تتوفر مجموعة واسعة من المواد الخام للمركبات، بما في ذلك الراتنجات والألياف والمواد الأساسية، ولكل مادة خصائصها الفريدة من حيث القوة والصلابة والمتانة والاستقرار الحراري، مع اختلاف في التكاليف والإنتاجية. ومع ذلك، فإن الأداء النهائي للمادة المركبة ككل لا يقتصر على مصفوفة الراتنج والألياف (وكذلك المادة الأساسية في هيكل المادة الساندويتش)، بل يرتبط أيضًا ارتباطًا وثيقًا بطريقة تصميم وعملية تصنيع المواد في الهيكل. في هذه الورقة، سنقدم طرق التصنيع الشائعة للمواد المركبة، والعوامل الرئيسية المؤثرة في كل طريقة، وكيفية اختيار المواد الخام للعمليات المختلفة.
صب الرش
1، وصف الطريقة: يتم رش مادة تقوية الألياف المختصرة ونظام الراتنج في نفس الوقت في القالب، ثم يتم معالجتها تحت الضغط الجوي في منتجات مركبة بالحرارة لعملية التشكيل.
2. اختيار المواد:
الراتنج: البوليستر بشكل أساسي
الألياف: خيوط ألياف زجاجية خشنة
المواد الأساسية: لا يوجد، يجب دمجها مع الخشب الرقائقي وحده
3. المزايا الرئيسية:
1) تاريخ طويل من الحرفية
2) تكلفة منخفضة، وتركيب سريع للألياف والراتنج
3) تكلفة العفن منخفضة
4- العيوب الرئيسية:
1) الخشب الرقائقي سهل تشكيل منطقة غنية بالراتنج ووزن مرتفع
2) لا يمكن استخدام سوى الألياف القصيرة، مما يحد بشكل خطير من الخصائص الميكانيكية للخشب الرقائقي.
3) لتسهيل عملية الرش، يجب أن تكون لزوجة الراتينج منخفضة بدرجة كافية، مما يؤدي إلى فقدان الخصائص الميكانيكية والحرارية للمادة المركبة.
4) إن المحتوى العالي من مادة الستيرين في راتينج الرش يعني وجود خطر محتمل كبير على المشغل، كما أن اللزوجة المنخفضة تعني أن الراتنج يمكن أن يخترق بسهولة ملابس عمل الموظف ويتلامس مباشرة مع الجلد.
5) من الصعب تلبية تركيز مادة الستيرين المتطايرة في الهواء للمتطلبات القانونية.
5. التطبيقات النموذجية:
أسوار بسيطة، وألواح هيكلية منخفضة التحميل مثل هياكل السيارات القابلة للتحويل، وأغطية الشاحنات، وأحواض الاستحمام والقوارب الصغيرة.
قوالب يدوية الصنع
١. وصف الطريقة: يُرشَّح الراتنج يدويًا داخل الألياف، ويمكن نسج الألياف، أو جدلها، أو خياطتها، أو ربطها، وغيرها من طرق التعزيز. عادةً ما يُنفَّذ التشكيل اليدوي باستخدام بكرات أو فرش، ثم يُضغط الراتنج بأسطوانة غراء لاختراق الألياف. يُوضَع الخشب الرقائقي تحت ضغط عادي حتى يجف.
2. اختيار المواد:
الراتنج: لا يوجد متطلبات، الإيبوكسي، البوليستر، إستر البولي إيثيلين، الراتنجات الفينولية متوفرة
الألياف: لا توجد متطلبات، ولكن الوزن الأساسي للألياف الأراميد الأكبر حجمًا يصعب اختراقه من خلال الألياف الموضوعة يدويًا
المواد الأساسية: لا يوجد متطلبات
3. المزايا الرئيسية:
1) تاريخ طويل من التكنولوجيا
2) سهلة التعلم
3) تكلفة القالب منخفضة إذا تم استخدام راتنج المعالجة في درجة حرارة الغرفة
4) اختيار واسع من المواد والموردين
5) محتوى عالي من الألياف، يتم استخدام ألياف أطول من عملية الرش
4. العيوب الرئيسية:
1) خلط الراتينج ومحتوى راتنج الصفائح وجودته يرتبطان ارتباطًا وثيقًا بكفاءة المشغل، ومن الصعب الحصول على محتوى راتينج منخفض ومسامية منخفضة للصفائح
2) مخاطر الصحة والسلامة على الراتنج، كلما انخفض الوزن الجزيئي للراتنج الموضوع يدويًا، زاد التهديد الصحي المحتمل، كما أن اللزوجة المنخفضة تعني أن الراتنج أكثر عرضة لاختراق ملابس عمل الموظفين وبالتالي يتلامس مباشرة مع الجلد.
3) إذا لم يتم تركيب تهوية جيدة، فإن تركيز الستايرين المتبخر من إسترات البوليستر والبولي إيثيلين في الهواء يصعب أن يلبي المتطلبات القانونية
4) يجب أن تكون لزوجة راتنج العجينة اليدوية منخفضة جدًا، لذا يجب أن يكون محتوى الستايرين أو المذيبات الأخرى مرتفعًا، وبالتالي فقدان الخصائص الميكانيكية / الحرارية للمادة المركبة.
5) التطبيقات النموذجية: شفرات توربينات الرياح القياسية، والقوارب المنتجة بكميات كبيرة، والنماذج المعمارية.
عملية التعبئة في أكياس مفرغة من الهواء
1. وصف الطريقة: عملية التعبئة الفراغية هي امتداد لعملية وضع اليد أعلاه، أي سد طبقة من الفيلم البلاستيكي على القالب سيتم وضع الخشب الرقائقي يدويًا في الفراغ، وتطبيق الضغط الجوي على الخشب الرقائقي لتحقيق تأثير الاستنفاد والتضييق، من أجل تحسين جودة المواد المركبة.
2. اختيار المواد:
الراتنج: يتكون بشكل أساسي من راتنجات الإيبوكسي والفينول، ولا ينطبق عليه الإستر القائم على البوليستر والبولي إيثيلين، لأنه يحتوي على مادة الستيرين، والتطاير في مضخة التفريغ
الألياف: لا يوجد متطلب، حتى لو كان الوزن الأساسي للألياف الأكبر حجمًا يمكن أن يتسرب تحت الضغط
المواد الأساسية: لا يوجد متطلبات
3. المزايا الرئيسية:
1) يمكن تحقيق محتوى ألياف أعلى من عملية وضع اليد القياسية
2) نسبة الفراغ أقل من عملية وضع اليد القياسية.
3) تحت الضغط السلبي، يتدفق الراتينج بشكل كافٍ لتحسين درجة تسلل الألياف، وبطبيعة الحال، سيتم امتصاص جزء من الراتينج بواسطة المواد الاستهلاكية الفراغية
4) الصحة والسلامة: يمكن لعملية التعبئة المفرغة من الهواء أن تقلل من إطلاق المواد المتطايرة أثناء عملية المعالجة
4. العيوب الرئيسية:
1) تؤدي العملية الإضافية إلى زيادة تكلفة العمالة ومواد الأكياس المفرغة التي يمكن التخلص منها
2) متطلبات مهارة أعلى للمشغلين
3) يعتمد خلط الراتينج والتحكم في محتواه إلى حد كبير على كفاءة المشغل
4) على الرغم من أن الأكياس المفرغة من الهواء تقلل من إطلاق المواد المتطايرة، إلا أن المخاطر الصحية على المشغل لا تزال أعلى من تلك الخاصة بعملية التسريب أو التحضير المسبق.
5. التطبيقات النموذجية: الحجم الكبير، اليخوت ذات الإصدار المحدود، أجزاء سيارات السباق، عملية بناء السفن لربط المواد الأساسية.
لف القوالب
١. وصف الطريقة: تُستخدم عملية اللف بشكل أساسي لتصنيع أجزاء هيكلية مجوفة أو دائرية أو بيضاوية الشكل، مثل الأنابيب والأحواض. تُشَرَّب حزم الألياف بالراتنج، ثم تُلَفُّ على عمود لف في اتجاهات مختلفة. يتم التحكم في العملية بواسطة آلة اللف وسرعة العمود.
2. اختيار المواد:
الراتنج: لا يوجد متطلبات، مثل الإيبوكسي، والبوليستر، وإستر البولي إيثيلين، والراتنج الفينولي، وما إلى ذلك.
الألياف: لا توجد متطلبات، الاستخدام المباشر لحزم الألياف لإطار البكرة، لا حاجة إلى نسج أو خياطة منسوجة في قماش الألياف
المواد الأساسية: لا يوجد متطلبات، ولكن الجلد عادة ما يكون عبارة عن مادة مركبة ذات طبقة واحدة
3. المزايا الرئيسية:
(1) سرعة الإنتاج السريعة، وهي طريقة اقتصادية ومعقولة للتسوية
(2) يمكن التحكم في محتوى الراتينج عن طريق قياس كمية الراتينج التي تحملها حزم الألياف التي تمر عبر أخدود الراتينج.
(3) تقليل تكلفة الألياف، وعدم وجود عملية نسيج وسيطة
(4) أداء هيكلي ممتاز، لأنه يمكن وضع حزم الألياف الخطية على طول اتجاهات تحمل الحمل المختلفة
4. العيوب الرئيسية:
(1) تقتصر العملية على الهياكل المجوفة المستديرة.
(2) لا يتم ترتيب الألياف بسهولة ودقة على طول الاتجاه المحوري للمكون
(3) ارتفاع تكلفة صب المندريل الإيجابي للأجزاء الهيكلية الكبيرة
(4) السطح الخارجي للهيكل ليس سطحًا قالبًا، لذا فإن المظهر الجمالي أسوأ
(5) عند استخدام راتنج منخفض اللزوجة، يجب الانتباه إلى الخصائص الميكانيكية وأداء الصحة والسلامة
التطبيقات النموذجية: خزانات وأنابيب تخزين المواد الكيميائية، الأسطوانات، خزانات تنفس رجال الإطفاء.
صب البثق
١. وصف الطريقة: تُمرَّر حزمة الألياف المشربة بالغراء من حامل البكرة عبر صفيحة التسخين، حيث يُكمل الراتنج تسرب الألياف، ويُتحكَّم في محتواها، وفي النهاية تُعالَج المادة بالشكل المطلوب؛ يُقطَّع هذا الشكل للمنتج المُعالَج ميكانيكيًا بأطوال مختلفة. يمكن أيضًا دخول الألياف إلى الصفيحة الساخنة في اتجاهات مختلفة عن ٠ درجة. البثق والقولبة بالتمدد عملية إنتاج مستمرة، وعادةً ما يكون للمقطع العرضي للمنتج شكل ثابت، مما يسمح باختلافات طفيفة. تمر المادة المُبلَّلة مسبقًا عبر الصفيحة الساخنة وتُثبَّت وتُنشر في القالب فورًا، ومع أن هذه العملية أقل استمرارية، إلا أنها تُحدِث تغييرًا في شكل المقطع العرضي.
2. اختيار المواد:
الراتنج: عادة ما يكون إيبوكسي، بوليستر، إستر قائم على البولي إيثيلين، وراتنج فينولي، وما إلى ذلك.
الألياف: لا يوجد متطلبات
المادة الأساسية: غير مستخدمة بشكل شائع
3. المزايا الرئيسية:
(1) سرعة الإنتاج السريعة، وهي طريقة اقتصادية ومعقولة لترطيب المواد مسبقًا ومعالجتها
(2) التحكم الدقيق في محتوى الراتينج
(3) تقليل تكلفة الألياف، وعدم وجود عملية نسيج وسيطة
(4) خصائص هيكلية ممتازة، لأن حزم الألياف مرتبة في خطوط مستقيمة، ونسبة حجم الألياف عالية
(5) يمكن غلق منطقة تسلل الألياف بالكامل لتقليل إطلاق المواد المتطايرة
4. العيوب الرئيسية:
(1) العملية تحد من شكل المقطع العرضي
(2) ارتفاع تكلفة لوحة التسخين
5. التطبيقات النموذجية: العوارض والجمالونات في الهياكل السكنية والجسور والسُلالم والأسوار.
عملية نقل الراتنج (RTM)
١. وصف الطريقة: تُوضع الألياف الجافة في القالب السفلي، الذي يُضغط مسبقًا لجعل الألياف تتناسب مع شكل القالب قدر الإمكان وتلتصق به بشكل لاصق؛ ثم يُثبت القالب العلوي على القالب السفلي لتشكيل تجويف، ثم يُحقن الراتنج في التجويف. يُستخدم حقن الراتنج بمساعدة الفراغ وتسرب الألياف، المعروف باسم حقن الراتنج بمساعدة الفراغ (VARI)، بشكل شائع. بعد اكتمال تسرب الألياف، يُغلق صمام إدخال الراتنج ويُعالج المركب. يمكن حقن الراتنج وتصلبه إما في درجة حرارة الغرفة أو تحت ظروف حرارية.
2. اختيار المواد:
الراتنج: عادةً ما يكون إيبوكسي، بوليستر، بولي فينيل إستر وراتنج فينولي، ويمكن استخدام راتنج البيسمالميد في درجات الحرارة العالية
الألياف: لا حاجة لها. الألياف المُخيطة أنسب لهذه العملية، لأن الفجوة بين حزمة الألياف تُسهّل نقل الراتنج؛ وهناك ألياف مُطوّرة خصيصًا تُعزّز تدفق الراتنج.
المادة الأساسية: الرغوة الخلوية غير مناسبة، لأن خلايا قرص العسل سوف تمتلئ بالراتنج، وسوف يؤدي الضغط أيضًا إلى انهيار الرغوة.
3. المزايا الرئيسية:
(1) نسبة حجم الألياف أعلى، مسامية منخفضة
(2) الصحة والسلامة، بيئة تشغيل نظيفة ومرتبة حيث أن الراتينج مغلق تمامًا.
(3) تقليل استخدام العمالة
(4) يتم تشكيل السطحين العلوي والسفلي للأجزاء الهيكلية، مما يسهل معالجة السطح لاحقًا.
4. العيوب الرئيسية:
(1) القوالب المستخدمة معًا باهظة الثمن وثقيلة وكبيرة الحجم نسبيًا حتى تتحمل ضغطًا أكبر.
(2) يقتصر على تصنيع الأجزاء الصغيرة
(3) يمكن أن تنشأ مناطق غير مبللة بسهولة، مما يؤدي إلى عدد كبير من الخردة
5. التطبيقات النموذجية: مكوك الفضاء الصغير والمعقد وأجزاء السيارات ومقاعد القطارات.
وقت النشر: ٨ أغسطس ٢٠٢٤
