مقالات و مطالب آموزشی مهندسی مکانیک

بطور كلي آميز ه قالبگيري را مي‏توان مخلوطي از رزين، مواد پركننده، الياف تقويت كننده، آغازگر، رها ساز، رنگدانه، پايدار كننده و ديگر مواد افزودني دانست. اين آميزه‏ها معمولاً به شكلي كه مناسب براي قالبگيري نهايي است توليد مي‏گردند. بسته به شكل آميزه فرآيند قالبگيري مي‏تواند فشاري، ترزيقي و يا انتقالي باشد. كاربرد گستردة اين مواد به بهاي نسبتاً پائين و امكان بهينه سازي خواص آنها جهت كاربردهاي ويژه نسبت داده مي‏شود. آميزه‎‏هاي قالبگيري بر پايه اغلب رزين‏هاي گرما سخت وجود دارند اما آميزه ‎هاي بر پاية رزين پلي استر غير اشباع سهم عمده را بخود اختصاص مي‏دهند لذا در اينجا تأكيد روي آنها بوده است.

آميز ه قالبگيري ورقه‎اي :Sheet Moulding compound, (SMC)
اين آميزه ورقه‎اي چرم – مانند با ضخامت 5-3 ميلي متر ازمواد است كه بين دو فيلم نازك از پلي اتيلن عرضه مي‏گردد (اين فيلم‏ها قبل از قالبگيري آميزه برداشته مي‏شوند). ماده مورد استفاده در اين آميزه مخلوطي از الياف شيشه بريده شده و خميري از پلي استر غير اشباع مي‏باشد. يك تركيب درصد نمونه از اين خمير درجدول 2 آورده شده است. در اين جدول 70% وزني SMC را خمير تشكيل مي‏دهد و 30% باقيمانده را الياف شامل مي‏شود.

تركيب درصد نمونه از خمير آميزه قالبگيري ورقه‏اي

توليد SMC با تهيه محلول آبكي (slurry) از مواد در يك دستگاه مخلوط ساز با سرعت بالا آغاز مي‏گردد. همة اجزاء باستثناء تغليظ كننده بمدت 15 دقيقه با هم مخلوط مي‏شوند. در طي اين مدت دماي مخلوط تا حدود C ْ30 بالا مي‏رود. دراين مرحله ويسكوزيتة مخلوط حدود Pas 30-20 مي‏باشد. پس از اينكه عمل مخلوط سازي با تمام رسيد مادة تغليظ كننده (Thickener) اضافه گرديده و بسرعت طي مدت زمان حدود 5 دقيقه با بقية اجزاء مخلوط مي‏گردد. در اين مرحله خمير آماده است و جهت تلفيق با الياف به ماشين SMC منتقل مي‏گردد.

دراينجا خمير تهيه شده با ضخامت معين بر روي يك فيلم پلي اتيلني ( با پهناي يك متر و ضخامت mm 20-15) كه از رول فيلم بر بستر متحرك دستگاه باز مي‏شود ريخته مي‏شود. سرعت حركت اين فيلم بين m/min 9-5 مي‏باشد. اين فيلم از زير دستگاه برش الياف عبور مي‏كند و الياف بلند به طولهاي mm 25 بريده شده و با سرعتي كه درصد حجمي مورد نظر را فراهم سازد روي فيلم آغشته به خمير بصورت راندم مي‏نشينند. اين فيلم بهمراه فيلم ديگر كه فقط خمير روي آن ريخته شده و فاقد الياف است با هم ساندويچ شده و از يكسري غلطك عبور مي‏كنند. اين غلطك‎ها باعث آغشتگي الياف به رزين، خروج هوا از آميزه و همچنين تنظيم ضخامت ورق و در نتيجه تنظيم تركيب درصد الياف مي‏شود. در انتها ساندويچ تهيه شده بر روي يك غلطك بصورت رول جمع‏آوري مي‏گردد و در يك فيلم نايلون يا سلوفان پيچيده شده تا از فرار مونومر جلوگيري شود. اين رول سپس به محيطهاي كنترل از لحاظ دمائي منتقل شده تا مرحله تغليظ شدن در آن سپري شود. در مرحله تغليظ اجازه داده مي‏شود تا ويسكوزيته تركيب به حدي برسد كه ورق SMC براحتي قابل جابجائي، برش و قالبگيري باشد.

وجود پركننده باعث بهبود كيفيت سطح قطعه شده و تغييرات ابعادي (انقباض) قطعه را كه ناشي از پخت رزين است كاهش مي‏دهد. همچنين تأثير عمده‎اي در كاهش قيمت تمام شدة محصول دارد.
درصد وزني پركننده در آميزه بستگي به نوع پركننده، خواص رئولوژيكي رزين و درصد الياف دارد. بطور كلي ميزان پركننده بايد در حدي باشد كه خيس شدگي مناسب سطح الياف با رزين را مانع نشده و جريان رزين را در قالب دچار اشكال نكند. هر چه درصد الياف بيشتر باشد نسبت پركننده به رزين كمتر مي‏شود. بطوريكه نسبت پركننده به رزين براي آميزه‎هاي قالبگيري ورقه‎اي با 30%، 50% و 65% الياف به ترتيب 5/1، 5/0 و صفر باشد.
آغازگر نقش شروع واكنش پخت را به عهده دارد. بطور معمول آغازگرهاي مورد استفاده در آميزه‎هاي قالبگيري رزين پلي استر، پراكسيدهاي آلي با فرمول عمومي ROOR^’ مي‏باشد كه در شرايط دمائي خاص به راديكالهاي مربوط (RO^o) تجزيه گشته و اين راديكال‎ها با حمله به نواحي غير اشباع در زنجيرة پليمري منجر به پخت رزين مي‏گردند.
معمول‎ترين آنها ترت بوتيل پربنزوات (TBPB) و 1و1-دي (ترت بوتيل پراكسي) سيلكوهگزان مي‏باشند كه در دماي قالبگيري 140^o-160 ° C بكار گرفته مي‏شود. براي كم كردن زمان قالبگيري و همچنين دماي قالبگيري از پراكسيدهاي فعال‏تر مانند t – Butyl Peroctoate استفاده مي‏شود. البته بكارگيري چنين سيستم‎هائي منجر به كوتاه‎تر شدن عمر نگهداري ورقه‎هاي SMC مي‏شود. براي كاهش زمان پخت مي‏توان از سيستم آغازگر دوتايي نيز استفاده كرد. در اين صورت به آغازگر در دماي بالا درصدي از آغازگر با دماي پائين اضافه مي‏شود.
در حين تهية تركيب قالبگيري و در مدت ذخيره سازي آن امكان آغاز تدريجي واكنش پخت رزين وجود دارد. نقش جلوگيري كننده‎ها، ممانعت از شروع واكنش پخت از آغاز تهيه تا پايان ذخيره سازي تركيب مي‏باشد. اين مواد از خانوادة تركيبات كينوني مي‏باشد و در مقادير بسيار كم (حدود ۰.۰۲ %) به فرمولاسيون اضافه مي‏شوند. هيدروكينون و پارا بنزوكينون از مواد معمول بدين منظور مي‏باشند. وجود اين مواد در فرمولاسيون سرعت پخت و در نتيجه افزايش ويسكوزيته را در مراحل اوليه قالبگيري كاهش مي‏دهد. اين امر به بهبود جريان آميزه و پرشدن قالب كمك مي‏كند و لذا از بروز نقايص چون پر نشدن كامل قالب و ايجاد فضاهاي خالي (Void) در قطعه جلوگيري مي‏نمايد.
در هنگام قالبگيري، ورق SMC مي‏بايد براحتي قابل انتقال به داخل قالب و برش به اندازه‎هاي مورد نياز باشد. نقش تغليظ كننده افزايش ويسكوزيته آميزه به اندازه‎اي است كه شرايط مورد نظر را فراهم سازد. در واقع عمل تغليظ خمير رزين را از مايعي با ويسكوزيتة حدود Pas 30 به ماده‎اي چرم – مانند با ويسكوزيتة در محدودة Pas 10⁵-10⁴ تبديل مي‏نمايد. در اين شرايط آميزة غير چسبنده بوده و قابليت انعطاف دارد. تغليظ كننده‎هاي معمول براي رزين پلي استر غير اشباع، اكسيدها و هيدرواكسيدهاي فلزات گروه I IA مانند CaO, Mg(OH)₂, MgO مي‏باشند. عقيده براين است كه افزايش ويسكوزيته رزين بدليل واكنش يون فلزي با گروههاي كربوكسيليك انتهائي موجود در زنجيرة پليمري و تشكيل زنجيرها و كمپلكس‏هاي با جرم ملكولي بالاتر است. نوع، ميزان و اندازة ذرة تغليظ كننده و همچنين شرايط رطوبت و دماي نگهداري SMC بر روند افزايش ويسكوزيته در طي فرآيند تغليظ و همچنين ويسكوزيتة نهائي تركيب اثر دارند.
ويسكوزيته نهائي ورقة SMC در كيفيت قطعه قالبگيري شده نقش بسزائي دارد و بايد در محدودة خاصي باشد كه بين 10⁶ ´ 50 و10⁶ ´ 130 سانتي پواز است. در طي فرآيند قالبگيري ورقه SMC ، پيوندهاي تشكيل شده در عمل تغليظ بدليل افزايش حرارت شكسته شده و ويسكوزيتة آميزه كاهش يافته بگونه‎اي كه در قالب جاري مي‏شود و آنرا پر مي‏كند. بدنبال آن رزين شروع به ژل شدن نموده كه افزايش سريع ويسكوزيته را شاهد خواهيم بود.

تركيبات قالبگيري DMC, BMC
اين تركيبات بمنظور استفاده از فر‌آيندهاي اتوماتيك‏تر براي قالبگيري سيستم‎هاي رزيني توسعه يافته‏اند. اين مواد تركيبات خميري شكل بوده كه به طور ناپيوسته در مخلوط ساز ژاكت دار با تيغه Z يا زيگما توليد مي‏گردند. مخلوط ساز متشكل از دو ظرف يكسان U -شكل از جنس فولاد زنگ نزن بوده كه درون هر ظرف تيغه‎اي وجود دارد. اين تيغه‎ها در جهت مخالف هم چرخش دارند. ظرفيت اين مخلوط سازها بين چند كيلوگرم تا حدود 10 تن مي‏باشد.
DMC مخلوطي است از الياف شيشه بريده شده و خميري از رزين پلي استر غير اشباع كه با افزودني‏هاي مختلف پر شده است. تركيب نمونه‏اي از اين خمير در جدول 6 آورده شده است.