ویژه به اپراتور به صورت مستند ومطابق با هندبوک پاشش توسط اسپری کنترل شده CFA هر سه عامل فوق باید به صورت کاربرد کنترل شده اسپری جهت بالا بردن کیفیت موجود باشند.
• کاربرد به صورت غیر اتمیزه : شامل جریان پوشاننده ها ، جریان الیاف سوزنی آغشته شده به رزین، غلتکهای تحت فشار یا دیگر کاربردها به غیر از اسپری . توجه کنید که جریان پوشاننده ها وجریان الیاف سوزنی آغشته شده به رزین به عنوان روشهای کاربردی غیر اتمیزه شده اطلاق می شوند.

به کار بردن ژل کت: به کار بردن محصولات ژل کت با استفاده از پاشش توسط اسپری به صورت اتمیزه شده توسط روش کاربردی کنترل شده یا کنترل نشده.
• اسپری کردن کنترل نشده : بدون کالیبراسیون فشار پیستوله، بدون فلنجهای محدود کننده قالب ، بدون آموزشهای ویژه به اپراتور.
• اسپری کردن کنترل شده : با کالیبراسیون تایید شده فشار پیستوله ، دارای فلنجهای محدود کننده قالب وآموزش مستند اپراتور مطابق با هندبوک اسپری کردن کنترل شده CFA . هر سه عامل فوق باید برای بالا بردن کیفیت به عنوان کاربرد کنترل شده روش اسپری کردن موجود باشند.

روش لایه گذاری دستی
روش لایه گذاری دستی،یک روش قالبگیری باز است که برای ساخت محصولات متنوعی از کامپوزیتها ،که شامل قایقها ،مخازن ،پوشش حمامها، بوشها ،قطعات کامیونها واتومبیلها، سازه های معماری وبسیاری دیگر از محصولات در محدوده قطعات خیلی کوچک یا خیلی بزرگ است، مناسب می باشند. گرچه حجم تولید هر قالب کم است ، با افزایش قالبها می توان تعداد تولید را بالا برد.
تشریح فرایند

ژل کت ابتدا روی قالب با استفاده از پیستوله برای ایجاد سطحی با کیفیت بالا به کار برده می شود. وقتی ژل کت به اندازه کافی عمل آوری شده باشد ، تقویت کننده های فایبر گلاس را به صورت دستی روی قالب قرار می دهند. رزین لایه‌گذاری ،توسط ریختن و قلم و موزدن وغلتک زدن یا به کمک لیسه یا پاشش به وسیله اسپری استفاده می شود. غلتکهایFRP یا لیسه ها جهت توزیع رزین وآغشته‌سازی کامل الیاف تقویت کننده ونهایتا جهت خروج حبابهای حبس شده هوا استفاده می شوند. سپس لایه های مراحل بعدی جهت رساندن به ضخامت مورد نیاز به لایه های قبلی تقویت کننده اضافه می شوند. مواد ماهیچه‌ای Core با دانسیته کم ، نظیر چوب ، بالسا،فوم وهانیکوم اغلب برای بالا بردن سفتی لایه گذاری به کار برده می شوند.

قالبها
قالبهای ساده یک تکه با ساختار کامپوزیتی از جنس فایبر گلاس به طور عمومی استفاده می شوند. این قالبها در اندازه های کوچک تا بزرگ می‌توانند باشند ودر رده قالبهای کامپوزیتی ارزان قیمت می باشند.
مزیتهای اصلی
ساده ترین روش قالب سازی ، دارای هزینه کم ، فرایند ساخت ساده وپوشش دامنه وسیعی از اندازه های قطعات است . تغییرات طراحی به سادگی انجام می‌شود. حداقل سرمایه گذاری تجهیزات را می خواهد. با اپراتورهای ماهر سرعتهای خوبی از تولید را با کیفیتی خوب می توان به دست آورد.

شكل ۱-۱: روش لايه گذاری دستي

روش پاشش توسط پیستوله
روش پاشش توسط پیستوله یاChopping یک روش قالبگیری باز شبیه به روش لایه گذاری دستی است که برای ساخت قایقها ، مخازن ، قطعات وسایل حمل ونقل، وان حمام وامثال هم در اندازه ها وشکلهای متنوع ، مناسب می باشد. یک لایه‌گذاری ساخته شده از این روش انطباقی خوبی با روش دستی داشته وگاهی اوقات در قالبگيری شکلهای پیچیده از روش دستی سریعتر است . در فرایند اسپری کردن اپراتور است که ضخامت وغلظت را کنترل می کند ، بنابراین غلظت در این روش بیشتر از روش دستی به اپراتور بستگی دارد . اگر چه حجم تولید در هر قالب کم است ، تولید بیشتر ، با افزایش تعداد قالبها میسر است.

تشریح فرایند
مثل روش لایه گذاری دستی ، ژل کت ابتدا روی قالب قبل از پاشش لایه‌گذاری اصلی به کار برده می شود. الیاف ورشته های باریک وپیوسته گلاس و رزین آماده شده(مخلوط شده با هارد نر) با یکدیگر مخلوط شده وبه شکل سوزنی در آمده و از طریق پیستوله روی قالب اسپری می شوند. سپس لایه های بعدی برای رسیدن به ضخامت مورد نیاز اضافه می شوند. به همراه الیاف سوزنی ، تقویت کننده هایی به شکلهای دیگر نظیر پارچه های بافته شده یا کوک زده شده می توانند به کار برده شوند . ماهیچه نیز همچون روش دستی ، می تواند در این روش به کار برده شود.

شكل ۱-۲: روش باشش توسط بيستوله
قالبها
قالبها در اینجا هم مشابه روش دستی به کار برده می شوند. قالبهایی با ساختار کامپوزیتی از جنس فایبر گلاس به صورت یک تکه وساده عموما به کار برده می‌شوند. قالبها می توانند در محدوده خیلی کوچک تا خیلی بزرگ وبا هزینه کم از جنس قالبهای کامپوزیتی باشند.
مزیت اصلی
سادگی ، هزینه کم، فرایند ساده، تجهیزات قابل جابجایی در کارگاه ساخت، نداشتن محدودیت اندازه قطعات . این فرایند می تواند اتوماتیک بشود.

فیلامنت وایند ینگ
روش پیچاندن الیاف یک روش قالبگیری باز اتوماتیک است که از یک مدل دوار به عنوان قالب استفاده می کند. شکل قالب ، یک سطح داخلی پرداخت شده و یک سطح لایه گذاری روی قطر خارجی محصول را تولید می کند.
اين روش درجه بالايي از بارگذاري روي الياف را نتيجه مي دهد كه استحكامهاي بالاي كششي در ساخت قطعات تو خالي را ايجاد مي كند و عموما در ساخت قطعات استوانه اي شكل نظير مخازن نگهداري سوخت و مواد شيميايي، لوله‌ها، دودكشها، مخازن تحت فشار وپوسته هاي موتور راكت به كار مي رود.

تشريح فرايند
الياف پيوسته از درون يك حمام رزين تغذيه شده وبه دور مدل دوار پيچانده مي شوند. تغذيه الياف از روي يك غلتك كه به صورت عرضي درطول مدل حركت مي كند انجام مي پذيرد . الياف روي مدل هندسي از پيش تعيين شده در جهات مورد نياز خوابانده مي شوند. زماني كه لايه‌ها به اندازه كافي به كار برده شوند ، لايه گذاري روي مدل عمل آوري (Cure) مي شود . قطعه قالبگيري شده سپس از مدل جدا مي‌شود. اين روش مي تواند با روش پاشش توسط اسپري توام گردد كه به عنوان فرايند Hoop Chop معروف است.
قالبها
مدلها با اندازه وشكل مناسب از الومينيم يا فولاد ساخته شده كه سطح داخلي قطعات تو خالي را تشكيل مي دهند . برخي مدلها قابل مچاله شدن هستند تا جا سازي قطعه به سادگي انجام شود.

مزيتهاي اصلي
اين فرايند، لايه گذاري هايي با نسبت بالاي استحكام به وزن را نتيجه داده و درجه بالايي از كنترل روي يكنواختي وجهت الياف را ارائه مي دهد. سازه هاي ساخته شده با اين روش مي توانند به دقت ماشينكاري شوند . چون اين فرايند به صورت اتوماتيك انجام مي شود، فاكتور كارگر براي اين روش (F.W) كمتر از روشهاي ديگر قالبگيري باز نقش دارد .

شكل ۱-۳: فیلامنت وایند ینگ

قالبگيري فشاري
قالبگيري فشاري يك روش تحت فشار وبا حجم بالاي توليد است كه براي قالبگيري شكلهاي پيچيده قطعات پلاستيك تقويت شده با فايبر گلاس در يك سيكل عمل آوري سريع مناسب مي باشد. چندين نوع قالبگيري فشاري وجود دارند كه عبارتند از:TMC,BMC,SMC وقالبگيري تحت فشار با لايه گذاري خيس. قالبگيري فشاري از قالبهاي فلزي با دماي بالا، كه درون پرسهاي بزرگ نصب شده اند استفاده ميكند.
تشريح فرايند
مجموعه قالب در يك پرس قالبگيري مكانيكي يا هيدروليكي نصب مي‌شود. قالبها بين ۲۵۰تا۴۰۰ درجه فارنهايت گرم مي شوند. هزينه سنگيني نسبت به روش قالبگيري باز در اين روش بايد در نظر گرفته شود. دو تكه قالب بسته شده و فشاري بين ۲۵۰psi تا۳۰۰۰psi به كار برده مي شود. بسته به ضخامت، اندازه و شكل قطعه ، سيكلهاي عمل آوري از كمتر از يك دقيقه تا پنج دقيقه تغيير مي كند . قالب باز شده و قطعه نهايي برداشته مي شود. قطعاتي از اين نوع شامل قطعات اتومبيل، بدنه وسايل و قطعات سازه‌اي، وسايل خانگي، قطعات برقي، قطعات و پوسته ماشينهاي اداري مي باشند.
قالبها
قالب معمولا به صورت قالب فلزي فولادي يا چدني ماشينكاري شده است كه مي تواند يك يا چند تكه باشد. قالبهاي فولادي سخت كاري مي‌شوند وگاهي جهت بالا بردن دوامشان با كرم روكش داده مي شوند. ماهيچه هاي كناري ، محلهايي براي ورود و ديگر چيزهاي مورد نياز اغلب به كار برده مي شوند. مواد قالبها شامل فولاد ريختگي فورج شده ، چدن و الومينيم ريختگي مي باشند . قالبهاي فلزي دو تكه ، مي توانند ۵۰ برابر قالبهاي باز FRP هزينه بردارند وهزينه قالب سازي بين ۵۰ هزار دلار تا ۵۰۰ هزار دلار غير عادي نيست.
مزيتهاي اصلي
قالبگيري فشاري سيكلهاي قالبگيري سريع و يكنواخت بالايي در قطعات را توليد مي كند . فرايند مي تواند اتوماتيك شود. انعطاف پذيري خوب طراحي قطعه و مشخصه هايي نظير زبانه، پره ها، برجستگيها وديگر ملحقات مي توانند در قالبگيري ايجاد شوند. سطوح خوب قطعات تمام شده بدست آمده وهزينه قطعه تمام شده پايين مي باشد . عمليات برشهاي نهايي وماشينكاري در قالبگيري فشاري به حداقل مي رسد. هزينه كارگري بسيار پايين مي باشند.

شكل ۱-۴

روش كششي
روش كششي كه يك فرايند پيوسته است براي ساخت قطعاتي كه داراي سطح مقطع ثابت هستند نظير ميلگرد ،شكلهاي سازه اي ، تيرها، كانالها، لوله، تيوپ، چوبهاي ماهي گيري وچوبهاي گلف ، مناسب است. روش كششي، پروفيلهايي با تحمل بار گذاريهاي بسيار زياد روي الياف را توليد مي كند بنابر اين قطعات ساخته شده از اين روش داراي خواص سازه اي بالايي هستند.

شكل ۱-۵: روش كششي
تشريح فرايند
الياف رشته اي فايبر گلاسي به صورت پيوسته،پارچه هاي حصيري يا به صورت پرده اي در حمام رزين اغشته مي شوند وسپس از درون قالبي فولادي توسط يك مكانيزم قوي كششي به بيرون كشيده مي شوند. قالب فولادي به تقويت كننده ها آغشته شده به رزين شكل داده ونسبت رزين به الياف را كنترل مي كند . اين قالب جهت سرعت دادن به عمل آوري رزين ، گرم مي شوند. تعدادي قلاب از سر رشته ها بر روي يك چنگك متصل شده اند وسري پيچيده اي از وسايل كششي و هدايت كننده به رشته ها ،جهت وارد شدن به قالب ،جهت مي دهد .
قالبها
قالبهاي فولادي سخت شده ،ماشينكاري مي شوند وشامل محفظه اي جهت شكل دادن اوليه به الياف آغشته شده به رزين مي باشند. قالبها شامل بخشهاي گرمايشي هستند كه مي توانند به صورت الكتريكي يا با روغن داغ شوند. آخرين تكنولوژي كششي در قالبهاي رزين مستقيم به كار رفته است كه در آن به جاي اينكه الياف از حمام رزين در خارج از قالب عبور كنند رزين به داخل قالب تزريق مي‌شود.
مزيتهاي اصلي
اين فرايند عمليات پيوسته اي است كه مي تواند به سادگي اتوماتيك شود . با اين روش مي توان هم شكلهاي ساده وهم شكلهايي با سطح مقطع پيچيده را توليد نمود . به دليل بار گذاري روي الياف. استحكام‌هاي خيلي زياد،قابل دستيابي بوده و هزينه هاي كارگري نيز پايين مي باشد.

قالبگيري با كيسه خلاء
خواص مكانيكي قطعات ايجاد شده در قالب باز با استفاده از كيسه خلاء مي‌تواند بهبود يابد . با كاهش فشار درون كيسه خلاء ،فشار اتمسفري خارج آن ،نيرويي را روي كيسه اعمال مي كند . فشار روي لايه‌ها، هواي حبس شده ورزين اضافي را بيرون رانده ولايه ها را متراكم ميكند .از اين رو درصد بيشتري از لايه ها تقويت كننده نسبت به رزين در قطعه حاصل مي شود . به علاوه، استفاده از اين روش ، انتشار گازهاي استيرن را كاهش مي دهد. كيسه خلاء مي تواند در روشهاي لايه‌گذاري خيس وكامپوزيتهاي پيشرفته با پري پرگ استفاده شود . در روش لايه‌گذاري با كيسه خلاء ،لايه هاي تقويت كننده با استفاده از روش لايه گذاري دستي آغشته مي شوند. سپس كيسه خلاء روي قالب نصب مي‌شود تالايه ها را متراكم نموده وحفره هاي هوايي را خارج سازد .
در كامپوزيتهاي قالبگيري شده باپري پرگ روي قالب خوابانده مي‌شود. سپس كيسه خلاءروي آن نصب شده وقالبگرم مي شود يا قالب را درون اتوكلاوي كه درون آن هم حرارت وهم فشاري بيش از فشار اتمسفر به كار مي رود قرار مي‌دهند. روش اتوكلاو – كيسه خلاء – پري پرگ بيشتر براي ساخت محصولات نظامي وهواپيمايي كامپوزيتي پيشرفته استفاده مي شود .
تشريح فرايند
در ساده ترين شكل استفاده از كيسه خلاء، يك فيلم انعطاف پذير (PVA، نايلون، مايلاريا پلي اتيلن ) روي لايه هاي خيس قرار داده ميشود و سپس لبه ها آب بندي شده وخلاء ايجاد مي شود. در شكل پيشرفته تر استفاده از اين روش، فيلم جدا كننده اي روي لايه ها قرار داده مي شود و سپس لايه اي به نام بليدر (Bleeder) از جنس پارچه فايبر گلاس، نايلون ساده ،پارچه پلي استر يا ديگر موادي كه رزين اضافي را از لايه ها به خود جذب مي كنند روي ان قرار داده مي شود. سپس يك لايه بريدر (Breeder) روي لايه بليدر قرار مي گيرد وكيسه خلاء روي كل مجموعه نصب مي شود . ايجاد خلاء درون كيسه ، باعث اعمال فشار اتمسفري روي لايه گذاري وخروج هواي محبوس ورزين اضافي از لايه مي شود. فشار اضافي فشردگي بيشتر الياف وچسبندگي بهتر وبيشتر بين لايه‌ها را در ساختار هاي ساندويچي ، ايجاد مي كند . وقتي خواباندن صفحات فومPVC يا چوب بالسا به داخل يك قالب مادگي انجام مي شود، استفاده از كيسه خلاء ، تكنيك انتخابي جهت مطمئن شدن از اتصال ثانويه ماهيچه به لايه گذاري خارجي مي باشد.

شكل ۱-۶: روش استفاده از كيسه خلاء
قالبها
قالبها نظير انچه در فرايندهاي مرسوم قالبگيري باز به كار ميروند مي باشند.
مزيتهاي خاص

فرايند قالبگيري با استفاده از كيسه خلاء مي تواند يك لايه گذاري با درجه يكنواختي قطعه ايجاد كند در حالي كه ،همزمان هواي حبس شده خارج وبنابراين درصد حجمي حفره هاي موجود در قطعه تمام شده كاهش مي يابد. سازه هاي ساخته شده با تكنيك مرسوم لايه گذاري دستي مي تواند رزين زيادي در قطعه ايجاد كند كه با كمك كيسه خلاء اين مشكل مرتفع مي گردد .علاوه بر اين خشك شدن كامل الياف مي‌تواند در صورتي كه فرايند به طور صحيح انجام شود تكميل گردد . بهبود اتصال لا يه ها به ماهيچه در استفاده از كيسه خلاء ممكن مي شود .

فرايند تزريق در خلاء
اين روش ،نوع ديگري از به كار گيري كيسه خلاء است كه بعد از اين كه خلاء ايجاد شد والياف متراكم شدند رزين به داخل الياف تزريق مي‌شود . تقويت كننده و ماهيچه به صورت خشك درقالب خوابانده مي‌شوند. اين كار دستي انجام مي‌شود و فرصتي را ايجاد مي كند تادقيقا تقويت كننده در جاي مناسب قرار گيرد . آنگاه رزين به داخل قالب ولايه‌ها كه قبلا فشرده شده اند كشيده مي شود ، بنابراين جايي براي رزين اضافي وجود نخواهد داشت . نسبتهاي خيلي بالاي گلاس به رزين با اين روش امكان پذير بوده وخواص مكانيكي لايه گذاري بسيار عالي مي‌باشند. اين روش براي قالبگيري سازه هاي خيلي بزرگ مناسب بوده و به عنوان يك فرايند قالبگيري با حجم كم در نظر گرفته مي شود .

تشريح فرايند
قالب مي تواند به طريقه مرسوم با ژل كت پوشانده شود. بعد از اينكه ژل كت خشك شد ،الياف تقويت كننده به صورت خشك در قالب قرار مي گيرد . اين شامل همه لايه ها وماهيچه ها ، در صورت نياز، مي‌شود. يك فيلم جدا كننده سوراخ دار روي تقويت كننده خشك قرار داده مي شود. بعدا يك لايه متخلخل با دانه بندي درشت روي آن قرار گرفته وتيوب سوراخ داري به عنوان مجراي توزيع رزين روي لايه ها قرار داده مي شود . آنگاه كيسه خلاء قرار داده شده و دور تا دور قالب آب بندي مي شود . يك تيوب بين كيسه خلاء وظرف رزين متصل مي‌شود . خلاء براي انجام كار روي لايه گذاري ايجاد شده ورزين به داخل قالب كشيده مي شود.
قالبها
قالبها، مشابه فرايندهاي مرسوم قالبگيري باز مي باشند.
مزيتهاي اصلي
اين روش مي تواند لايه گذاري ايجاد كند كه درجه يكنواختي خوبي داشته و سازه هائي با استحكام بالا وسبكي را ايجاد كند. اين فرايند از هزينه پايين قالبگيري باز بر خوردار بوده وبه حداقل تجهيزات نياز دارد.
سازه هاي خيلي بزرگ با اين روش مي توانند ساخته شوند. روش تزريق در خلاء كاهش انتشار گازها رادر مقايسه با ديگر روشهاي قالبگيري باز، در بردارد.

شكل ۱-۷: فرايند تزريق در خلاء
قالبگيري به روش انتقال رزين ( RTM)
روش قالبگيري با انتقال رزين يك فرايند قالبگيري با حجم متوسط براي توليد قطعات كامپوزيتي است فرايند RTM به وسيله رزين تزريقي تحت فشار به داخل محفظه قالب انجام مي شود . RTM مي تواند تنوع وسيعي از قالبگيري در محدوده قالبهاي كامپوزيتي كم هزينه تا قالبهاي فلزي كنترل كننده دما را شامل باشد . اين فرايند ميتواند اتوماتيك شود وقادر به توليد سيكلهاي سريع زماني مي‌باشد . توام نمودن وكيوم مي‌تواند در جهت بالا بردن ميزان دبي جريان رزين به داخل قالب به كار برده شود.
• اگر فشار در قالب بيش از فشار اتمسفر باشد، قالبگيري با انتقال رزين بكار مي‌رود.
• اگر فشار در قالب كمتر از فشار اتمسفر باشد،‌ فرآيند تزريق در خلاء بكار برده مي‌شود.
تشريح فرايند
روي قالب در صورت نياز طبق روشهاي مرسوم ، ژل كت زده مي‌شود. تقويت كننده (وماهيچه) در محل خود در درون قالب قرار داده مي شود و قالب بسته شده و محكم مي شود . رزين تحت قشار با استفاده از كنترل ميزان تزريق به داخل قالب تزريق شده و قطعه در داخل قالب عمل آوري مي شود . تقويت كننده مي‌تواند يا به صورت شكل گفته شده از قبل ويا به صورت برش از روي الگو باشد . آنهايي كه به صورت شكل گرفته شده از پيش هستند در يك فرايند جداگانه شكل مورد نظر را به خود گرفته ومي توانند خيلي سريع در قالب جاي گيرند .
RTM مي تواند در دماي اتاق انجام شود . هر چند قالبهاي حرارت داده شده براي اجرا سيكلهاي سريع واستحكام بالا مورد نياز مي باشد بستن دو قالب مي تواند با بستن دور تا دور قالب يا بستن توسط پرس صورت گيرد.
قالبها
در RTM هم قالبهاي سخت وهم قالبهاي نرم را مي توان به كار برد كه به انتظار ما از ميزان استفاده آن بستگي دارد . قالب نرم مي تواند قالبهاي اپاكسي يا پلي استر باشد در حالي كه قالب سخت مي تواند شامل قالبهاي فولادي ماشين كاري شده يا قالبهاي آلومينيم ماشين كاري شده يا پوسته نيكلي توليد شده از الكتروفورمينگ باشد. RTM اين مزيت را نسبت به هر فرايند توليد كامپوزيتي دارد كه وسيعترين دامنه قالب را به خود اختصاص مي دهد.
مزيتهاي اصلي