اين الياف وقتي در معرض نور خورشيد قرار بگيرند، محدوده نور300 تا 400 نانومتر را جذب مي‌كنند و تخريب مي‌شوند.

به همين دليل اگر چه خود لايه تخريب شده، پليمر زيرين را تا حدي مي‌پوشاند ولي الياف كولار نياز به پوشش يا قرار گرفتن زير ساير اجزاء دارند.

تخريب حرارتي اين پليمرها در دماي زير^oC400 ‌شروع نمي‌شود و اگر در اتمسفر خنثي باشد، تخريب تا دماي پانصد درجه اتفاق نمي‌افتد. ساختار منظم تكراري و شكل كشيده و صاف زنجيرها، موجب بالا رفتن كريستالينيتي تا 80%‌ مي‌شود كه براي يك پليمرآلي مقدار زيادي است. بررسي‌هاي كريستالوگرافي به طور قطعي نشان داده است كه محور زنجيرهاي پليمري با محورالياف يكي است.
ساختار ناهمگون پليمر در جهت طولي، به الياف استحكام كششي بسيار زيادي مي‌دهد. نيروي اعمالي توسط باندهاي قوي شيميايي زنجيرهاي پليمري تحمل مي‌شود. زنجيرهاي پليمري مجاور هم در يك ناحيه كريستال توسط بر هم كنش واندروالس و پيوندهاي هيدروژني‌كه نسبت به باندهاي شيميايي نسبتا ضعيف ترند و راحتتر جدا مي‌شوند، كنار هم نگاه داشته مي‌شوند. بنابراين الياف در جهت عرضي خواص مكانيكي ضعيفي دارند.buckle ) و در بيرون حلقه بصورت طولي شكاف مي‌خورد. علاوه بر آن، وقتي تا نقطه شكست نيرو به آن اعمال مي‌شود، ليف ترك خوردگي طولي نشان مي‌دهد يا رشته رشته شدن الياف (fibrillation ) بيشتر از يك ترك روشن و واضح اتفاق مي‌افتد.nomex توسط شركت Dupont براي كاربردهايي كه پايداري ابعادي و مقاومت حرارتي عالي لازم است، به بازار معرفي شد. اين محصول به شكل ليف (رشته‌هاي پيوسته) و صفحه (كاغذ و تخته) وجود دارد. محصولات Nomex در لباسهاي محافظ، فيلترگازهاي داغ، شلنگ‌هاي خودرو عايقهاي الكتريكي، قطعات هواپيما و وسايل ورزشي استفاده مي‌شوند.

بطور خلاصه، Nomex ويژگيهاي ذيل را داراست:

1- مقاومت حرارتي و شعله

2- مقاومت بالا در برابر UV

3- مقاومت شيميايي

4- جمع شدگي (Shrinkage) حرارتي پايين

5- شكل پذيري قطعات قالبگيري شده

6- ازدياد طول شكست پايين

7- هدايت حرارتي پايين

همچنين محصول Nomex داراي زنجيرهاي مولكولي سخت و بلند مي‌باشد كه از پلي متا فنيلن دي آمين توليد مي‌شود. در اثر حرارت ذوب نمي‌شود و جريان پيدا نمي‌‌كند. تخريب و زغال گذاري تا دماي ^oC 350 ادامه پيدا مي‌كند و از نظر شيميايي و حرارتي بسيار پايدار است.

كامپوزيتهاي آراميدي عايق هستند و در تماس با فلزات جريان الكتريسيته توليد نمي‌كنند. درحاليكه رفتار كششي آنها خطي است و شكست در تنشهاي بالا اتفاق مي‌افتد، رفتار فشاري و خمشي كامپوزيتهاي آراميدي، داكتايل مي‌باشد و استحكام نهايي آنها از كامپوزيتهاي الياف شيشه و كربن كمتر است.

مي‌توان الياف آراميد را به همراه شيشه و كربن در ساخت كامپوزيتهاي هيبريد بكار برد و از خواص انحصاري هر دو نوع الياف بهره برد. با بكار بردن تركيبي از الياف در يك كامپوزيت، مي‌توان به نتايج مطلوب از نظر خواص و مسايل اقتصادي دست يافت. اين نوع كامپوزيت را كامپوزيت هيبريد مي‌نامند.

1- الياف طبيعي

اليافي كه از منابع طبيعي مانند معادن، حيوانات و گياهان بدست مي‌آيند، در گروه الياف طبيعي قرار مي‌گيرند. مصريان باستان از كامپوزيتهاي الياف طبيعي آجر، ظروف سفالي و قايقهاي كوچك مي‌ساختند. يك قرن پيش توليد تقريباً تمام وسايل و بسياري از محصولات فني از الياف طبيعي ساخته مي‌شد. پارچه، طناب، كرباس و كاغذ از الياف طبيعي مانند كتان، شاهدانه، سيسال و كنف ساخته مي‌شد.

مي‌توان الياف طبيعي را به سه دسته معدني، حيواني و گياهي تقسيم نمود.

الياف معدني: الياف اين گروه از سنگهاي معدني بدست مي‌آيند. به عنوان نمونه مي‌توان به آزبست اشاره نمود. آزبست مي‌تواند استحكام و سفتي كامپوزيت را بهبود ببخشد ولي استحكام ضربه را كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين فرآيند آن مشكل است. امروزه استفاده از اين الياف بدليل ايجاد سرطان ريه در طولاني مدت، محدود و ممنوع شده است.

الياف حيواني: الياف بدست‌آمده از ارگانيسم‌هاي زنده، الياف حيواني ناميده مي‌شوند. به عنوان مثال، پشم از گوسفند اهلي بدست آيد. الياف ابريشم را كرم ابريشم مي‌سازد. ابريشم بر خلاف تمام الياف طبيعي ديگر از قبيل پنبه، كتان و پشم، يك ساختار سلولي ندارد و روش ساخت آن، شبيه الياف مصنوعي مي‌باشد. از الياف حيواني در ساخت كامپوزيتها استفاده نمي‌شود.
الياف گياهي: در بين الياف طبيعي، الياف گياهي بيشترين كاربرد را در كامپوزيتها دارند. بر اساس اينكه از كدام قسمت گياه گرفته شده‌اند، به سه دسته تقسيم مي‌شوند:

الياف ميوه: پنبه(cotton) نارگيل (coir ) وkapok

الياف پوست يا ساقه: كتان،كنف،(jute )، بوته شاهدانه (hemp) و رامي

الياف برگ: سيسال (sisal)،آناناس

 الياف طبيعي از قديم در صنايع مختلف استفاده مي‌شده‌اند و پتانسيل كاربرد در صنايع رو به رشد كامپوزيتهاي مهندسي را دارا مي‌باشند. اگر چه جايگزيني مستقيم الياف شيشه با الياف طبيعي به راحتي امكان پذير نيست، اما خواصي كه اين الياف در مقايسه با شيشه از خود نشان مي‌دهند در بسياري جهات موجب برتري آنها مي‌شود:

1- ‌داراي منابع تجديد شونده

2- ‌امكان استحصال نامحدود

3- فوايد محيطي ناشي از ايجاد تعادل در توليد و مصرف گاز دي اکسيد کربن

4- سبكي

5-بازيافت بهتر

6-كاهش فرسايش ابزار

7-بهبود بازگشت انرژي

 

8-كاهش ناراحتي‌هاي پوستي و تنفسي

9-زيست تخريب بودن

اجزاء الياف طبيعي گياهی عبارتند از سلولز، ليگنين، پكتين، واكس و مواد محلول در آب.

سلولز: بخش اصلي تمام الياف گياهي است. سلولز جامد، يك ساختار ميكروكريستالين با نواحي كريستالي و آمورف تشكيل مي‌دهد.
ليگنين: يك تركيب حلقويِ بيشتر سه بعدي، با جرم مولكولي بالاست كه فقط در مقادير جزئي مي‌تواند هيدروليز شود. خواص مكانيكي آن به وضوح پايين‌تر از سلولز مي‌باشد.

پكتين: نام كلي هتروپلي ساكاريدهاست كه اصولاً شامل اسيد پلي‌گالاكتورُن مي‌باشد. اين ماده تنها پس از خنثي سازي جزئي با قليا يا هيدروكسيد آمونيم قابل حل در آب مي‌باشد.

واكس: ماده‌اي كه مي‌توان آنرا با تركيبات آلي استخراج كرد ولي در آب غير قابل حل است.

توجه همگاني به شرايط محيطي علاقه‌مندي مجددي را در كاربرد الياف طبيعي ايجاد كرده است. بازيافت و لحاظ شرايط محيطي براي معرفي كامپوزيتهاي جديد به بازار از اهميت روز افزوني برخوردار است.

قوانين محيط زيستي و فشار مصرف كننده، باعث شده است كه توليد كنندگان مواد و قطعات، اثرات محصولات خود در محيط زيست را در تمام مراحل كار بسنجند. اين نكات باعث شده است در سالهاي اخير كارهاي زيادي در ساخت مواد كامپوزيتي بر پايه منابع تجديد پذير از جمله الياف طبيعي انجام بگيرد. اخيرا صنعت خودرو سازي به كاربرد كامپوزيتهاي الياف طبيعي به عنوان يك راه خدمت به محيط زيست و در عين حال رعايت مسايل اقتصادي، توجه جدي داشته است. كاربردهاي ديگر نيز در صنايع ساختمان در حال پيدايش هستند.

بايد توجه داشت كه بدليل حضور گروههاي آبدوست در الياف، رطوبت تأثير شديدي روي كامپوزيتهاي الياف طبيعي دارد. خشك كردن الياف به هنگام فرآيند ساخت اهميت فراواني دارد چرا كه رطوبت روي الياف به عنوان يك عامل جداساز در فصل مشترك الياف و رزين عمل مي‌نمايد. به همين جهت تمام روشهاي ساخت در دماهاي بالا انجام مي‌گيرد. وجود هرگونه رطوبت، باعث كاهش استحكام و سفتي كامپوزيت مي‌شود. اغلب الياف گياهي، 10 درصد رطوبت اسمي دارند كه پس از خشك كردن به 1 درصد كاهش مي‌يابد.
كيفيت فصل مشترك الياف و رزين نقش مهمي در تعيين مقبوليت الياف طبيعي به عنوان تقويت كننده مواد كامپوزيتي، دارد. به منظور بهبود چسبندگي الياف و رزين، روشهاي فيزيكي و شيميايي مختلفي وجود دارد. برخي اين روشها عبارتند از اصلاح توسط پلاسما و كرونا، اصلاح توسط تخليه الكتريكي، جفت كننده‌هاي شيميايي

اصلاح سطح تاثيرمهمي درافزايش خواص كامپوزيت دارد. علاوه بر آن ممكن است حساسيت به رطوبت الياف را به حداقل برساند و دوام كامپوزيت را بيشتر كند.

2-  ساير الياف

 در برخي كاربردها ذرات معدني به عنوان تقويت كننده پليمرها استفاده مي‌شوند.

ذرات معدني به شرط دارا بودن نسبت aspectطول به قطر كافي و چسبندگي مناسب به ماتريس پليمري، خواص خوبي به پليمر مي‌دهند. اين الياف به راحتي فرآورش مي‌شوند و كمتر مي‌شكنند و فرسايش كمي در تجهيزات توليد ايجاد مي‌كنند. گاهي اوقات طبيعت شيميايي اين مواد مي‌تواند ويژگي‌هايي چون مقاومت شعله در پليمر ايجاد مي‌نمايد.

علاوه بر محصولات طبيعي مانند ولاستونيت (wolastonite ) و آزبست، اين الياف شامل محصولات مصنوعي مانند كربنات كلسيمِ ته نشين شده و سولفات كلسيم نيز مي‌باشد. همچنين گاهي الياف بر پايه آلومينا و بر (boron) به منظور ايجاد خواص ويژه در كامپوزيت بكار برده مي‌شوند. اين سيستم‌ها نه تنها استحكام خوبي دارند، بلكه داراي خواص هدايت حرارتي و الكتريكي و مقاومت فرسايش نيز مي‌باشند.

در گذشته تنها دو محصول طبيعي، داراي صرفه اقتصادي بود كه آزبست و ولاستونيت ناميده مي‌شوند. به دليل شرايط زيست محيطي ديگر از آزبست به عنوان تقويت كننده استفاده نمي‌شود.

ولاستونيت در طبيعت بصورت سوزني شكل وجود دارد و بيان شده كه داراي سميت كمي است. اين ماده پس از استخراج بصورت پودري سفيد رنگ با l/d ‌هاي مختلف بدست مي‌آيد. بالاترين نسبت aspect قابل دستيابي در اين الياف20:1 مي‌باشد. اين امر پتانسيل تقويت كنندگي اين ماده را كاهش مي‌دهد. با اين وجود، محدوده‌اي از مصولات با انجام اصلاح سطح به منظور بهبود چسبندگي وجود دارد. عليرغم پايين بودنl/d، ولاستونيت مي‌تواند تلفيق خوبي از خواص با يك قيمت معقول ايجاد نمايد، بويژه وقتي به همراه الياف شيشه استفاده شود.

تعدادي از مواد معدني مي‌توانند به روش ته نشيني از محلول به صورت ذرات سوزني شكل در آيند و به عنوان تقويت كننده‌هاي تجاري استفاده شوند. از جمله اين مواد مي‌توان به كربنات كلسيم تهيه شده به روش ته نشين، سولفات كلسيم، اكسي سولفات و فسفات منيزيم اشاره نمود. نسبت l/d اين مواد بين 1 :20 تا1:100 مي‌باشد.

الياف آلومينا:

در تئوري آلومينا مي‌تواند به عنوان يك ماده با استحكام بالا مطرح باشد. پيوندهاي چند ظرفيتي اشتراكي قوي اين ماده موجب ايجاد كريستال‌هاي محكم با مدول شصت گيگاپاسكال و مقاومت حرارتي بالا مي‌شود. در عمل پلي كريستالينهاي آلومينا به عنوان يك سراميك مهندسي مطرح هستند. افزودن ساير اكسيدها مي‌تواند به فرآورش، تراكم و كنترل اندازه ذرات كمك كند. به دو دليل بسط الياف پيوسته آلومينا به كندي صورت مي‌گيرد:

اول آنكه دانسيتة آن نسبتا بالا خواهد بود و براي كاربردهايي كه خواص ويژه اهميت دارند، جذاب نيست. و دوم اينكه آلومينا، مانند شيشه داراي خواص ذوب و ريسندگي مذاب نيست و اصولا تهيه الياف عاري از حباب بسيار مشكل است

الياف بُر

بُر يك ماده مناسب براي ساخت الياف با كارايي بالاست. اتمهاي سبك بُر چند ظرفيتي هستند و پيوندهاي با ظرفيت بالا ايجاد مي‌نمايند و در عين حال دانسيته پاييني دارند. توليد تجاري الياف بُر، انحصارا توسط روش deposition بخار شيميايي (Cvd =‌Deposition vapour chemical) انجام مي‌گيرد.

بُر شكل deposite شده فاز بخار روي رشته نازكي از يك فلز نسوز (معمولا تنگستن) به قطر m m 12 است. رشته تنگستن به عنوان بستر deposition عمل مي‌نمايد. هم‌ هاليد بُر و هم هيدريد بُر براي انتقال بُر به بستر رشته‌اي استفاده مي‌شوند. در يك سيتم‌هاليدي، هيدروژن براي احياء‌ هاليد به بُر استفاده مي‌شود. در سيستم هيدريدي، از تخريب حرارتي در فشار پايين استفاده مي‌شود.
قطر رشته‌هاي بر صد ميكرومتر مي‌باشد و استحكام كششي آنها مي‌تواند در محدودة دو تا چهار گيگاپاسكال و مدول آنها در حدود سيصد و هشتاد مگاپاسكال باشد.

 در مجموع مي‌توان گفت اين الياف خواص بسيار جالبي دارند ولي گران قيمتند.

انواع بافت هاي الياف هاي پارچه اي مقايسه آنها

1-   بافت ساده

2-   بافت جناغي

3-   بافت اطلس

4-   بافت سبدي

5-   بافت Leno

6-   بافت Mock Leno

 

مقايسه خواص انواع بافت ها

Property	Plain	Twill	Satin	Basket	Leno	Mock Leno
Good Stability	****	***	**	**	*****	***
Good Drape	**	****	*****	***	*	**
Low Porosity	***	****	*****	**	*	***
Smoothness	**	***	*****	**	*	**
Balance	****	****	**	****	**	****
Symmetrical	*****	***	*	***	*	****
Low Crimp	**	***	*****	**	**/*****	**

***** = excellent, **** = good, *** = acceptable, ** = poor, * = very poor

روشهاي ساخت کامپوزيتها

1-  لايه گذاري دستي يا hand lay up

در اين روش، ابتدا رها ساز روي سطح قالب اسپري مي‌شود تا جدا كردن قطعه ساخته شده به سهولت انجام بگيرد. سپس ژل كوت روي آن اعمال مي‌شود تا سطح قطعه از نظر كيفيت و ظاهر، سطح مطلوبي باشد. آنگاه الياف رو يا درون قالب قرار مي‌گيرند و رزين با دست روي آنها ريخته شده، توسط قلم و يا غلطك آغشته سازي كامل مي‌شود. همچنين اين امكان وجود دارد كه الياف ابتدا به رزين آغشته شود و بعد لايه گذاري انجام گيرد. حبابهاي هواي گير كرده در قطعه با حركت قلم يا غلطك و فشار دادن الياف خارج مي‌شوند. لايه گذاري و آغشته سازي تا رسيدن به ضخامت مورد نظر ادامه مي‌يابد. قطعه معمولاً در فشار و دماي محيط پخت مي‌شود. با كاتاليزور و شتابدهنده زمان پخت را مي‌توان تنظيم نمود.

بيشترين رزينهاي مورد استفاده، پلي استر و اپوكسي مي‌باشد. پلي استر بدليل قيمت ارزان، در دسترس بودن و سهولت كار، رزين مطلوبي محسوب مي‌شود. همچنين پلي استر به راحتي با رهاسازهاي استاندارد، از قالب جدا مي‌شود. به منظور كاهش جمع شدگي قطعه كه منجر به تابيدگي و موجدار شدن سطح مي‌شود، از فيلرهايي مانند تالك و كربنات كلسيم استفاده مي‌كنند.
 اپوكسي‌ها گران قيمتند ولي خواص بهتري دارند. رهاسازهاي قالب براي فرمولاسيون ضروري است و در غير اينصورت قطعه به قالب مي‌چسبد و منجر به مشكلات جداكردن قطعه از قالب، تابيدگي، صدمه به قطعه و حتي قالب مي‌شود.
در فرمولاسيون هر دو رزين مي‌توان افزودني‌هاي ضد شعله يا خود خاموش كن را وارد كرد. اپوكسي بيشتر به خاطر پايداري ابعادي و استحكام بالا استفاده مي‌شود در حاليكه پلي استر در حجمهاي بالا و در كاربردهاي معمولي استفاده مي‌شود.

الياف شيشه متداولترين تقويت كننده در كامپوزيتهاي ساخته شده به روش لايه گذاري دستي مي‌باشند. اين الياف از رشته‌هاي نازكي كه با سيلان اصلاح سطح شده‌اند، تشكيل شده‌اند. سيلان چسبندگي رزين به الياف را بهبود مي‌بخشد.
در اين فرآيند انواع الياف از قبيل پارچه، نمد، الياف كوتاه و رشته‌اي استفاده مي‌شود و شكل الياف خيلي نقش بحراني در اين فرآيند ندارد. ولي البته الياف پارچه‌اي و نمد بيشتر استفاده مي‌شود.

لايه گذاري دستي در حدود سالهاي 1940 ابداع شد و مواد و روشها تفاوتهاي چنداني از آن وقت تا كنون نكرده‌اند، لايه گذاري دستي هنوز وابسته به مهارت كارگر مي‌باشد. اين فرآيند در ساخت كشتي با موفقيت بكار گرفته شده است.

ساير قطعات ساخته شده به اين روش عبارتند از گنبدها(radomes)، كانالهاي آب، استخر، تانكر، ميز و صندلي، تجهيزات محيطهاي خورنده، قطعات خودرو، اطاقك و خانه‌هاي پيش ساخته، صفحات صاف و موجدار، نمونه سازي و قالبهاي كامپوزيتي.
مهمترين امتيازات سيستم‌هاي پلي استر يا اپوكسي در روش لايه گذاري دستي عبارتند از: سهولت ساخت، ارزاني ابزار كار، رنگ آميزي‌هاي مختلف، خواص مناسب براي كاربردهاي مورد نظر، امكان ساخت قطعات بزرگ
يك فرآيندساده لايه گذاري دستي، روي يك قالب نر يا درون قالب ماده امكان پذير است. انتخاب قالب بستگي دارد به اين دارد كه كدام طرف قطعه از نظر ظاهري داراي اهميت است. اگر سطح بيروني مهم باشد از قالب ماده استفاده مي‌شود و اگر سطح داخلي اهميت داشته باشد از قالب نر.

اگر كيفيت بالاي سطح مورد نظر باشد، يك لايه از رزين داراي كاتاليزور روي قالب اسپري مي‌شود و اجازه مي‌‌‌يابد تا نيم پخت شود. اين لايه رزيني ژل كوت ناميده مي‌شود و يك لايه محافظ غير قابل نفوذ روي الياف تشكيل مي‌دهد. رزينهاي ژل كوت براي اينكار فرموله مي‌شوند تا منعطف بوده، در برابر تاول و تخريب مقاوم باشند.

سطح ديگر كامپوزيت معمولا زبر مي‌باشد ولي با بكار گيري يك سلفون يا فيلمي از جنس پلي وينيل الكل يا مواد مشابه، كمي با كيفيت تر مي‌شود. مواد زيادي براي ساخت قالب استفاده مي‌شوند از جمله چوب، پلي استر، اپوكسي، لاستيك و فولاد.
روش پيش آغشته مي‌تواند به عنوان ادامه روش لايه گذاري دستي در نظر گرفته شود. در اين فرايند الياف با رزين فرمول شده آغشته مي‌شود. تقويت كننده معمولا بصورت نوارهاي تك جهته از الياف يا پارچه بافته شده مي‌باشد و به منظور سهولت حمل و نقل و انبار، نيم پخت مي‌شوند. پيش آغشته نيم پخت، چرم مانند است و كمي چسبنده، بنابراين لايه‌ها روي شكل‌هاي پيچيده سر نمي‌خورند و مي‌توانند شكل برجستگي‌هاي قالب را به خود بگيرند و در نتيجه شكل‌هاي پيچيده به دقت قابل قالبگيري مي‌باشند.

از آنجا كه فرمولاسيون رزين در پيش آغشته داراي شروع كننده مي‌باشد، داراي تاريخ مصرف مي‌باشد و پيش از چند روز يا چند هفته نمي‌توان آنرا در دماي اطاق نگهداري نمود. بنابراين آنها را در فريزر نگهداري مي‌كنند تا تاريخ مصرف آنها به يك سال و يا حتي بيشتر برسد.معمولاً پيش آغشته‌ها با تجهيزات ساخت مخصوص ساخته مي‌شوند تا درصد رزين و الياف كنترل ‌شود. آغشته سازي كامل الياف با رزين مشكل نواحي آكنده از رزين( resin reach ) و عاري از آن را حل مي‌كند. در نتيجه همگوني بهتري نسبت به لايه گذاري دستي حاصل مي‌شود. بنابراين از پيش آغشته در جاهايي استفاده مي‌شود كه كارايي قطعه حساس است. تقريبا تمام رزينهاي مورد مصرف صنايع كامپوزيت، به شكل پيش آغشته نيز وجود دارند.

2- پاشش رزين (spray up)

در تلاش براي افزايش اتوماسيون فرآيند دستي، روشهاي مختلف پاشش رزين ابداع شده‌اند. اين روشها با كاربرد رشته‌هاي (roving) ارزانتر، كاهش زمان اعمال رزين و آغشته سازي الياف و به حداقل رساندن اتلاف مواد، قيمت كلي كامپوزيت حاصل را كاهش مي‌دهند.

در فرآيند پاشش رزين، الياف و رزين بطور همزمان رو يا درون يك قالب پاشيده مي‌شوند. الياف رشته‌اي به يك خردكن وارد شده و بعد داخل جريانِ رزين همراه كاتاليست قرار مي‌گيرند. رزين و كاتاليست ممكن است دريك تفنگ پاشش (spray gun) و يا از دو تفنگ پاشش وارد شوند و در هر حال وقتي به قالب مي‌رسند، با هم مخلوط شده‌اند. سيستم پاشش ممكن است با هوا باشد. به منظور سهولت كار با دستگاه، معمولا تفنگ پاشش به يك ميله متحرك آويزان است.

پس از پاشش رزين و الياف و نشستن آنها روي قالب، از الياف آغشته به رزين، حبابهاي هوا توسط غلطك كاري خارج مي‌شوند و الياف كاملا خوابانده مي‌شوند و سطح صاف مي‌شود. لايه‌هاي بعدي رزين و الياف را نيز مي‌توان تا رسيدن به ضخامت مطلوب اعمال نمود. سپس قطعه را در فشار و دماي محيط پخت مي‌كنند، هر چند مي‌توان با اعمال حرارت، پخت را سريع كرد.

رزينهاي مورد استفاده دراين فرآيند معمولا پلي استر و اپوكسي هستند. با پاشش ژل كوت روي قالب مي‌توان يك سطح نهايي عالي ايجاد كرد.

طي فرآيند پاشش رزين، به منظور افزايش مقاومت در يك جهت يا محل خاص مي‌توان الياف پارچه‌اي را به آن اضافه نمود. قالب‌هاي فرآيند مي‌توانند از جنس چوب، وينيل پلي استر، اپوكسي، لاستيك و يا فولاد باشند.

 فرآيند پاشش رزين براي حجم توليد كم تا متوسط ايده آل است. بخصوص براي ساخت قطعات بزرگ بسيار مناسب است. علاوه بر اين، انتخاب لايه گذاري دستي يا پاشش رزين بستگي به خواص مكانيكي و محدوديتهاي فرايند دارد. خواص مكانيكي لايه گذاري دستي، به دليل پيوسته بودن الياف، بالاتر است. مزاياي هر دو روش بسيار شبيه هم است. فرآيند پاشش رزين هنوز براي توليد وان حمام، اطاقك دوش، قطعات اتومبيلهاي تفريحي، اطاق و سقف كاميون، صفحات بزرگ، اطاقك نگهباني و خانه پيش ساخته، اثاثيه منزل و قطعات معماري استفاده مي‌شود، اگر چه فراگيري اين فرآيند توسط ساير روشهاي شكل دهي مانند آر تي ام تحت الشعاع قرار گرفته است.

3- آميزه ‏هاي قالبگيري (SMC, BMC, Compression Molding)

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.

تركيب درصد نمونه‏اي از خمير DMC

توليد DMC معمولاً در درجه حرارت اتاق انجام مي‏شود هر چند امكان گرم كردن يا سرد كردن مخلوط از طريق گردش روغن در ژاكت مخلوط ساز وجود دارد. در فرآيند توليد ابتداء مواد پودري وزن گرديده و بمدت يك دقيقه با هم مخلوط مي‏شوند. رزين و ديگر مواد افزودني اضافه شده و مخلوط سازي بمدت 30-15 دقيقه ادامه مي‏يابد. در طي اين مدت مي‏توان مخلوط سازي را بمنظور پاك سازي ديوارة ظرف متوقف نمود. پس از هموژن شدن مخلوط الياف تقويت كننده بتدريج اضافه شده و با مخلوط آبكي رزين مخلوط مي‏شوند. اين عمل حدود 5 دقيقه بطول مي‏انجامد و هدف آن صرفاً توزيع مناسب الياف در سراسر رزين است. براي مخلوط سازهاي با تيغة Z يا زيگما فاصله بين تيغه و ديوارة ظرف در محدودة 3 تا 12 ميلي متر است. هر چه اين فاصله كمتر باشد عمل مخلوط سازي بهتر صورت مي‏گيرد اما احتمال آسيب رساندن به الياف بيشتر مي‏شود. نهايتاً تركيب حاصله در فيلم‎هائي كه مانع از تبخير مواد فرار مي‏شوند بسته ‏بندي گرديده و يا بصورت رشته اكسترود شده و در بشكه‏ هاي خاص نگهداري مي‏شوند.

BMC عموماً به تركيبي اطلاق مي‏گردد كه بر پايه رزين ايزوفتاليك است و همچنين عمل تغليط‏سازي در آن بوسيله MgO صورت مي‏گيرد. عمل تغليظ‏سازي مي‏تواند ميزان پركننده را تا phr 100 تقليل دهد و لذا امكان افزايش ميزان تقويت كننده را فراهم سازد. كاهش ميزان پركننده در BMC ظاهر سطحي بهتري را نسبت به DMC براي آن فراهم مي‏سازد.

نمونه ‏هاي از تركيبات قالبگيري BMC و DMC

قالبگيري فشاري آميزه ‎‏هاي قالبگيري:

بمنظور قالبگيري آميزه‏هاي BMC, DMC, SMC مي‏توان از قالبگيري فشاري استفاده كرد. مراحل كلي فرآيند را مي‏توان بصورت زير بيان نمود.

مرحلة اول: در اين مرحله آميزه بايد باندازة مورد نظر در قالب قرارداده شود. آميزة DMC, BMC  را مي‏توان پس از وزن نمودن بصورت توپ گرد درآورد و در وسط قالب قرار داد. آميزة SMC را مي‏توان بصورت لايه‏هاي مختلف بريد و بگونه‏اي در قالب چيد كه حدود %80-70 سطح قالب پوشانده شود.

مرحلة دوم: قسمت بالائي قالب (فك متحرك) بسرعت پائين آورده مي‏شود. تا در تماس با سطح مواد قرار گيرد. سپس سرعت كم مي‏شود و بآرامي قالب بطور كامل بسته مي‏شود. سرعت بسته شدن قالب اهميت دارد، چرا كه سرعت بالا منجر به بدام افتادن هوا در قطعه و سرعت پائين منجر به پخت رزين و احتمال پرنشدن قالب مي‏شود.

مرحلة سوم: در اين مرحله و پس از بسته شدن قالب براي مدتي قطعه در قالب نگه داشته مي‏شود تا مراحل پخت رزين با تمام برسد. سپس قالب باز شده و قطعة پخت شده بوسيله ميله‎ هاي خارج كننده به بيرون رانده مي‏شود.

سيكل قالبگيري بستگي به سيستم رزين-‎آغازگر، ضخامت قطعه و پارامترهاي ديگر دارد اما بطور نمونه مي‏توان گفت كه در حدود 45 ثانيه بازاي هر ميلي متر ضخامت در درجه حرارت بين °C 160-120 و فشار بين psi, 1000-200 مي‏باشد.

موارد زير مي‏توانند در كيفيت قطعه حاصله مؤثر باشند.

-        پيش حرارت دهي مواد قالبگيري

-        قالبگيري در محيط خلاء

-        پوشش دهي درون قالبي

4- تزريق رزين (RTM)

 RTM يك فرآيند قالب بسته مي‌باشد. در اين فرآيند ابتدا الياف را در يك قالب دو كفة نر و ماده قرار مي‌دهند. سپس رزين مايع و كاتاليست توسط يك ميكسر ايستا مخلوط مي‌شوند و مخلوط آنها از طريق منافذ تزريق با يك فشار مختصر وارد قالب مي‌شود. فشار تزريق معمولاَ كمتر از  KPa700 مي‌باشد. هواي محبوس در بين الياف با ورود رزين، به سمت خروجي‌هاي قالب رفته، از قالب خارج مي‌شوند. كنترل شكل پر شدن قالب براي دستيابي به آغشته سازي كامل الياف، از اهميت خاصي برخوردار است. تشكيل نواحي عاري از رزين و آكنده از آن باعث از رده خارج شدن قطعه مي‌شود. چرخة پخت به ضخامت قطعه، نوع رزين و دماي قالب دارد. قطعات معمولاً در قالب گرم پخت مي‌شوند و عمليات پس پخت براي بهبود خواص مكانيكي بكار مي‌رود. RTM براي توليد قطعات بزرگ و پيچيده داراي مزيت است. سرعت نسبتاَ بالا، مطلوب بودن دو طرف سطح، به راحتي قابل دستيابي است. امكان پخت قطعه در قالب موجب كاهش قابل ملاحظة زمان فرآيند در مقايسه با فرآيند لايه گذاري دستي است.
 از آنجايي كه RTM مانند اتوكلاو داراي محدوديت ابعاد و فشار نيست، ابزارهاي جديد براي ساخت قطعات بزرگ و پيچيده قابل استفاده‌اند.

  فرآيند RTM هيچگاه بدون حل مسايل مربوط به اتوماسيون فرآيند ساخت و پيش شكل ابزاركاري، تحليل جريان پر شدن قالب و شيمي رزين، تا اين حد گسترش و تعميم نمي‌يافت. در دو دهة گذشته پيشرفت سريع در RTM، اين مشكلات را حل كرد و پتانسيل فرآيند RTM را براي ساخت كامپوزيتهاي پيشرفته اثبات نمود. مزاياي اين فرآيند مي‌تواند بصورت ذيل خلاصه شود:

 - امكان ساخت قالبها و قطعات با تلورانس ابعادي دقيق

-  كيفيت مناسب دو روي قطعه

-  امكان چينش دلخواه الياف

-  امكان كاربرد 65% حجمي الياف

-  يكنواختي جمع شدگي با توجه به همگوني ضخامت و بارگذاري الياف

-  امكان تعبية الحاقات فلزي و غيره درون قالب

-  پايين بودن نسبي قيمت تجهيزات

-  پايين بودن فشار تزريق

-  كم كردن انتشار مواد فرار

-  كاهش اتلاف مواد

-  قابليت ساخت قطعات پيچيده و توخالي

-  امكات اتوماسيون و بالا بردن سرعت توليد

-  كاهش حباب در قطعه

-  امكان ساخت قطعات با ضخامت يكدهم تا نود ميلي متر

از سوي ديگر، RTM داراي معايبي نيز هست؛ طراحي قالب، حساس است و نياز به مهارت دارد. درگاه نامناسب تزريق و خروجي مي‌تواند منجر به ايجاد نقص در قطعه شود. كنترل آغشته سازي و شكل جريان مشكل است. در گوشه‌ها و لبه‌ها نقاط آكنده از رزين بوجود مي‌آيد. در مجموع مي‌توان گفت خواص قطعه حاصل از اين فرآيند معادل قطعات حاصل از قالبگيري  مي‌باشد ولي به خوبي پلتروژن و رشته پيچي نيست.

5- پالتروژن

پلتروژن فرآيند پيوسته‏اي براي توليد انواع پروفيلهاي كامپوزيتي است. در اين فرآيند، الياف تقويت كننده را از يك حمام عبور مي‏دهند تا به رزين آغشته شود. سپس الياف آغشته شده را وارد يك قالب گرم مي‏نمايند و نمونة پخت شده را توسط يك دستگاه كشش بيرون مي‏كشند. بعد از اين مرحله امكان برش محصول در اندازه‏هاي دلخواه وجود دارد. اين فرايند تا حدودي مشابه فرايند اكستروژن پلاستيكها و توليد پروفيلهاي پلاستيكي است.

 از جمله مزاياي اين روش كه يكي از باصرفه‏ترين روشهاي توليد كامپوزيتهاست، اين است كه درصد الياف در آن بالاست و چون الياف بصورت طولي آرايش مي‏يابند، محصول داراي استحكام كششي و فشاري بسيار بالايي است. همچنين سطح محصول نهايي كاملاً صاف است و نيازي به فرآيندهاي تكميلي نيست.

مراحل فرآيند:

• ورودي الياف: الياف تقويت كننده‏ به شكلي هستند كه بطور پيوسته فرآيند امكان پذير باشد. قفسة الياف پيوسته، اولين قسمت خط فرآيند مي‏باشد. بعد از قفسة الياف، قفسة نمد الياف شيشه يه پارچة‌ها سطح قرار دارد. حركت الياف از ناحية آغشته ‏سازي مي‏بايست كنترل شود تا از هرگونه پيچش و گره و آسيب محفوظ بماند. اينكار مي‏تواند توسط راهنماهاي فلزي، سراميكي و يا تفلوني انجام ‏شود.
• ‍حمام آغشته‏‌سازي: آغشته‌‏سازي الياف تقويت كننده، از اصول فرآيند پلتروژن مي‌باشد. غوطه‏‌وري در حمام يك راه براي اين كار است. در اين روش الياف از رو و زير ميله‌‏هاي آغشته‌‏سازي عبور داده مي‏شوند تا از هم باز، و به رزين آغشته گردند. معمولاً در ساخت پروفيلهاي پيچيده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتي براي شكل دادن به الياف آغشته به رزين، استفاده مي‏‌كنند. پوشش اين صفحات بايد از جنسي مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الياف آغشتة ضعيف شده، جلوگيري به عمل آيد. معمولاً اين قطعات از جنس تفلون، پلي‏ اتيلن با جرم مولكولي بسيار بالا ، فولاد با پوشش كرم و يا آلياژهاي مناسب فولادي مي‏باشند.
• قالب: قالب پلتروژن، قلب اين فرايند محسوب مي‏شود. چرا كه دما، كنترل كنندة سرعت واكنش پخت، محل پخت رزين در قالب و شدت گرماي حاصل از پخت رزين مي‏باشد. قطعه‌‏اي كه كامل پخت نشده باشد، خواص فيزيكي و مكانيكي ضعيفي از خود نشان مي‏دهد. همچنين اگر گرماي اضافي در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترك حرارتي، موجب افت خواص الكتريكي، شيميايي و مكانيكي قطعه مي‏شود.

گيره و كشش: حداقل 3 متر فاصله بين خروجي قالب و محل كشش مي‏بايس تعبيه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پيدا كند و در برابر فشار گيرة كشش تغيير شكل ندهد. سه روش براي كشش مرسوم است؛ كشش رفت