فرآیندهای شکل دهی کامپوزیت ها- رشته پیچی
رشته پیچی یک روش ساده و کارا برای تولید قطعات مدور مانند لوله و ظروف استوانهای در اندازههای مختلف میباشد. قطعات با قطر mm 25 تا m 6 در این فرآیند متداول میباشد. در این فرآیند الیاف رشته ای یا نوارهای پیوسته الیاف با شرایط کنترل شده روی یک مغزی پیچیده میشوند. لایهها با یک طرح یکسان و یا متفاوت پیچیده میشوند. به هنگام پیچش الیاف، کشش الیاف بین لایههای پخت نشده کامپوزیت فشار ایجاد میکند. این فشار بر فشردگی الیاف و درصد حباب هوا در قطعه- که کنترل کننده استحکام و سفتی قطعه میباشد- مؤثر است. رزین ممکن است قبل، به هنگام و بعد از پیچش روی الیاف اعمال شود. در نهایت رزین در دمای محیط و یا دمای بالاتر و بدون اعمال فشار پخت شده، مغزی از درون آن بیرون کشیده میشود. عملیات تکمیلی مانند ماشین کاری و سنباده زنی معمولاً احتیاج نیست.
چرخه تولید کامپوزیتهای رشته پیچی شده را میتوان به مراحل ذیل تقسیم نمود:
– پیچش قطعه روی مغزی
– حرارت دهی و پخت رزین که منجر به شکلگیری قطعه میشود.
– سرد کردن قطعه
– بیرون کشیدن قطعه از مغزی
در ابتدا فقط از الیاف شیشه به عنوان تقویت کننده در این فرآیند استفاده میشد ولی امروزه برای قطعات با استحکام بالا از الیاف کربن و برای قطعات چقرمه و سبک از الیاف آرامید استفاده میشود. این الیاف به شکلهای فیلامنت تنها، رشتهای، پارچه و نوارهای بافته و نبافته میتوانند استفاده شوند.
پلی استرها و وینیل استرها بدلیل قیمت پایین، خواص خوب مکانیکی و شیمیایی، بسیار مورد استفاده قرار میگیرند. در برخی قطعات نظامی و هوافضایی از رزین اپوکسی استفاده میشود. سیلیکونها، فنولیکها و پلی ایمیدها محدود به کاربرد ویژه الکتریکی یا دمای بالا میباشند.
انتخاب یک رزین خاص در یک سیستم مشخص بستگی به شرایط فرآیند، الزامات پخت و خواص فیزیکی مورد نظر دارد. ویسکوزیته و تاریخ مصرف سیستمهای مخلوط با کاتالیست از نظر فرآیندی دارای اهمیت فراوانی است. زمان ژل شدن و رفتار جریان نیز متغیرهای مهمی محسوب میشوند. برای خیس خوردگی الیاف و خروج هوای محبوس، ویسکوزیته پایین رزین الزامی است.
اگرچه رزینهای گرماسخت در فرآیند رشته پیچی متداول هستند، ولی تحقیق و توسعه در بکارگیری ماتریسهای گرمانرم نیز در این فرآیند پیشرفتهای خوبی داشته است و قطعات حاصله خواص ممتازی از خود نشان دادهاند.
عمدهترین عوامل مؤثر بر خواص قطعات تهیه شده به روش رشته پیچی عبارت است از:
– درصد رزین و توزیع آن
– کشش به هنگام پیچش الیاف
– شرایط الیاف آغشته شده
– پهنای نوار الیاف مورد استفاده
– آرایش الیاف
– سیکل پخت
جدا کردن تأثیر هرکدام از عوامل فوق دشوار است و به هم مربوط میباشند. از جمله نقایص یا ضعفهایی که در قطعه به چشم میخورد میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:
حباب هوا، نقاط خشک، نقاط آکنده از رزین، شکست زودهنگام، نواحی شکست موضعی پخت ناقص یا ناهمگون.
درصد رزین و توزیع آن برای کنترل وزن و ضخامت اهمیت فراوانی دارد. اکثر قطعات هوافضا دارای تلورانس وزنی ۲% میباشند. از نظر استحکام تغییرات مفرط درصد رزین، موجب ناهمگونی توزیع تنش و شروع شکست میشود. درصد رزین به کششِ هنگام پیچش بسیار وابسته است. جریان رزین حاصل از فشار الیاف، جهت خارج کردن حبابهای هوا و سایر مواد فرار سودمند است ولی کشش به هنگام پیچش یک متغیر حساس در کنترل و کاهش مقدار حبابهاست. حبابهای اضافی موجب کاهش استحکام برشی بین لایهای و افت استحکام فشاری و مقاومت در برابر خمش و شکم دادن میشود.
دما، رطوبت، شرایط آب و هوایی، پیری و سایر شرایط محیطی بر خواص کامپوزیتهای رشته پیچی شده تأثیر میگذارند. تأثیر این عوامل همانند تأثیر بر قطعات کامپوزیتی تهیه شده با سایر روشها، میباشد. مسئلهای که وجود دارد این است که پایین بودن درصد رزین در کامپوزیتهای رشته پیچی شده، موجب میشود که آنها برای نفوذ رطوبت و تخریب در محیطهای شدیداً مرطوب مستعدتر شوند. تأثیر منفی دورههای گرما-رطوبت میتواند با استفاده از رزینهای کاراتر در لایههای آخر به حداقل برسد.
قطعات رشته پیچی شده از نظر کمیت هم در صنایع هوافضا و هم کاربردهای تجاری، اهمیت قابل توجهی دارند. البته تکنولوژی پیچش و طراحی در این دو زمینه متفاوت است زیرا کاراییهای مورد نظر متفاوت میباشد.
تکنولوژی پیچش در صنایع هوافضا بسیار ویژه و طراحی شده برای کارهای خاص و با قیمتهای بالاتر میباشد. عمده تلاشها در راستای بکارگیری این تکنولوژی در ساخت بدنه موتور راکتها، مخازن تحت فشار، لولههای شلیک موشک و ملخ هلی کوپتر بوده است. در آنجا نسبت استحکام به دانسیته بیشترین اهمیت را داراست و هدف این است که الیاف در جهت نیروی اعمالی آرایش داده شوند. از سوی دیگر در بخش تجاری نگاهها بسوی کاهش قیمت تولید و استحکام متوسط میباشد. سیستم الیاف شیشه – رزین پلی استر به همراه تجهیزات ساده پیچش، برای سرعت بالای تولید و قیمت پایین با موفقیت بکار گرفته شدهاند. برای تانکهای ذخیره سازی، لولههای انتقال مواد مورد مصرف در صنایع شیمیایی، فنرها، محور خودرو و پرههای توربین بادی از مواد مقاوم شیمیایی و گریدهای الکتریکی استفاده میشود.
ارسال نظر شما
انتشار یافته : ۰ در انتظار بررسی : 5