ساخت قالب‌هاي کامپوزيتي

دانش کامپوزيت:

ساخت  قالب‌هاي کامپوزيتي

يکي از کاربردهاي مهم مواد کامپوزيت در ساخت قالب‌هاي کامپوزيتي است. اين مواد به دليل سهولت شکل‌دهي به روش دستي (Hand Lay up) و نيز. ارزان بودن نسبي مواد آن در مقايسه با ساير مواد قالب سازي، کانديد مناسبي براي قالب‌سازي هستند.

براي ساخت قالب مواد زير مورد نياز هستند:

• نمونه واقعي يا طراحي شده براي قالبگيري

• واکس قالب (رهاساز)

• محلول پلي وينيل الکل (رهاساز)

• رزين قالب‌سازي

• رزين اپوکسي

• الياف پارچه

• ماسه

روش‌هاي ساده و متفاوتي براي ساخت قالب‌هاي کامپوزيت وجود دارد. در روشي که در اينجا توضيح داده مي‌شود، رزين اپوکسي و ماسه بکار گرفته مي‌شود. ساخت قالب از مدل (plug) شروع مي‌شود. مدل مي‌تواند قطعه واقعي و يا ساخته شده از چوب يا فوم باشد. بايد توجه داشت که کيفيت مدل دقيقاً به قالب و در نتيجه به قطعات توليدي منتقل مي‌شود.

 

لازم است که چندين مرتبه مدل را واکس بزنيد. توصيه بر اين است که 5 تا 7 مرتبه اين کار قبل از اعمال پلي وينيل الکل (PVA) انجام گيرد. بعد از واکس زدن نوبت به اعمال PVA مي‌رسد. محلول آبي اين ماده، يک لاية محافظ ديگر روي مدل ايجاد خواهد کرد که با آب قابل شستشو است. مي‌توان محلول PVA را روي مدل اسپري کرد. در اين حالت ابتدا يک لاية نازک PVA اسپري مي‌شود. و پس از 15 دقيقه زمان خشک شدن، 4 لاية ضخيم‌تر روي آن پاشيده مي‌شود.

 

روش ديگر آن است که حوله کاغذي آغشته به محلول را به نرمي روي مدل بکشيد.

اکنون مي‌توانيد شروع به قالبگيري نماييد. اغلب مدل‌ها بصورت دو نيمه‌اي ساخته مي‌شوند ولي شما مي‌توانيد مدل خود را به قسمت‌هاي بيشتري تقسيم نماييد. براي ايجاد دو نيمه، به يک صفحه نياز است که دور تا دور قطعه را بگيرد. اين صفحه را صفحة جدايش مي‌نامند که معمولاً از جنس چوب، فرميکا، پلکسي گلاس و حتي آلومينيم است.

ضخامت قالب، مادة مناسب به عنوان جنس صفحة جدايش را ديکته مي‌کند. از آنجاييکه در اينجا روش ماسه و نه لايه‌گذاري توضيح داده مي‌شود. ماده‌اي محکم که بتوان آنرا تقويت نيز نمود، مورد نياز است.

براي ايجاد صفحة جدايش بايد باريکه‌اي از آن را دور تا دور خط مرکزي مدل ساخت. اين باريکه‌ها بايد تا حد ممکن به بدنه مدل نزديک باشند. و در عين حال درز بين آنها و مدل را پر کرد. هرگونه درز در اين نواحي، ‌محلي براي نفوذ رزين اپوکسي و چسبيدن آن به قالب‌هاي کامپوزيت خواهد بود.

مي‌توان براي پر کردن درزها از گل مجسمه سازي (خمير چيني) استفاده نمود. اما برای ساخت قالب‌هاي کامپوزيت بهتر است. با پر کردن درزها با مخلوط رزين و اروزيل يا ميکروبالن شيشه. صفحة جدايشي دائمي بسازيد که براي همة قالب‌ها قابل استفاده باشد. پس از پر کردن درزها، اجازه دهيد مواد پخت شوند و سپس صفحة جدايش را از مدل جدا کنيد.

در جاهايي که از مخلوط رزين و فيلر براي پر کردن حفره‌ها استفاده شده. احتمالاً اندکي برآمدگي بوجود مي‌آيد که مي‌توان آنها را با کاغذ سنباده و ماسه اصلاح و صاف کرد. با اين کار يک صفحة جدايش دائمي ساخته مي‌شود.

صفحة جدايش ساخت قالب کامپوزیت را روي مدل بر سر جاي خود قرار دهيد. تماس کامل صفحه با مدل و عدم وجود هرگونه درز را بررسي نماييد. اگر شرايط راضي‌کننده بود، اعمال واکس و محلول PVA بر مدل را تکرار کنيد.

قطعه‌اي که براي آموزش ساخت قالب کامپوزیت انتخاب شده است. مخزن سوخت نوعي هواپيماي مدل است که مي‌خواهيم براي آن قالبي بسازيم.

دومين گام پس از ساخت مدل، ايجاد صفحة جدايش در پيرامون آن است. در اينجا قصد آن است که مخزن بصورت دو تکة چپ و راست ساخته شود. در شکل 1 مدل به همراه صفحة جدايش ديده مي‌شود.

مدل مخزن سوخت و صفحة جدايش

از آنجاييکه در اينجا از ماسه- رزين براي ايجاد ضخامت استفاده مي‌شود. بايد اطمينان حاصل کرد که وزن زياد باعث خمش صفحه نشود. بدين منظور مي‌توان از چوب بالسا با ضخامت mm 6.5 به عنوان صفحة جدايش. و تختة چند‌لايه به ضخامت mm 13 به عنوان تقويت کننده استفاده کرد.

 

بايد دقت داشت که لبة تخته چندلايه، عقبتر از صفحة جدايش باشد.

(در شکل 2 لبة تختة چند لايه و چوب بالسا ديده مي‌شود). پس از آن بايستي بلوک‌هايي از جنس MDF به ضخامت cm 2 را در زير تخته چندلايه قرار داد.تا اطمينان حاصل شود که خط جدايش در محل خود در امتداد خط تقارن قطعه باقي مي‌ماند. و وزن ماسه- رزين را نيز تحمل مي‌کند.

پس از تکميل صفحة جدايش، درز بين صفحه و مدل پر مي‌شود. قبل از مخلوط کردن اروزيل و رزين اپوکسي. بايد حداقل 5 تا 7 دست واکس روي مدل زد تا کمي خشک شود.

صفحة جدايش از جنس چوب بالسا و تختة چندلايه که با MDF تقويت مي‌شود.

پس از اعمال واکس نوبت به PVA مي‌رسد. که بايستي بخصوص بر ناحيه خط تقارن قطعه اعمال شود تا رزين به مدل نچسبد. براي آنکه رزين اضافي از صفحة جدايش روي مدل شره نکند. مي‌توان نواحي زير صفحه جدایش را با چسب کاغذی پوشاند.

محلول PVA را در ظرفی بریزید و با استفاده از حوله کاغذی آن را بر مدل اعمال کنید. کاغذ را کاملاً با محلول آغشته نمایید.

اعمال محلول PVA بر سطح مدل قبل از پر کردن درز بین قالب و صفحة جدایش

پس از اعمال محلول PVA بر مدل. 2 تا 3 ساعت زمان برای خشک شدن نیاز است. تا بتوان شروع به پر کردن درزها نمود.

پس از خشک شدن محلول، صفحة جدایش را روی قالب قرار دهید. و با یک چوب بستنی شروع به پر کردن درزها نمایید.

پر کردن درز بین قالب و صفحة جدایش با مخلوط اروزیل- اپوکسی

پس از پخت رزین، خواهید دید که سطحی کاملاً درگیر بین صفحة جدایش و مدل ایجاد می‌شود. نواحی ناصاف آن را با کاغذ سنباده صاف کنید. مي‌توان سطحي صاف و لغزنده را با استفاده از نوار چسب شيشه‌اي و يا مشابه آن. روي صفحة جدايش ايجاد کرد. در اينجا ابتدا چهارچوبي دور صفحة جدايش ايجاد شده. و بعد سطح آن با استفاده از نوار چسب طرح‌دار پوشانده شده است .

براي سهولت باز کردن قالب کامپوزیت پس از ساخت، ديوارة چهارچوب با استفاده از پيچ به صفحة جدايش متصل شد. سر انجام مدل سر جاي خود قرار داده مي‌شود.

مشاهده مي‌شود که چگونه با ساخت چهارچوب، مي‌توان ضخامت  قالب‌هاي کامپوزيت را ايجاد نمود. براي ايجاد راهنما براي قرار گرفتن دو کفه روي هم از زير پايه‌هاي پلاستيکي استفاده مي‌شود . بدين منظور کف صفحة جدايش را با دريل سوراخ کرده، زير پايه را در آن قرار دهيد.

 چهارچوبي دور صفحة جدايش ايجاد مي‌شود و سطح آن با نوار چسب پوشانده مي‌شود.

 

مدل و چهارچوب قرار گرفته دور آن که آمادة رزين ريزي است.

زير پايه‌هايي که به عنوان راهنما در کفة قالب عمل مي‌کنند.

بعد از قرار دادن زيرپايه‌ها، مجدداً محلول PVA روي کل صفحة جدايش. چهارچوب و مدل، با روش پيش گفته اعمال مي‌شود.

اين محلول ظرف 1 تا 2 ساعت خشک مي‌شود و مانند دفعات قبل، حباب‌هاي هواي ايجاد شده به هنگام اعمال. ناپديد خواهند شد. اکنون مي‌توان اعمال ژل کوت و پشت‌ريزي مخلوط را شروع کرد.

براي تهية ژل کوت، ابتدا 100 گرم رزين (نوع قالب‌سازي) را وزن کنيد. بر اساس نسبت اعلامي توسط سازنده، هاردنر به آن اضافه نماييد. (براي اينکار مي‌توانيد ني نوشابه را در هاردنر قرار داده و انتهاي آن را با دست ببنديد. و مقدار باقيمانده در ني را به آرامي روي رزين بريزيد تا به وزن مورد نظر برسيد). آميزة رزين هم اينک مانند خمير دندان شده است.

 آميزة رزين و هاردنر پس از اختلاط.

حال مي‌توانيد کمي رنگدانه (پيگمنت) مشکي به آميزه اضافه کنيد تا رنگ آن خاکستري گردد. و پس از ساخت قالب‌هاي کامپوزيت، اپوکسي مايع بهتر روي آن ها ديده شود. هم زدن را تا از بين رفتن رگه‌هاي رنگ ادامه دهيد.

نکتة مهم: پس از اختلاط هاردنر و رزين، وقت کمي براي اعمال آن داريد. (در نمونة استفاده شده 25 دقيقه) و بايد به سرعت رزين را روي قالب اعمال نماييد. بنابراين تا زماني که محلول به شکل خمير دندان است، آنرا با قلم‌مو و به سرعت اعمال کنيد.

اعمال آميزة بر سطح قطعه و صفحة جدايش.

رزين فوق ظرف مدت 16 ساعت پخت مي‌شود و بايد حداقل 3 تا 4 ساعت براي سخت شدن آن صبر کرد. تا ريختن رزين پشت ريز، اثري بر ژلکت نگذارد.

پس از گذشت حدود 3 ساعت از ساخت، مي‌توان ضخامت دادن به قالب‌هاي کامپوزيت را آغاز نمود. ابتدا بايد زواياي تند موجود را با مخلوط اپوکسي و اروزيل گرفت (شکل پایین) تا الياف شيشه روي زوايا بطور کامل منطبق شود.

گرفتن زوياي تند گوشه‌ها با مخلوط رزين و اروزيل.

بعد از آن بايد 2 ساعت صبر نمود و بعد لايه گذاري را شروع کرد. در اين زمان، ابتدا يک لايه نازک از رزين لايه‌گذاري را روي همه‌جا اعمال کرده و بعد پارچة نازک الياف شيشه را روي آن قرار مي‌دهيم. مي‌توانيم دو لاية نازک (مثلاً 100 گرمي) را همزمان اعمال کنيم. قبل از شروع پشت ريزي رزين- ماسه، 2 ساعت وقت نياز است تا اين لايه‌ها خشک شوند.

 اعمال دو لاية پارچه بعد از اعمال ژل کوت.

بعد از اينکه دولاية اعمالي خشک شد، مخلوط رزين اپوکسي و ماسه را تهيه نموده، روي لايه‌هاي اعمالي مي‌ريزيم. بايد توجه داشت که نسبت رزين و ماسه به نحوي انتخاب شود که ضمن وجود مقدار کافي رزين، مخلوط رقيقي بوجود نيايد. در کاري که تشريح مي‌شود، نسبت حجمي رزين به ماسه برابر با 1 به 9، نتيجة خوبي در بر داشته است. در شکل 12 تصويري از حاصل کار ديده مي‌شود.

نمايي از قالب پس از ماسه ريزي.

البته مي‌توان (و بهتر است) ميزان ماسه-رزين به قدري باشد که در نهايت سطحي يکنواخت تشکيل شود و برآمدگي بوجود نيايد. در اين کار چون مقدار کافي مخلوط تهيه نشده بود، ماسه‌ريزي تا مرحله هم طراز کردن با لبه‌ها ادامه نيافت. پس از خشک شدن ماسه‌ها، دو لايه پارچه روي آن اعمال گرديد تا سطح نهايي، هموارتر شود (شکل زیر).

 

اعمال دو لايه الياف شيشه بر ماسه.

حداقل سه روز فرصت قبل از برداشتن چهارچوب و صفحة جدايش لازم است تا اين نيمة قالب بطور کامل پخت شود. برداشتن چهارچوب، ‌به سادگي و با باز کردن پيچ‌هاي اتصال چهارچوب به صفحة جدايش و بريدن چسب‌هاي پيراموني آن انجام مي‌گيرد.

پس از آن مي‌توان صفحة جدايش را از روي قطعه بيرون کشيد و ساخت نيمة دوم قالب را شروع کرد. بدين منظور سطح  قالب‌هاي کامپوزيت و نيز سطح چهارچوب، پنج تا هفت دست واکس زده مي‌شود و بعد مانند آنچه در مورد کفة اول انجام شد، ابتدا پوشش سطحي از جنس اپوکسي (شکل پایین) و بعد لايه اول رزين قالب‌سازي اعمال مي‌شود (شکل بعدی).

 

اعمال پوشش سطحي بر کفه قالب.

در مورد اين کفه، براي آسان‌تر شدن کار، ابتدا پوشش سطحي اعمال شده و بعد چهارچوب بسته شده است.

اگر دماي محيط کمتر از حد انتظار باشد، مي‌توان از نورافکن‌هاي معمولي براي گرم کردن سطح قطعه استفاده نمود (شکل 16).

 

 اعمال يک لايه رزين قالب‌سازي بر لايه سطحي.

بعد از گذشت 4 ساعت مي‌توان مخلوط رزين و اروزيل تهيه نمود و مانند کفه اول، زواياي تند را گرفت تا لايه‌هاي پارچه، بر گوشه‌ها بهتر قرار گيرند. بعد از  اينکه مخلوط در مدت 2 ساعت پخت شد، مي‌توان لايه‌گذاري اوليه را آغاز نمود.

 استفاده از نور افکن براي پخت لايه رزين روي سطح.

بعد از اعمال دو لايه پارچه الياف شيشه، مخلوط رزين و ماسه را براي پشت ريزي تهيه نماييد. رنگ مخلوط حاصل شبيه شکر سياه مي‌شود (شکل پایین).

 مخلوط ماسه رزين که شبيه شکر سياه شده است.

پس از پايان ماسه ريزي، مي‌توان به کمک دست، آنها را فشرده‌تر کرد و با کمک يک تختة صاف، سطح آنرا يکنواخت نمود (شکل پایین).

لايه چيني آخر را حتماً پس از خشک شدن ماسه- رزين، انجام دهيد چون در غير اينصورت پارچه به ماسه نمي‌چسبد. دو لايه پارچه را اعمال کنيد و اجازه دهيد که کاملا پخت شود.

پس از پخت رزين‌، مي‌توانيد چهار‌چوب را باز کنيد. اينکار همانند کفه اول قالب، با باز کردن پيچ‌هاي اتصال به صفحة جدايش و به کمک يک چاقو يا گوه پلاستيکي انجام مي‌شود.

فشرده سازي ماسه‌ها و صاف کردن سطح نهايي.

گوه را بين چهار‌چوب و قالب قرار داده، تا شنيدن صدايي مانند صداي ترک خوردن، فشار اعمال نماييد. به همين ترتيب ساير قسمت‌ها را از هم باز کنيد (مطابق شکل).

باز کردن چهاچوب از قالب.

پس از باز شدن چهارچوب، مي‌توانيد پوشش سطح را به رنگ خاکستري تيره، مخلوط رزين و اروزيل را به رنگ سفيد و رزين-ماسه را به رنگ خاکستري روشن ببينيد.

قسمت‌هاي مختلف قالب از مقطع کنار.

دو کفة قالب را نيز توسط گوه پلاستيکي از هم باز نماييد. اينکار را به آرامي و از دور تا دور قالب انجام دهيد تا به قالب صدمه‌اي وارد نشود.

باز کردن دو کفة قالب از هم.

با زيادتر شدن فاصلة دو کفه از هم، مي‌توانيد کار را با صفحات ضخيم‌تر ادامه دهيد تا در نهايت دو کفه قالب از هم باز شوند (مطابق شکل).

دو کفه قالب پس از باز شدن از هم.

مدل را از قالب جدا کنيد و PVA را از سطح قالب به کمک آب گرم بشوييد.

احياناً اگر باقيماندة رنگ مدل را روي قالب ديديد، مي‌توانيد به آساني آنرا از سطح قالب جدا نماييد.

دقت کنيد که با وجود سيستم سنبه- ماتريس بر قالب، قالب دقيقاً بر سر جاي خود قرار مي‌گيرد. اکنون قالب شما براي ساخت قطعه قابل استفاده است.

 

حال مي‌خواهيم توسط قالب فوق مخزن سوخت هواپيماي مدل را بسازيم.

براي اينکار پارچه 100 گرمي الياف شيشه و رزين اپوکسي و هاردنر مربوطه را فراهم کرده، سطح قالب را واکس و PVA مي‌زنيم. پارچه را بصورت نوارهايي بريده، داخل مخزن مي‌چينيم. پس از قرار دادن هر لايه پارچه، رزين را به کمک قلم‌مو روي آن اعمال مي‌کنيم تا در نهايت 5 لايه در ناحية اتصال ميلة سوخت و 3 يا 4 لايه در ساير نواحي اعمال شود

 

به منظور کنترل درصد رزين مي‌توانيد رزين مورد نياز را از قبل وزن کنيد. در اينجا (پارچه شيشه- رزين اپوکسي) مي‌توان تا 50% وزني الياف در سيستم اعمال نمود ولي مقدار 30 تا 40% به راحتي قابل استفاده است.

لايه چيني الياف آغشته به رزين.

دو نيمه قطعه را به همين ترتيب مي‌سازيم. در اينجا دو نيمه در بيرون قالب به هم متصل مي‌شوند. پس از پخت رزين، قسمت‌هاي اضافي را با قيچي مي‌بريم (شکل 24). در اينکار (trimming) بايد دقت زيادي داشت.

 

هرس کردن قسمت‌هاي اضافه (trimming).

دو نيمه قطعه را از قالب خارج کرده، لبه‌‌ها را کمي سنباده مي‌زنيم. بايد اطمينان پيدا کرد که لبه‌ها بخوبي بر هم منطبق شوند.

ملزومات مخزن را داخل آن قرار مي‌دهيم و دو نيمه قطعه را به کمک گيره دستي به هم متصل مي‌نماييم.

قراردادن لوله و اتصالات داخل مخزن.

اتصال دو نيمه مخزن با گيره دستي قبل از چسباندن.

پس از آن قادر خواهيم بود، شيار بين دو نيمه را با مخلوط رزين- اروزيل پر کنيم و چند نوار باريک پارچه شيشه روي آن قرار دهيم تا به هم خوب متصل شوند. پس از پخت رزين، آنرا تحت فشار داخلي با هوا قرار مي‌دهيم تا از عدم نشتي آن اطمينان حاصل شود. حال مخزن ما آماده شده است.

 مخزن کامپوزيتي کامل شده.

این بود صفر تا صد ساخت قالب‌هاي کامپوزيت.

پیشنهاد می کنیم چنانچه قصد ساخت قالب‌هاي کامپوزيت را دارید، این مقاله را برای راهنمایی گام به گام، ذخیره نمایید.