عملية تشكيل المواد المركبة الأكثر شيوعًا! مرفق المواد الرئيسية ومقدمة عن المزايا والعيوب

تتوفر خيارات واسعة من المواد الخام للمواد المركبة، بما في ذلك الراتنجات والألياف ومواد اللب، ولكل مادة خصائصها الفريدة من حيث القوة والصلابة والمتانة والاستقرار الحراري، مع تفاوت في التكاليف والإنتاجية. ومع ذلك، فإن الأداء النهائي للمادة المركبة ككل لا يرتبط فقط بمصفوفة الراتنج والألياف (وكذلك مادة اللب في بنية المواد المركبة)، بل يرتبط ارتباطًا وثيقًا أيضًا بطريقة تصميم المواد المستخدمة في تصنيعها وعملية تصنيعها. في هذه الورقة، سنستعرض طرق التصنيع الشائعة للمواد المركبة، والعوامل الرئيسية المؤثرة في كل طريقة، وكيفية اختيار المواد الخام للعمليات المختلفة.

التشكيل بالرش
1. وصف الطريقة: يتم رش مادة تقوية الألياف القصيرة ونظام الراتنج في نفس الوقت في القالب، ثم يتم معالجتها تحت الضغط الجوي لتكوين منتجات مركبة حرارية من خلال عملية التشكيل.
2. اختيار المواد:
الراتنج: بوليستر بشكل أساسي
الألياف: خيوط من الألياف الزجاجية الخشنة
المادة الأساسية: لا شيء، يجب دمجها مع الخشب الرقائقي فقط
3. المزايا الرئيسية:
1) تاريخ طويل من الحرفية
2) تكلفة منخفضة، وسرعة في وضع الألياف والراتنج
3) انخفاض تكلفة القالب
4- العيوب الرئيسية:
1) يسهل تشكيل الخشب الرقائقي في منطقة غنية بالراتنج، ووزنه مرتفع
2) لا يمكن استخدام سوى الألياف القصيرة، مما يحد بشكل كبير من الخصائص الميكانيكية للخشب الرقائقي.
3) من أجل تسهيل عملية الرش، يجب أن تكون لزوجة الراتنج منخفضة بدرجة كافية، مما يؤدي إلى فقدان الخصائص الميكانيكية والحرارية للمادة المركبة.
4) إن المحتوى العالي من الستايرين في راتنج الرش يعني وجود خطر محتمل كبير على المشغل، كما أن اللزوجة المنخفضة تعني أن الراتنج يمكن أن يخترق بسهولة ملابس العمل الخاصة بالموظف ويتلامس مباشرة مع الجلد.
5) من الصعب تلبية المتطلبات القانونية لتركيز الستايرين المتطاير في الهواء.
5. التطبيقات النموذجية:
الأسوار البسيطة، والألواح الهيكلية ذات الأحمال المنخفضة مثل هياكل السيارات المكشوفة، وأغطية الشاحنات، وأحواض الاستحمام، والقوارب الصغيرة.

قوالب التشكيل اليدوي
١- وصف الطريقة: يتم حقن الراتنج يدويًا في الألياف، ويمكن نسج الألياف أو تجديلها أو خياطتها أو لصقها أو استخدام طرق تقوية أخرى. عادةً ما يتم تشكيل الألواح يدويًا باستخدام بكرات أو فرش، ثم يُضغط الراتنج بواسطة بكرة لاصقة لضمان تغلغله في الألياف. يُوضع الخشب الرقائقي تحت ضغط عادي حتى يتصلب.
2. اختيار المواد:
الراتنج: لا توجد متطلبات محددة، تتوفر أنواع مختلفة من الراتنجات مثل الإيبوكسي، والبوليستر، والإستر القائم على البولي إيثيلين، والراتنجات الفينولية.
الألياف: لا توجد متطلبات، ولكن الوزن الأساسي لألياف الأراميد الأكبر حجماً يصعب اختراقه في الطبقة المصنوعة يدوياً.
المادة الأساسية: لا يوجد شرط
3- المزايا الرئيسية:
1) تاريخ طويل من التكنولوجيا
2) سهل التعلم
3) انخفاض تكلفة القالب عند استخدام راتنج معالج في درجة حرارة الغرفة
4) خيارات واسعة من المواد والموردين
5) محتوى ألياف عالٍ، ألياف أطول مستخدمة مقارنةً بعملية الرش
4- العيوب الرئيسية:
1) يرتبط خلط الراتنج ومحتوى الراتنج في الرقائق وجودته ارتباطًا وثيقًا بكفاءة المشغل، ومن الصعب الحصول على محتوى راتنج منخفض ومسامية منخفضة في الرقائق
2) مخاطر الصحة والسلامة المتعلقة بالراتنج، كلما انخفض الوزن الجزيئي للراتنج المستخدم في التشكيل اليدوي، زاد الخطر الصحي المحتمل، وانخفاض اللزوجة يعني أن الراتنج من المرجح أن يخترق ملابس العمل الخاصة بالموظفين وبالتالي يتلامس مباشرة مع الجلد.
3) في حال عدم تركيب تهوية جيدة، يصعب تلبية المتطلبات القانونية لتركيز الستايرين المتبخر من إسترات البوليستر والبولي إيثيلين في الهواء
4) يجب أن تكون لزوجة راتنج المعجون اليدوي منخفضة للغاية، لذلك يجب أن يكون محتوى الستايرين أو المذيبات الأخرى مرتفعًا، مما يؤدي إلى فقدان الخصائص الميكانيكية / الحرارية للمادة المركبة.
5) التطبيقات النموذجية: شفرات توربينات الرياح القياسية، والقوارب المنتجة بكميات كبيرة، والنماذج المعمارية.

عملية التعبئة بالتفريغ الهوائي
1. وصف الطريقة: عملية التغليف بالتفريغ هي امتداد لعملية التشكيل اليدوي المذكورة أعلاه، أي أن إغلاق طبقة من الغشاء البلاستيكي على القالب سيؤدي إلى تشكيل الخشب الرقائقي يدويًا بالتفريغ، وتطبيق ضغط جوي على الخشب الرقائقي لتحقيق تأثير التفريغ والشد، وذلك لتحسين جودة المادة المركبة.
2. اختيار المواد:
الراتنج: بشكل رئيسي راتنجات الإيبوكسي والفينول، ولا يُنصح باستخدام راتنجات البوليستر والإستر القائمة على البولي إيثيلين، لاحتوائها على الستايرين، الذي يتبخر داخل مضخة التفريغ.
الألياف: لا يوجد شرط، حتى لو كان من الممكن ترشيح الوزن الأساسي للألياف الأكبر حجمًا تحت الضغط.
المادة الأساسية: لا يوجد شرط
3. المزايا الرئيسية:
1) يمكن تحقيق محتوى ألياف أعلى من عملية التشكيل اليدوي القياسية
2) نسبة الفراغات أقل من عملية التشكيل اليدوي القياسية.
3) تحت الضغط السلبي، يتدفق الراتنج بشكل كافٍ لتحسين درجة تغلغله في الألياف، وبالطبع، سيتم امتصاص جزء من الراتنج بواسطة مواد التفريغ المستهلكة.
4) الصحة والسلامة: يمكن لعملية التعبئة بالتفريغ أن تقلل من انبعاث المواد المتطايرة أثناء عملية المعالجة.
4- العيوب الرئيسية:
1) تؤدي العملية الإضافية إلى زيادة تكلفة العمالة ومواد أكياس التفريغ التي تستخدم لمرة واحدة
2) متطلبات مهارة أعلى للمشغلين
3) يعتمد خلط الراتنج والتحكم في محتواه بشكل كبير على كفاءة المشغل.
4) على الرغم من أن أكياس التفريغ تقلل من انبعاث المواد المتطايرة، إلا أن المخاطر الصحية على المشغل لا تزال أعلى من تلك الخاصة بعملية التسريب أو عملية ما قبل التشريب.
5. التطبيقات النموذجية: اليخوت الكبيرة الحجم، واليخوت الفردية ذات الإصدار المحدود، وقطع غيار سيارات السباق، وعملية بناء السفن لربط المواد الأساسية.

قالب متعرج
1. وصف الطريقة: تُستخدم عملية اللف بشكل أساسي لتصنيع الأجزاء الهيكلية المجوفة أو المستديرة أو البيضاوية الشكل، مثل الأنابيب والأحواض. تُشرب حزم الألياف بالراتنج ثم تُلف على مغزل في اتجاهات مختلفة. وتُتحكم في هذه العملية بواسطة آلة اللف وسرعة المغزل.
2. اختيار المواد:
الراتنج: لا يوجد شرط، مثل الإيبوكسي، والبوليستر، والإستر القائم على البولي إيثيلين، والراتنج الفينولي، وما إلى ذلك.
الألياف: لا توجد متطلبات، استخدام مباشر لحزم الألياف من إطار البكرة، لا حاجة للنسج أو الخياطة، يتم نسج الألياف في القماش
المادة الأساسية: ليست شرطًا، ولكن الطبقة الخارجية عادةً ما تكون مادة مركبة أحادية الطبقة
3. المزايا الرئيسية:
(1) سرعة الإنتاج العالية، هي طريقة اقتصادية ومعقولة للتصنيع الطبقي
(2) يمكن التحكم في محتوى الراتنج عن طريق قياس كمية الراتنج التي تحملها حزم الألياف التي تمر عبر أخدود الراتنج.
(3) تقليل تكلفة الألياف، وعدم الحاجة إلى عملية نسج وسيطة
(4) أداء هيكلي ممتاز، لأن حزم الألياف الخطية يمكن وضعها على طول اتجاهات تحمل الأحمال المختلفة
4. العيوب الرئيسية:
(1) تقتصر العملية على الهياكل المجوفة المستديرة.
(2) لا يمكن ترتيب الألياف بسهولة وبدقة على طول المحور الطولي للمكون
(3) ارتفاع تكلفة التشكيل الإيجابي باستخدام المندريل للأجزاء الهيكلية الكبيرة
(4) السطح الخارجي للهيكل ليس سطح قالب، لذا فإن المظهر الجمالي أسوأ.
(5) عند استخدام الراتنج منخفض اللزوجة، يجب الانتباه إلى الخصائص الميكانيكية وأداء الصحة والسلامة.
التطبيقات النموذجية: خزانات وأنابيب تخزين المواد الكيميائية، والأسطوانات، وخزانات التنفس الخاصة برجال الإطفاء.

قولبة السحب
1. وصف الطريقة: يتم سحب حزمة الألياف المشبعة بالغراء من حامل البكرة عبر لوحة التسخين، حيث يتم تثبيت الراتنج على الألياف داخل لوحة التسخين، مع التحكم في كمية الراتنج، ليتم في النهاية معالجة المادة بالشكل المطلوب. يتم بعد ذلك قص المنتج المعالج ميكانيكيًا إلى أطوال مختلفة. يمكن أيضًا إدخال الألياف إلى لوحة التسخين من اتجاهات أخرى غير الصفر. تُعد عملية البثق والتشكيل بالتمديد عملية إنتاج مستمرة، وعادةً ما يكون المقطع العرضي للمنتج ثابتًا، مما يسمح ببعض الاختلافات الطفيفة. أما عملية التشكيل بالبثق والتشكيل بالتمديد، فتمر عبر لوحة التسخين بعد تثبيت المادة المبللة مسبقًا، ثم تنتشر في القالب لتتصلب فورًا. على الرغم من أن هذه العملية أقل استمرارية، إلا أنها تُتيح تغيير شكل المقطع العرضي.
2. اختيار المواد:
الراتنج: عادةً ما يكون من الإيبوكسي، والبوليستر، والإستر القائم على البولي إيثيلين، والراتنج الفينولي، وما إلى ذلك.
الألياف: لا حاجة
المادة الأساسية: غير شائعة الاستخدام
3. المزايا الرئيسية:
(1) سرعة الإنتاج العالية، هي طريقة اقتصادية ومعقولة لترطيب المواد ومعالجتها مسبقًا
(2) التحكم الدقيق في محتوى الراتنج
(3) تقليل تكلفة الألياف، وعدم وجود عملية نسج وسيطة
(4) خصائص هيكلية ممتازة، لأن حزم الألياف مرتبة في خطوط مستقيمة، وبالتالي فإن نسبة حجم الألياف عالية
(5) يمكن إغلاق منطقة تسرب الألياف تمامًا لتقليل إطلاق المواد المتطايرة
4. العيوب الرئيسية:
(1) تحدد العملية شكل المقطع العرضي
(2) ارتفاع تكلفة لوحة التسخين
5. التطبيقات النموذجية: العوارض والجمالونات في هياكل المساكن والجسور والسلالم والأسوار.

عملية قولبة نقل الراتنج (RTM)
١. وصف الطريقة: تُوضع الألياف الجافة في القالب السفلي، الذي يمكن ضغطه مسبقًا لضمان ملاءمة الألياف لشكل القالب قدر الإمكان وربطها لاصقًا. بعد ذلك، يُثبّت القالب العلوي على القالب السفلي لتشكيل تجويف، ثم يُحقن الراتنج في هذا التجويف. تُستخدم عادةً تقنية حقن الراتنج بمساعدة الفراغ (VARI) لتغلغل الألياف في الراتنج. بمجرد اكتمال تغلغل الراتنج في الألياف، يُغلق صمام إدخال الراتنج ويُعالج المركب. يمكن إجراء حقن الراتنج ومعالجته إما في درجة حرارة الغرفة أو في ظروف تسخين.
2. اختيار المواد:
الراتنج: عادةً ما يكون من الإيبوكسي، أو البوليستر، أو بولي فينيل إستر، أو الراتنج الفينولي، ويمكن استخدام راتنج البسماليميد في درجات حرارة عالية
الألياف: لا يُشترط وجودها. تُعدّ الألياف المخيطة أكثر ملاءمةً لهذه العملية، لأنّ الفجوة بين حزم الألياف تُسهّل انتقال الراتنج؛ كما توجد ألياف مُطوّرة خصيصًا لتعزيز تدفق الراتنج.
المادة الأساسية: الرغوة الخلوية غير مناسبة، لأن خلايا قرص العسل ستُملأ بالراتنج، وسيؤدي الضغط أيضًا إلى انهيار الرغوة.
3. المزايا الرئيسية:
(1) نسبة حجم ألياف أعلى، مسامية منخفضة
(2) الصحة والسلامة، بيئة تشغيل نظيفة ومرتبة حيث أن الراتنج مغلق تمامًا.
(3) تقليل استخدام العمالة
(4) الجوانب العلوية والسفلية للأجزاء الهيكلية عبارة عن أسطح مصبوبة، مما يسهل المعالجة السطحية اللاحقة.
4. العيوب الرئيسية:
(1) القوالب المستخدمة معًا باهظة الثمن وثقيلة وكبيرة الحجم نسبيًا من أجل تحمل ضغط أكبر.
(2) يقتصر على تصنيع الأجزاء الصغيرة
(3) يمكن أن تحدث مناطق غير مبللة بسهولة، مما يؤدي إلى كمية كبيرة من الخردة
5. التطبيقات النموذجية: قطع غيار صغيرة ومعقدة لمكوك الفضاء والسيارات، ومقاعد القطارات.