نوشته‌ها

فایبرگلاس

امروزه قطعات تولید شده از فایبرگلاس در صنایع مختلف از جمله ساختمان سازی کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. هنگامیکه الیاف شیشه با مواد پلیمری نظیر رزین ها و سایر مواد افزودنی ترکیب شوند ، فایبرگلاس ساخته می شود.

علت ترکیب الیاف شیشه با رزین ها در شکل گیری فایبرگلاس چیست؟

دلیل استفاده از این دو ماده به شرح زیر می باشد:

1- الیاف شیشه : تقویت کنندگی فایبرگلاس
2- رزین : افزایش چسبندگی مواد پایه

توجه : اگر علاقمند به کسب اطلاعات بیشتر هستید ، حتماً مطلب « ویژگی های الیاف شیشه » را مطالعه فرمایید!

فایبرگلاس

مزایای رزین فایبرگلاس

  • بسیار سبک هستند.
  • مقاوم در برابر مواد شیمیایی گوناگون
  • پایداری ابعادی در مقابل اشعه UV
  • قابلیت شکل پذیری
  • به نسب ارزان قیمت هستند.

 

مواد تشکیل دهنده فایبرگلاس

  • رزین
  • شتاب دهنده کبالت و سرب
  • هاردنر
  • تیتان
  • اروزیل
  • کربنات کلسیم
  • الیاف شیشه (سوزنی ، حصیری و ترکیبی سوزنی – حصیری)

ویژگی های فایبر گلاس به کدام یک از مواد تشکیل دهنده آن بستگی دارد؟

پاسخ به این سوال روشن است. کلیه خصوصیات و ویژگی های قطعات فایبرگلاس ، به نوع رزین به کار رفته در آن بستگی دارد. رزین های مورد استفاده در این صنعت عبارتند از :

  • پلی استر ( ارتوفتالیک و ایزوفتالیک)
  • وینیل استر
  • اپوکسی

رزین پلی استر

رزین پلی استر برای کیور یا پخت شدن باید با یک شروع کننده (هاردنر یا کاتالیست) ترکیب شود. همچنین باید با یک ماده شتاب دهنده نظیر کبالت در واکنش حضور داشته باشد تا عمل پخت یا کیور رزین را تسریع بخشد.
هنگام سفت شدن پلی استر (فرآیند پلیمریزاسیون ) مولکول ها به هم نزدیک شده و مقداری از محلول نیز تبخیر می گردد. در نتیجه، حجم رزین بعد از بستن اندکی کاهش می یابد که به این پدیده کاهش حجم « shrinkage » یا « انقباض » گفته می شود.

رزین های مورد استفاده در صنایع دریایی (تولید تجهیزات و قطعات موردنیاز برای انواع قایق ، لنج ، شناور و کشتی ها) به دو دسته کلی رزین های پلی استر ایزوفتالیک و ارتوفتالیک تقسیم بندی می شود.

این دو رزین از لحاظ ظاهری و نحوه عملکرد کاملاً شبیه به یکدیگر می باشند. تنها تفاوت این دو رزین در مقاومت مکانیکی و شیمیایی آن ها می باشد.
رزین های ایزوفتالیک مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالاتری به نسبت رزین های ارتوفتالیک دارند. از این رو در صنایع دریایی کاربرد بیشتری دارند.

رزین وینیل استر

این نوع رزین مقاومت شیمیایی بهتری را نسبت به پلی استر دارد. استحکام کششی بالا ، پایداری خصوصاً در محیط های قلیایی شدید و خواص چقرمگی ایده آل از خصوصیات آن در تولید کامپوزیت فایبرگلاس می باشد.

رزین اپوکسی

اپوکسی ، بهترین نوع رزین برای ساخت قطعات و ورق های قایبرگلاس می باشد. رزین اپوکسی مقاومت بسیار بالایی در برابر انواع مواد خورنده و حرارت دارد و از استحکام زیادی برخوردار است.

اپوکسی تقویت شده با الیاف آرامید و الیاف کربن دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که در صنایع کشتی سازی و ساخت قایق ها کاربرد دارند. همچنین فایبرگلاس هایی که از این ماده پلیمری تشکیل می شوند ، اهمیت فوق العاده ای در صنعت هواپیماسازی دارند و جایگزین مناسبی برای آلیاژهای فلزی هستند.

فایبرگلاس

کاربردهای فایبرگلاس در صنایع مختلف

  • لوله سازی (تولید لوله های سبک و مقاوم در برابر خوردگی)
  • استخرهای فایبرگلاس
  • خودروسازی
  • سپرسازی
  • عایق سازی مخازن آب
  • قالب سازی
  • سقف های کامپوزیتی
  • انواع لنج و شناور
  • صنایع هوایی
  • نمای دکوراتیو ساختمان
  • ساخت استخر ، جکوزی

 

بیشتر بخوانید : لوله های GRP چیست؟

لوله GRP که مخفف کلمه « Glassfiber Reinforced Plastic Pipe » است دارای یک ساختار کامپوزیتی از رزین ، الیاف شیشه و مواد دیگر است. این لوله ها دارای کاربردهای زیر هستند:

  • لوله انتقال آب
  • جمع آوری فاضلاب
  • جمع آوری آب های سطحی
  • شبکه های آبیاری و زهکشی
  • فاضلاب های صنعتی
  • نیروگاه ها
  • صنایع نفت و پتروشیمی
  • شبكه‌های آتش نشاني
  • لوله های انتقال مايعات خورنده شيميايي مانند اسيدها و قلیاها
مزایای لوله های فایبرگلاس GPR

1- سهولت در اجرا و نصب
2- استحکام بالا در مقایسه با وزن کم
3- کاهش اصطکاک سیال و اُفت فشار
4- کارایی بالا در برابر بارهای ترافیکی و فشارهای منفی
5- هدایت حرارتی اندک در مقایسه با لوله های فولادی
6- هدایت الکتریکی اندک و مناسب جهت انتقال خطوط برق و مخابرات
7- امکان تولید اتصالات خاص با ایجاد کمترین انحراف در مسیر جریان
8- مقاوم در برابر اشعه UV

 

یکتا پلیمر پارسا | فروش انواع رزین ، هاردنر و سایر مواد شیمیایی وابسته

یکتا پلیمر پارسا مفتخر به تأمین نیاز مشتریان خود از بهترین برندهای سطح جهانی و داخلی می باشد. متخصصین زبده ما با سال ها تجربه در حوزه فروش انواع مواد شیمیایی و پلیمری با درنظر گرفتن کیفیت محصول و با توجه به اهمیت صرفه اقتصادی برای صاحبان صنایع ، بهترین ها را در اختیار ایشان قرار می دهد.

فروش انواع رزین های صنعتی ، انواع هاردنر و کلیه مواد شیمیایی اولیه آزمایشگاهی و کارگاهی با قیمت های مناسب و مقرون به صرفه صورت می پذیرد.

رزین های ترموست

رزین های پلیمری به دو گروه تقسیم می شوند که مبنای این تقسیم بندی بر پایه میزان تأثیرپذیرشان از حرارت می باشد:
1- رزین های ترموست (گرماسخت)
2- رزین های ترموپلاستیک (گرمانرم)

رزین های ترموست

رزین های ترموست ، واکنش آنی از خود نشان می دهند. بدین گونه که رزین با هاردنر ترکیب شده و سپس یک واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر (عملیات پخت) را طی نموده تا یک قطعه سخت حاصل شود. به عبارتی دیگر ، زنجیرهای مولکولی توسط پیوندهای عرضی به هم متصل هستند و یک شبکه سه بعدی را به وجود می آورند. کامپوزیت هایی که از رزین های ترموست پدید می آیند ، قابل بازیافت در چرخه طبیعت نمی باشند.

نکته : مواد افزودنی و پرکننده ها می توانند با رزین مخلوط شوند و موجب بهبود عملکرد قطعه کامپوزیتی تولید شده شوند.

بیشتر بخوانید : عملیات پخت (Curing) که به سخت شدن نیز معروف می باشد ، باعث ایجاد پیوندهای عرضی شده که موجب شکنندگی ماده می گردد و چقرمگی پلیمر از بین می رود. سرعت پخت را با افزودن کاتالیزور یا با افزایش فشار می توان افزایش داد.

رزین های ترموست

انواع رزین های ترموست

متداول ترین رزین های حرارتی قابل استفاده در صنعت کامپوزیت ، رزین پلی استر ، وینیل استر و رزین اپوکسی می باشند که از این میان ، رزین پلی استر ارزان تر و در دسترس تر می باشد ، اما خواص مکانیکی اپوکسی و وینیل استرها مطلوب تر است.

رزین های ترموست

واکنش تراکمی رزین های ترموست

رزین های فنولیک که نمونه مهمی از رزین های ترموست می باشند ، در هنگام واکنش ، مواد فراری را به عنوان محصول جانبی تولید می نمایند. از این رو واکنش تراکمی به آن اطلاق می گردد.

واکنش افزایشی رزین های ترموست

رزین پلی استر و رزین اپوکسی در هنگام پخت (طی واکنش) محصولات جانبی فرار تولید نمی کنند و بدین گونه فرآیند بسیار آسان تری نسبت به واکنش تراکمی صورت می پذیرد.

خصوصیات رزین های ترموست

1- مقاومت بالا در برابر تخریب های محیطی : رزین باید در برابر عوامل تخریب کننده محیطی مقاوم باشد ، خصوصاً اگر قطعه کامپوزیت پلیمری ساخته شده از رزین در شرایط آب و هوایی متفاوت نظیر دریا استفاده شود.

2- پایداری مناسب در برابر مواد شیمیایی : رزین باید در مقابل اغلب مواد شیمیایی نظیر اسیدها و بازها و حلال شیمیایی مقاوم باشد.

3- خواص مکانیکی بالا : زمانی که کامپوزیت تحت بار قرار می گیرد ، رزین باید در همان محدوده الیاف (مانند الیاف شیشه ، الیاف آرامید ، الیاف کربن) توانایی تحمل آن بار را داشته باشد.

4- قابلیت چسبندگی نرمال : اگر چسبندگی میان رزین و الیاف به درستی صورت نپذیرد ، بار به خوبی به الیاف منتقل نشده ، در نتیجه میان رزین و الیاف منفصل گردیده و وجود ترک ها در ساخت کامپوزیت پلیمری اختلال به وجود می آورند.

5- چقرمگی بالا : منظور از چقرمگی ، میزان مقاومتی است که مواد پلیمری در برابر انتشار ترک از خود نشان می دهد. هرچه چقرمگی رزین بیشتر باشد ، از ترک خوردگی بیشتر جلوگیری می شود.

آیا رزین های ترموست ، پس از پخت مجدداً ذوب می شوند؟

مواد پلیمری ترموست ، پس از فرآیند پخت ، در اثر حرارت ذوب نمی شوند و بالاتر از یک دمای معین ، خواص مکانیکی شان به طور محسوسی تغییر می نماید. به این دما (Tg) یا دمای انتقال شیشه ای می گویند. بالاتر از این دما که بسته به سیستم رزینی برای هریک از مواد پلیمری ترموست متفاوت است ، مولکول ها از حالت کریستالی شکننده به حالت منعطف (آمورف) تغییر حالت پیدا می کنند. اگر دما به زیر Tg کاهش یابد ، این تغییر قابل بازگشت خواهد بود.

بالاتر از دمای Tg ، موارد زیر رخ می دهد:

  • مدول مکانیکی (سختی) رزین شدیداً اُفت می کند.
  • استحکام فشاری و برشی کاهش می یابد.
  • پایداری در برابر رطوبت و آب کم می شود.
  • رنگ پذیری نیز کاهش می یابد.

درباره دمای انتقال شیشه ای بیشتر بدانید!

یکی از مهم ترین ویژگی های یک پلیمر ،رفتار آن در حین عبور از حالت جامد به مایع می باشد. اگر به شیشه بی شکل ، گرما داده شود ، انرژی سینتیک مولکول ها افزایش می یابد. در این حالت هنوز جنبش های ارتعاشی کوچک هستند. هرچه دما افزایش یابد ، به نقطه ای نزذیک می شود که دگرگونی های بیشتری صورت می پذیرد. حال ، پلیمر ویژگی های شبه شیشه ای خود را از دست می دهد و بیشتر ویژگی الاستیکی پیدا می کند. دمایی که در آن این دگرگونی رخ می دهد ، دمای انتقال شیشه ای می باشد. اگر گرما دادن به طور پیوسته صورت گیرد، پلیمر ویژگی الاستومری خود را از دست داده و به صورت یک مایع سیال در می آید.

عوامل تعیین کننده دمای شیشه ای

ساختار شیمیایی مهم ترین عاملی است که بر روی این دما تأثیر مستقیم می گذارد. هرچه وزن مولکولی بیشتر باشد ، شمار کمتری از نقاط پایانی زنجیر وجود دارد که منجر به حجم آزاد کمتری می شود. از عوامل دیگر ، اکسایش یا قرار گرفتن در معرض نور UV می باشد. همچنین با جایگزین شدن گروه های بزرگتر روی ساختار بنیادی پلیمر ، آزادی چرخش کمتر شده و در نتیجه Tg افزایش می یابد.

رزین های ترموپلاستیک

رزین های ترموپلاستیک خواصی همچون فلزات را در برابر حرارت از خود نشان می دهند. این مواد پلیمری توسط حرارت ، ابتدا نرم شده و سپس شروع به ذوب شدن می نمایند. پس از خنک شدن مجدداً سخت می شوند. برای تولید محصولات مختلف از این رزین ها ، معمولاٌ نیازی به اضافه نمودن افزودنی های استحکام دهنده نمی باشد و فقط کافی است تا فرم لازم به آن ها داده شود.
پیوند بین زنجیرها از نوع پیوند ضعیفی به نام واندروالس است و به همین دلیل خواص مکانیکی این نوع رزین ها ، پایین است. لذا از مواد پلیمری ترموپلاستیک کمتر در ساخت قطعات کامپوزیت استفاده می شود.

انواع رزین های ترموپلاستیک

  • نایلون
  • پلی اتیلن ترفتالات (PET)
  • پلی وینیل کلراید (PVC)
  • پلی پروپیلن (PP)
  • آکریلیک
  • اکریلو نیتریل بوتادی اِن استایرن (ABS)
  • پلی کربنات
  • پلی اتیلن (PE)
  • پلی آمیدها
  • پلی استایرن (PS)
  • پلی بوتیلن
  • پلی وینیل استات (PVA)
  • پلی استال (POM)
  • پلی متیل متاکریلات (PMMA)

 

روش های ساخت پلیمرها

ساخت پلیمرها به یکی از سه روش قالب گیری تزریقی ، بیرونی و ریخته گری انجام می پذیرد. هر سه روش در دمای پایین تر از دمایی که برای شکل دهی به آلومینیوم ، استیل و شیشه لازم است ، شکل می گیرند.

دو گونه قالب گیری وجود دارد:

  • قالب گیری تراکمی
  • قالب گیری تزریقی

قالب گیری تراکمی

در این نوع قالب گیری از گرما و فشار برای شکل دادن پلیمر ذوب شده استفاده می شود. بدین ترتیب که پلیمر بین صفحه های جفت شده یک قالب متحرک به شکل قالب درآورده می شود. این روش بیشتر در مورد رزین های ترموست به کار گرفته می شود که نمی توانند ذوب شوند و پلیمر شاخه ای است ، سه بعدی شدن در حفره قالب رخ می دهد.

قالب گیری تزریقی

در قالب گیری تزریقی ، پلیمر ذوب شده در قالب حفره ای بسته فشرده می شود. این روش برای پلیمرهای ترموپلاستیک به کار برده می شود. یک تلمبه هیدرولیکی برای فرستادن پلیمر به قالب به کار گرفته می شود. قالب تزریقی ، فناوری تندتری از قالب گیری تراکمی دارد.

بیشتر بخوانید : روش قالب گیری تزریقی واکنش 

به تازگی ، یک روش نوین قالب گیری تزریقی به نام قالب گیری واکنش (RIM) برای ساخت پلیمرهای ترموست ابداع شده است. RIM نسبت به روش هایی که در گذشته استفاده می شدند ، تفاوت بارزی دارد و آن اینست که فرآورده پایانی به طور مستقیم از مونومر یا پلیمر با وزن مولکولی کم ساخته می شود که به سرعت و حتی هنگامی که واکنش پلیمریزاسیون در حال انجام است ، با شتاب مخلوط و به درون قالب تزریق ریخته می شود.

برای اینکه RIM موفقیت آمیز باشد ، مونومرها باید واکنش باشتابی داشته و شتاب واکنش باید به دقت در فرآیند قالب گیری همزمان و هماهنگ باشد. برتری های جالب توجهی در این روش وجود دارد:
تهیه پلیمرها پیش از قالب گیری حذف شده و شرایط انرژی موردنیاز برای حمل و نقل مونومرها کمتر است. در برخی موارد ، پُرکننده های سفت کننده همراه با واکنش گرها تزریق می شوند که به نام یک فرآیند RRIM یا واکنش سفت کننده قالب گیری تزریقی نام گذاری می شوند.

ریخته گری

فرآیند ریخته گری یک راه بسیار ساده تری است که در آن پلیمر مذاب در قالب ریخته شده و سپس فرآورده خنک می شود.

فروش انواع رزین های ترموست | یکتا پلیمر پارسا

یکتا پلیمر پارسا با تکیه بر توان علمی ، فنی و تجربه بالای کارشناسان خود ، مفتخر است با تعامل شرکت های معتبر داخلی و خارجی در زمینه عرضه مواد شیمیایی ، مواد پلیمری و حلال های شیمیایی مطابق با الزامات و استانداردهای روز ، کیفیت محصولات آزمایشگاهی و صنعتی خود را با بهره گیری از برندهای شناخته شده بین المللی تضمین نماید.

ساخت کامپوزیت

افزایش روز افزون استفاده از قطعات کامپوزیتی در اغلب صنایع موجب گردیده است تا این علم نوین روز به روز پیشرفته تر شود و دارای کاربردهای گسترده تری گردد.
ساخت کامپوزیت ها یا به عبارتی ساخت قطعات کامپوزیتی گرما سخت از طریق فرآیندهای مختلفی صورت می پذیرد که در مطلب ذیل به بررسی آن ها می پردازیم :

ساخت کامپوزیت ها

ساخت قطعات کامپوزیتی با کیفیت و بدون نقص ، هدف نهایی فرآیند تولید می باشد. نایکنواختی ، شکستگی یا وجود حباب از جمله عیوبی است که نباید در قطعه تولید شده ایجاد گردد.
پارامترهای فرآیندی باید حتماً به دقت بررسی و تنظیم شوند تا از بوجود آمدن این موارد ممانعت به عمل آید.

بدنه خودرو از قطعات کامپوزیتی تقویت شده با الیاف کربن

ساخت کامپوزیت

فرآیند ساخت قطعات کامپوزیتی

مراحل ساخت قطعه کامپوزیتی به شرح زیر می باشد :

  • لایه گذاری
  • شکل دهی
  • پخت
  • پخت فاینال (نهایی)
  • سرمایش

لازم به ذکر است که در هنگام ساخت قطعه کامپوزیتی ، نمی توان این مراحل را از یکدیگر تفکیک شده دانست ، زیرا زمانی که عامل پخت افزوده می گردد و مرحله پخت رزین در حال انجام است  ، مراحل لایه گذاری و شکل دهی نیز به اجرا در آمده اند ولی به علت طولانی بودن پیشرفت واکنش ، این مراحل از نظر زمانی محدود هستند و می توان گفت بخش اعظم واکنش پخت بعد از لایه گذاری انجام می پذیرد.

همچنین در برخی فرآیندهای ساخت کامپوزیت ها ، ممکن است هریک از مرحله ها خود در چند زیر مرحله انجام شوند و یا برخی مرحله ها با مراحل دیگر در آمیخته شده و به صورت همزمان صورت پذیرد. به طور مثال مرحله لایه گذاری و شکل دهی در یک زمان انجام گیرد ، به همین علت آغاز و پایان هر مرحله به تعریف آن وابسته می باشد.

ساخت کامپوزیت

پارامترهای مهم در فرآیند ساخت کامپوزیت ها

  • دما
  • فشار
  • زمان

در هر یک از مراحل فوق الذکر ، این امکان وجود دارد که دما یا فشار با سرعت ثابتی افزایش یا کاهش پیدا نمایند یا در بازه زمانی مشخصی ثابت نگه داشته شود.

چگونه با تنظیم پارامترهای فشار ، دما و زمان از ایجاد حباب در ساخت قطعه کامپوزیتی جلوگیری می شود؟

برای رسیدن به این منظور باید دما کاهش یابد تا حجم حباب های ایجاد شده کمتر شود ، اما از آنجایی که واکنش پخت در دماهای بالا صورت می پذیرد ، برای کاستن حجم حباب ها در لایه ها در زمان پخت قطعه ، باید یک فشار خارجی بر قطعه کامپوزیتی اعمال گردد. این فشار دو مزیت دارد:

1- علاوه بر حذف حباب ها و شکاف های موجود بین الیاف تقویت کننده و رزین ، میزان تقویت کننده در اثر خروج رزین اضافی افزایش می یابد.
2- لایه هایی یکپارچه از کامپوزیت با توزیع یکنواخت الیاف تقویت کننده ایجاد می گردد.

نتیجه : دمای بالای پخت موجب کاهش ویسکوزیته رزین گشته ، به همین دلیل امکان خروج حباب را در اثر جریان رزین اضافی تحت فشار فراهم آورده پس حباب سازی در بین قطعات کامپوزیتی به حداقل ممکن خواهد رسید.

توجه به المان های زیر در هنگام ساخت کامپوزیت ضروری است!

  • سرعت پخت مناسب
  • جلوگیری از افزایش بیش از حد دما
  • کنترل توزیع تقویت کننده
  • جلوگیری از تغییر جهت الیاف
  • کاهش تنش های پسماند
  • کاهش کسر حجمی حباب

بررسی مراحل ساخت کامپوزیت ها

مرحله لایه گذاری

برای رسیدن به ویژگی های منحصر به فرد مکانیکی قطعات کامپوزیتی ، در طراحی آن ها باید الیاف تقویت کننده نظیر الیاف شیشه ، الیاف کربن ، الیاف کولار و … در جهات مشخصی قرار داده شوند. عملیات لایه گذاری به صورت دستی یا خودکار انجام می پذیرد. این الیاف تقویت کننده قبل یا بعد از انتقال به قالب با رزین آغشته می گردند. عموماً دما و فشار وارد شده بر قطعه ثابت است.

بسته به نوع طراحی قطعه ، تعداد مشخصی از لایه های تقویت کننده براساس شکل و نوع موردنیاز الگو با ترتیب معینی بر روی قالب قرار داده می شوند.

واضح است که این مرحله فقط برای کامپوزیت های لایه ای قابل انجام است و در فرآیند ساخت کامپوزیت بر پایه تزریق رزین و الیاف تقویت کننده کوتاه ، مرحله لایه گذاری وجود ندارد.

الیاف تقویت کننده

ساخت کامپوزیت

مرحله شکل دهی

در این مرحله قطعه بر روی قالب به طور همزمان با لایه گذاری شکل می گیرد. فشار مورد نیاز برای فشرده سازی لایه ها در این فرآیند توسط غلتک ، اتوکلاو ، فشار هوا ، کیسه خلأ یا اعمال کشش به الیاف تأمین می گردد. نقش فشار وارد آمده بر جریان رزین ، بر روی کیفیت ظاهری ، فیزیکی و مکانیکی آن کاملاً محسوس می باشد.

مرحله پخت

رزین هایی ک در دمای محیط به صورت جامد هستند ، در این مرحله قابل ذوب می باشند. بر اثر عملیات گرمایش رزین تا یک دمای مشخص ، واکنش شیمیایی پخت آغاز می گردد. این واکنش ، گرمازا است و همین گرمای آزاد شده به افزایش سرعت پخت کمک بسیاری می نماید. در این حالت ، پیوندهای عرضی شروع به شکل گیری نموده و پیشرفت در واکنش پخت باعث افزایش سریع ویسکوزیته می شود به گونه ای که دیگر امکان جابجایی یا جریان وجود نخواهد داشت.

در انتها با واکنش میزان مشخصی از گروه های عاملی پخت ، رزین از حالت مایع به شکل ژله ای تبدیل می گردد. به این نقطه در اصطلاح ، نقطه ژل شدن می گویند. در انتهای واکنش پخت ، سرعت واکنش کاهش می یابد ، زیرا غلظت اجزای سامانه رزین کم شده است. در این حالت ، به دلیل وجود تعداد بالای پیوندهای عرضی و ایجاد یک شبکه تراکمی سه بعدی ، رزین به شکل یک جامد سخت تبدیل می گردد.

کنترل انتقال گرما

از آنجایی که در زمان واکنش پخت رزین های گرماسخت ، گرمای زیادی آزاد می شود ، احتمال تخریب رزین وجود خواهد داشت. برای جلوگیری از این کار ، لازم است که گرمای تولید شده در قطعه ، با سرعت مناسبی خارج گردد. مشکل اینجاست که رسانایی گرمایی رزین های گرماسخت ، بسیار کم است ، خصوصاً این حالت در قطعه های ضخیم تر منجر به تجمع مقدار زیادی گرما در قطعه می گردد.

در این زمان رزین در بخش های مختلف قطعه در حالات فیزیکی متفاوتی (از قبیل مایع ، لاستیکی ، جامد ژل نشده و جامد ژل شده) قرار می گیرد و باعث ایجاد تنش های پسماند می گردد. به همین منظور ، کنترل تغییرات دمایی و سرعت جذب گرما در چرخه پخت کاملاً ضروری و دارای اهمیت زیادی می باشد.

فرآیند پخت بهینه چیست؟

به فرآیندی می توان پخت بهینه را اطلاق نمود که منجر به ساخت قطعه ای با ویژگی های مکانیکی ایده آل شود و همزمان امکان پخت یکنواخت ، کامل و سریع ، فشردگی یکنواخت بین لایه ها ، خروج رزین اضافی ، حداقل شدن میزان حباب ، حذف آسیب دیدگی و تنش پسماند را فراهم نماید.

نحوه دستیابی به پخت بهینه در ساخت کامپوزیت

دستیبابی به این امر بسیار دشوار می باشد. در روش های سنتی ، با کمک روش سعی و خطا و با در نظر گرفتن دمای تخریب رزین ، یک تاریخچه دمایی مطلوب تعریف می گردد و شرایط بهینه با به حداقل رساندن مقدار این تابع تعیین می گردد.
در تکنولوژی های جدید و استفاده از شیوه های نوین ، بهینه سازی فرآیند براساس سامانه های تخصصی که بر پایه شبکه هوش مصنوعی می باشند ، صورت می پذیرد.

سینتیک پخت ساخت کامپوزیت

واکنش پخت رزین های گرما سخت به دو صورت می باشد :

پلیمریزاسیون مرحله ای

اندازه زنجیر پلیمری در طی یک پلیمریزاسیون تراکمی در اثر متصل شدن الیگومرها به یکدیگر افزایش می یابد.

پخت کدام رزین ها به شیوه پلیمریزاسیون مرحله ای می باشد؟

پلیمراسیون زنجیره ای

اندازه زنجیره پلیمری در طی یک واکنش رادیکال آزاد با افزایش مونومرها به انتهای زنجیره پلیمری افزایش می یابد.

پخت کدام رزین ها به شیوه پلیمریزاسیون مرحله ای می باشد؟

پخت فاینال (نهایی)

ممکن است برخی از رزین ها در دمای تعیین شده مرحله قبل ، به طور کامل پخت نشوند ، به همین دلیل باید پس از پایان مرحله پخت ، از پخت نهایی استفاده گردد.
این مرحله در ساخت کامپوزیت ها بدین صورت می باشد : پس از کاهش سرعت پخت رزین (در مرحله پخت) ، دمای قالب با سرعت مشخصی افزایش می یابد و سپس دوباره بر روی مقدار ثابتی تنظیم می گردد. افزایش دما سبب شده تا جنبش مولکول ها بالا رفته و درنتیجه واکنش پخت پیشرفت پیدا کند. معمولاً زمان مرحله پخت نهایی کمتر از مرحله پخت است.

مرحله سرمایش

پروسه سرمایش ، مرحله پایانی فرآیند ساخت کامپوزیت است که با سرعت ثابتی انجام می پذیرد. قطعه باید تا نقطه ای سرد شود که از عدم تغییر شکل آن در خارج از قالب مطمئن گردند. سرمایش لایه ها باعث ایجاد سفتی و سختی مطلوب در قطعه کامپوزیتی می گردد.

بررسی تقویت کننده های مختلف در مرحله پخت ساخت کامپوزیت پلیمری

باتوجه به بررسی های انجام شده بر روی رزین پلی استر ، حضور الیاف شیشه و پُر کننده تأثیر چندانی بر گرمای واکنش ندارد و تنها به میزان اندکی موجب می شود تا شروع واکنش با تأخیر همراه شود.

به دلیل رسانایی گرمایی بهتر الیاف کربن نسبت به رزین ، این الیاف تأثیر کمتری بر واکنش پخت دارند. با افزایش درصد کلسیم کربنات و رس ، سرعت پخت رزین های پلی استر افزایش می یابد.

تأثیر الیاف شیشه بر رزین های وینیل استر به مراتب شدیدتر از رزین های پلی استر است. همچنین نوع الیاف تقویت کننده تأثیر زیادی بر سرعت پخت رزین دارد.

ساخت قطعات کامپوزیتی در صنایع هوافضا

ساخت کامپوزیت

یکتا پلیمر پارسا

پروسه ساخت کامپوزیت ها با پیچیدگی های خاصی همراه است. در مطلب فوق سعی خود را بر آن داشتیم تا با خلاصه نمودن مراحل تولید یک قطعه کامپوزیتی پلیمری ، شرح مختصری از این پروسه سخت و پیچیده را بیان نماییم.

امید آن داریم تا با عرضه متریال اولیه با کیفیت (انواع رزین و الیاف تقویت کننده) از بهترین برندهای ایرانی و خارجی ، سهم کوچکی را در پیشرفت روزافزون ساخت قطعات کامپوزیتی توسط مهندسین ایرانی کسب نماییم.

« یکتا پلیمر پارسا عرضه کننده انواع مختلف مواد شیمیایی ، انواع رزین ها و هاردنر ، حلال های شیمیایی و مواد پلیمری با قیمت مناسب می باشد. »

کامپوزیت پلیمری

تعریف کامپوزیت پلیمری

کامپوزیت در لغت به معنای مرکب (چند جزئی) می باشد. کامپوزیت های پلیمری ، از پلیمر ها یا پلیمری به همراه یک ماده دیگر ساخته می شوند ، لذا دارای خواص و ویژگی های منحصر به فردی خواهند شد که کاربرد آن ها را متفاوت از پلیمرهای معمولی می سازد.

مقایسه کامپوزیت پلیمری با فلزات

استفاده از کامپوزیت ها در صنایع مختلف همچون نظامی ، خودروسازی ، لوازم خانگی ، پزشکی ، هواپیمایی ، ساختمان سازی ، الکترونیک ، نسبت به فلزات از آن رو بیشتر است که دارای ویژگی های بی نظیری می باشند. به همین دلیل بکارگیری آن ها در صنعت ، روز به روز در حال گسترش و پیشرفت می باشد. این ویژگی ها عبارتند از:

  • وزن بسیار پایین
  • قابلیت انعطاف پذیری در طراحی ها
  • مقاومت در برابر خوردگی
  • پایداری حرارتی
  • خاصیت الکتریکی مناسب

کامپوزیت ها از چند جزء ساخته شده اند؟

1- بستر پلیمری
2- تقویت کننده

انواع کامپوزیت پلیمری

1- گرما سخت
2- گرمانرم
اساس این دسته بندی بر مبنای نوع بستر پلیمری می باشد که آن ها را دارای ویژگی های متفاوتی می سازد. باید گفت که رزین های گرما سخت رایج ترین رزین ها در ساخت کامپوزیت های پلیمری هستند.

بستر پلیمری در تولید کامپوزیت ها چیست؟

بستر کامپوزیت های گرما سخت از جنس رزین گرما سخت می باشد که به منظور حفظ تغییر شکل های نامطلوب تقویت کننده به کار گرفته می شود و از آن در برابر آسیب های مکانیکی و شیمیایی ممانعت به عمل می آورد. ازآنجایی که بستر کامپوزیت به طور مستقیم با محیط خارجی در تماس است ، لذا نقش محافظت کننده از تقویت کننده بر عهده آن می باشد و باید خواص مطلوبی را دارا باشد.

انواع بسترهای کامپوزیت پلیمری

1- رزین پلی استر
2- رزین اپوکسی
3- رزین وینیل استر
4- فنولیک
5- پلی اورتان
6- سیانات استر
7- پلی ایمید

در ذیل به بررسی پُرکاربردترین نوع رزین ها در این مقوله می پردازیم و آن ها را بررسی می نماییم.

رزین پلی استر

رزین پلی استر به کار رفته در کامپوزیت های گرما سخت از نوع غیر اشباع است و دارای پیوندهای دو گانه کربن – کربن می باشد. رزین های پلی استر غیر اشباع عموماً به صورت محلول می باشند. حلال واکنش گر ماده ایست که علاوه بر کاهش ویسکوزیته رزین ، با ایجاد پیوندهای عرضی بین پیوندهای دوگانه در واکنش شرکت می نماید. این حلال ها عبارتند از : استایرن ، دی وینیل بنزن ، متیل متاکریلات ، کلرو استایرن .
رایج ترین و متداول ترین حلال استایرن می باشد. در صورتی که بخواهیم رزین دارای مقاومت گرمایی عالی گردد ، باید از مونومر وینیلی استفاده نماییم و اگر لازم باشد ، رزین دارای خاصیت جمع شدگی کمی گردد باید از مونومر اکریلیک استفاده نمود.

عملیات پخت رزین پلی استر

واکنش پخت این رزین ها با افزودن مقدار اندکی کاتالیست آغاز می گردد. از جمله کاتالیست ها می توان به متیل اتیل کتون پراکسید ، بوتیل پراکتات و بوتیل پربنزوات اشاره نمود. زمان پخت به تعداد گروه های غیر اشباع و سرعت تجزیه کاتالیست بستگی دارد. از جمله راه هایی که برای جلوگیری از پخت زودهنگام این نوع رزین می توان به کار بست، استفاده از مقدار مناسبی بازدارنده نظیر هیدروکینون می باشد.

تشکیل شبکه سه بعدی در زمان پخت رزین های پلی استر

ویژگی های رزین پلی استر در کامپوزیت پلیمری

  • ارزان
  • ویسکوزیته کم
  • مقاومت مکانیکی و الکتریکی بالا
  • پخت سریع
  • مقاومت شیمیایی مناسب در برابر اسیدها
  • جمع شدگی زیاد
  • جذب آب متوسط

رزین اپوکسی

رزین اپوکسی عموماً به صورت مایع می باشد و از مولکول های آلی که دارای چند گروه اپوکساید می باشند ، تشکیل شده است.

عملیات پخت رزین های اپوکسی

برای پخت این نوع رزین ها لازم است ، عامل پخت به آن اضافه گردد. (عامل پخت = سخت کننده)
با پیشرفت واکنش ، مولکول های اپوکسی پیوندهای عرضی تشکیل می دهند و یک شبکه سه بعدی تشکیل خواهد شد. تعدادی از سخت کننده ها عبارتند از : دی اتیلن تری آمین ، انیدرید تری ملیتیک ، دی آمینو دی فنیل سولفون.

تشکیل شبکه سه بعدی در زمان پخت رزین های اپوکسی

ویژگی های رزین اپوکسی در کامپوزیت پلیمری

  • مقاومت حرارتی بالا
  • پایداری زیاد در برابر مواد شیمیایی خصوصاً بازها
  • چقرمگی ، چسبندگی و پایداری ابعادی عالی
  • گران تر نسبت به سایر رزین ها
  • پخت طولانی
  • جمع شدگی کم

رزین وینیل استر

این رزین ها از واکنش یک اسید کربوکسیلیک غیر اشباع مثل اسید اکریلیک با رزین اپوکسی تهیه می شوند. این رزین در مونومر استایرن حل می گردد و واکنش پخت آن مانند رزین پلی استر می باشد. این نوع رزین ها دارای گروه های هیدروکسیل در طول زنجیر پلیمری خود هستند.

تشکیل شبکه سه بعدی در زمان پخت رزین های اپوکسی

ویژگی های رزین وینیل استر

  • پخت سریع
  • جمع شدگی زیاد
  • مقاومت شیمایی بالا
  • ویسکوزیته کم
  • مقاومت در برابر ضربه (بهتر از رزین پلی استر)
  • پایداری مکانیکی مناسب

تقویت کننده چیست؟

موادی که دارای مقاومت کششی بالا ، چگالی کم و قابلیت جهت گیری در راستای دلخواه را داشته باشند ، تقویت کننده نامیده می شوند. از این رو کلمه تقویت کننده را بر روی آن ها نهاده اند که وظیفه اصلی شان ، تحمل بار وارد شده به قطعه و ایجاد ویژگی های مکانیکی و فیزیکی قابل قبول در کامپوزیت می باشد. لازم به ذکر است مقاومت مکانیکی قطعه به الیاف تقویت کننده بستگی دارد.

انواع تقویت کننده

1- ذره ای مانند تالک ، میکا ، شیشه
2- لیفی مثل الیاف شیشه ، الیاف آرامید ، الیاف کربن

الیاف شیشه

شیشه دارای ساختار مولکولی به شکل یک شبکه سه بعدی می باشد که بدنه اصلی آن از سیلیس (Sio2) و برخی اکسیدهای فلزی است. برای رسیدن به ویژگی های مطلوب موردنظر ؛ مقدار و نوع این اکسیدها اهمیت ویژه ای پیدا می نماید. تعدادی از این اکسیدها عبارتند از : اکسید آلومینیوم ، کلسیم ، منیزیم ، روی ، سرب ، بور ، سدیم ، باریم ، پتاسیم ، تیتانیوم و آهن. الیاف شیشه دارای ساختار مولکولی غیربلورین (بی آرایش) هستند ، زیرا اتم ها به صورت تصادفی در کنار یکدیگر قرار می گیرند.

مزایای استفاده از الیاف شیشه

  • قیمت ارزان
  • مقاومت در برابر ضربه
  • پایداری شیمیایی بالا
  • عایق الکتریکی بسیار عالی
  • مقاومت کششی زیاد

معایب

  • مدول کمتر و چگالی بالا نسبت به الیاف کربن و آرامید

از الیاف شیشه به طور گستره در ساخت قطعات تجاری بهره می گیرند ولی با توجه به معایب فوق الذکر در ساخت قطعات با کارایی زیاد همچون قطعات هواپیما به کار گرفته نمی شوند.

الیاف کربن

حداقل 90 درص عنصر کربن با ساختار بلورین و بدون شکل ، الیاف کربن را تشکیل می دهد. این الیاف در جهت طولی شبیه به نوارهای درهم تنیده هستند که هرکدام دارای 16 تا 30 لیفچه گرافیتی صفحه ای می باشند. اتم های کربن در این صفحات گرافیتی به صورت شش گوش های منظم به یکدیگر وصل هستند.
از این الیاف در ساخت قطعات مورد نیاز در صنعت هوافضا و هواپیماسازی به دلایل ویژگی های زیر ، زیاد استفاده می گردد.

کامپوزیت پلیمری

کامپوزیت پلیمری

مزایای استفاده از الیاف کربن در کامپوزیت پلیمری

  • چگالی کم
  • پایداری حرارتی بسیار زیاد
  • رسانایی گرمایی بالا
  • پایداری ابعادی خوب

معایب

  • قیمت بسیار زیاد
  • رسانایی الکتریکی بالا
  • شکنندگی زیاد
  • مقاومت در برابر ضربه کم

کامپوزیت پلیمری

بیشتر بخوانید : نانو لوله های کربن

نانو لوله های کربن شامل لایه های نازکی از گرافیت می باشند که به صورت لایه ای استوانه ای در آمده اند. نانو لوله های کربن در مقایسه با فولاد ، دارای استحکام کششی 100 برابر بیشتر و وزنی معادل یک ششم فولاد هستند. هدایت حرارتی بسیار بالایی دارند. رسانایی الکتریکی آن ها مشابه با مس است ولی توانایی انتقال جریان های بالاتر را دارند.

نانو لوله های کربن به دو گروه نانو لوله کربن تک دیواره و چند دیواره تقسیم می شوند. این مواد معمولاً با استفاده از تخلیه قوس الکتریکی، تبخیر لیزری و یا ترسیب بخار مواد شیمیایی تولید می گردند. کاربرد نانو لوله های کربنی در تولید الیاف مرکب با رسانایی و استحکام بالا ، وسایل ذخیره ساز انرژی (مبدل) می باشد.

از نمونه های موفق الیاف مرکب ، الیاف تک دیواره پلی وینیل الکل با قطری در محدوده میکرومتر می باشد که از طریق فرآیند ترریسی تولید می گردد. این لیف سختی و استحکامی در حدود 20 برابر سیم فولادی با وزن و طول یکسان دارد. همچنین سختی این لیف چهار مرتبه بیشتر از تار عنکبوت و 17 مرتبه بیشتر از الیاف کولار (الیاف به کار رفته در جلیقه ضد گلوله) می باشد. از این رو در تجهیزات ایمنی ، پوشش های ضد انفجاری و سپرهای محافظ میادین الکترومغناطیس به کار گرفته می شوند.

کامپوزیت پلیمری

الیاف آرامید

پلی آمیدهای آروماتیک با ساختار مولکولی خطی را الیاف آرامید می نامند. کولار (Kevlar) و نومکس (Nomex) از جمله نام های تجاری می باشد که بر روی الیاف آرامید گذاشته اند
الیاف کولار دارای خواص منحصر به فرد فیزیکی و شیمیایی است که باعث گردیده بیشتر از نومکس در ساخت کامپوزیت پلیمری مورد استفاده قرار گیرد. این الیاف یک گزینه عالی برای ساخت قطعاتی هستند که باید در برابر ضربات مقاومت بالایی داشته باشند مانند جلیقه های ضد گلوله، تانک های زره دار و هواپیماهای نظامی.

کولار

کامپوزیت پلیمری

از الیاف نومکس بیشتر برای ساخت منسوجات ضدآتش استفاده می گردد که مقاومت بالایی در برابر حرارت دارند.

نومکس

کامپوزیت پلیمری

کامپوزیت پلیمری

مزایای استفاده از الیاف کولار در کامپوزیت پلیمری

وجود حلقه آروماتیک در ساختار شیمیایی الیاف کولار باعث شده تا :

  • چقرمگی بالا
  • افزایش مدول
  • پایداری حرارتی مناسب
  • مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی مانند اکثر اسیدها و بازها

معایب

  • تابش طولانی مدت نور خورشید بر آن موحب اُفت مقاومت مکانیکی اش می گردد.
  • رطوبت بیشتری را نسبت به الیاف شیشه و کربن جذب می نماید.

همانطور که در تصویر زیر مشاهد می کنید ، گروه های آمیدی متصل به حلقه آروماتیک درست در مقابل یکدیگر قرار دارند و پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره ها شکل گرفته است. این حالت موجب می شود تا زنجیره های پلیمری سخت و خطی شوند. تنها راه جدا شدن زنجیره های کولار بر اثر کششی که ممکن است به آن وارد گردد، این است که کلیه این پیوندها به صورت همزمان شکسته شوند که نیازمند نیروی بسیار زیادی می باشد.

سخن پایانی | کامپوزیت پلیمری

استفاده از نانو کامپوزیت ها و به کار گیری آن ها در صنایع مختلف جزء دستاوردهای علمی اخیر می باشند که تعداد زیادی از آن ها هنوز در مراحل آزمایشگاهی هستند و نیاز به بررسی های بیشتر و تحقیق و توسعه بر روی الیاف نانو پلیمری می باشد. امید است که با طراحی کامپوزیت های جدید پلیمری ، بتوان محصولاتی با ویژگی های خارق العاده تولید نمود که نیاز پروژه های مختلف در کلیه زمینه ها را برآورده سازد.

یکتا پلیمر پارسا

یکتا پلیمر پارسا متشکل از کارشناسان ارشد در زمینه مهندسی پلیمر و مواد ، با ارائه مشاوره رایگان بهترین و با کیفیت ترین مواد پلیمری ، حلال های شیمیایی و  الیاف تقویت کننده کامپوزیت ها را براساس استانداردهاي معتبر بین المللی در اختیار مشتریان عزیز صاحب فن قرار می دهد.