بطور كلی آمیز ه قالبگیری را میتوان مخلوطی از رزین، مواد پركننده، الیاف تقویت كننده، آغازگر، رها ساز، رنگدانه، پایدار كننده و دیگر مواد افزودنی دانست. این آمیزهها معمولاً به شكلی كه مناسب برای قالبگیری نهایی است تولید میگردند. بسته به شكل آمیزه فرآیند قالبگیری میتواند فشاری، ترزیقی و یا انتقالی باشد. كاربرد گستردة این مواد به بهای نسبتاً پائین و امكان بهینه سازی خواص آنها جهت كاربردهای ویژه نسبت داده میشود. آمیزههای قالبگیری بر پایه اغلب رزینهای گرما سخت وجود دارند اما آمیزه های بر پایة رزین پلی استر غیر اشباع سهم عمده را بخود اختصاص میدهند لذا در اینجا تأكید روی آنها بوده است.
آمیز ه قالبگیری ورقهای :Sheet Moulding compound، (SMC)
این آمیزه ورقهای چرم – مانند با ضخامت 5-3 میلی متر ازمواد است كه بین دو فیلم نازك از پلی اتیلن عرضه میگردد (این فیلمها قبل از قالبگیری آمیزه برداشته میشوند). ماده مورد استفاده در این آمیزه مخلوطی از الیاف شیشه بریده شده و خمیری از پلی استر غیر اشباع میباشد. یك تركیب درصد نمونه از این خمیر درجدول 2 آورده شده است. در این جدول 70% وزنی SMC را خمیر تشكیل میدهد و 30% باقیمانده را الیاف شامل میشود.
تركیب درصد نمونه از خمیر آمیزه قالبگیری ورقهای
|
مواد |
درصد وزنی |
| رزین پلی‌استر غیر اشباع |
??.? |
| پركننده |
??.? |
| تغلیظ كننده |
?.? |
| آغازگر |
?.?? |
| افزودنی ضد جمع شدگی |
?.?? |
| رهاساز |
? |
| تاخیر انداز |
جزئی |
تولید SMC با تهیه محلول آبكی (slurry) از مواد در یك دستگاه مخلوط ساز با سرعت بالا آغاز میگردد. همة اجزاء باستثناء تغلیظ كننده بمدت 15 دقیقه با هم مخلوط میشوند. در طی این مدت دمای مخلوط تا حدود C ْ30 بالا میرود. دراین مرحله ویسكوزیتة مخلوط حدود Pas 30-20 میباشد. پس از اینكه عمل مخلوط سازی با تمام رسید مادة تغلیظ كننده (Thickener) اضافه گردیده و بسرعت طی مدت زمان حدود 5 دقیقه با بقیة اجزاء مخلوط میگردد. در این مرحله خمیر آماده است و جهت تلفیق با الیاف به ماشین SMC منتقل میگردد.
دراینجا خمیر تهیه شده با ضخامت معین بر روی یك فیلم پلی اتیلنی ( با پهنای یك متر و ضخامت mm 20-15) كه از رول فیلم بر بستر متحرك دستگاه باز میشود ریخته میشود. سرعت حركت این فیلم بین m/min 9-5 میباشد. این فیلم از زیر دستگاه برش الیاف عبور میكند و الیاف بلند به طولهای mm 25 بریده شده و با سرعتی كه درصد حجمی مورد نظر را فراهم سازد روی فیلم آغشته به خمیر بصورت راندم مینشینند. این فیلم بهمراه فیلم دیگر كه فقط خمیر روی آن ریخته شده و فاقد الیاف است با هم ساندویچ شده و از یكسری غلطك عبور میكنند. این غلطكها باعث آغشتگی الیاف به رزین، خروج هوا از آمیزه و همچنین تنظیم ضخامت ورق و در نتیجه تنظیم تركیب درصد الیاف میشود. در انتها ساندویچ تهیه شده بر روی یك غلطك بصورت رول جمعآوری میگردد و در یك فیلم نایلون یا سلوفان پیچیده شده تا از فرار مونومر جلوگیری شود. این رول سپس به محیطهای كنترل از لحاظ دمائی منتقل شده تا مرحله تغلیظ شدن در آن سپری شود. در مرحله تغلیظ اجازه داده میشود تا ویسكوزیته تركیب به حدی برسد كه ورق SMC براحتی قابل جابجائی، برش و قالبگیری باشد.
وجود پركننده باعث بهبود كیفیت سطح قطعه شده و تغییرات ابعادی (انقباض) قطعه را كه ناشی از پخت رزین است كاهش میدهد. همچنین تأثیر عمدهای در كاهش قیمت تمام شدة محصول دارد.
درصد وزنی پركننده در آمیزه بستگی به نوع پركننده، خواص رئولوژیكی رزین و درصد الیاف دارد. بطور كلی میزان پركننده باید در حدی باشد كه خیس شدگی مناسب سطح الیاف با رزین را مانع نشده و جریان رزین را در قالب دچار اشكال نكند. هر چه درصد الیاف بیشتر باشد نسبت پركننده به رزین كمتر میشود. بطوریكه نسبت پركننده به رزین برای آمیزههای قالبگیری ورقهای با 30%، 50% و 65% الیاف به ترتیب 5/1، 5/0 و صفر باشد.
آغازگر نقش شروع واكنش پخت را به عهده دارد. بطور معمول آغازگرهای مورد استفاده در آمیزههای قالبگیری رزین پلی استر، پراكسیدهای آلی با فرمول عمومی ROOR’ میباشد كه در شرایط دمائی خاص به رادیكالهای مربوط (ROo) تجزیه گشته و این رادیكالها با حمله به نواحی غیر اشباع در زنجیرة پلیمری منجر به پخت رزین میگردند.
معمولترین آنها ترت بوتیل پربنزوات (TBPB) و 1و1-دی (ترت بوتیل پراكسی) سیلكوهگزان میباشند كه در دمای قالبگیری 140o-160 ° C بكار گرفته میشود. برای كم كردن زمان قالبگیری و همچنین دمای قالبگیری از پراكسیدهای فعالتر مانند t – Butyl Peroctoate استفاده میشود. البته بكارگیری چنین سیستمهائی منجر به كوتاهتر شدن عمر نگهداری ورقههای SMC میشود. برای كاهش زمان پخت میتوان از سیستم آغازگر دوتایی نیز استفاده كرد. در این صورت به آغازگر در دمای بالا درصدی از آغازگر با دمای پائین اضافه میشود.
در حین تهیة تركیب قالبگیری و در مدت ذخیره سازی آن امكان آغاز تدریجی واكنش پخت رزین وجود دارد. نقش جلوگیری كنندهها، ممانعت از شروع واكنش پخت از آغاز تهیه تا پایان ذخیره سازی تركیب میباشد. این مواد از خانوادة تركیبات كینونی میباشد و در مقادیر بسیار كم (حدود ?.?? %) به فرمولاسیون اضافه میشوند. هیدروكینون و پارا بنزوكینون از مواد معمول بدین منظور میباشند. وجود این مواد در فرمولاسیون سرعت پخت و در نتیجه افزایش ویسكوزیته را در مراحل اولیه قالبگیری كاهش میدهد. این امر به بهبود جریان آمیزه و پرشدن قالب كمك میكند و لذا از بروز نقایص چون پر نشدن كامل قالب و ایجاد فضاهای خالی (Void) در قطعه جلوگیری مینماید.
در هنگام قالبگیری، ورق SMC میباید براحتی قابل انتقال به داخل قالب و برش به اندازههای مورد نیاز باشد. نقش تغلیظ كننده افزایش ویسكوزیته آمیزه به اندازهای است كه شرایط مورد نظر را فراهم سازد. در واقع عمل تغلیظ خمیر رزین را از مایعی با ویسكوزیتة حدود Pas 30 به ماده‌ای چرم – مانند با ویسكوزیتة در محدودة Pas 105-104 تبدیل مینماید. در این شرایط آمیزة غیر چسبنده بوده و قابلیت انعطاف دارد. تغلیظ كنندههای معمول برای رزین پلی استر غیر اشباع، اكسیدها و هیدرواكسیدهای فلزات گروه I IA مانند CaO، Mg(OH)2، MgO میباشند. عقیده براین است كه افزایش ویسكوزیته رزین بدلیل واكنش یون فلزی با گروههای كربوكسیلیك انتهائی موجود در زنجیرة پلیمری و تشكیل زنجیرها و كمپلكسهای با جرم ملكولی بالاتر است. نوع، میزان و اندازة ذرة تغلیظ كننده و همچنین شرایط رطوبت و دمای نگهداری SMC بر روند افزایش ویسكوزیته در طی فرآیند تغلیظ و همچنین ویسكوزیتة نهائی تركیب اثر دارند.
ویسكوزیته نهائی ورقة SMC در كیفیت قطعه قالبگیری شده نقش بسزائی دارد و باید در محدودة خاصی باشد كه بین 106 ´ 50 و106 ´ 130 سانتی پواز است. در طی فرآیند قالبگیری ورقه SMC ، پیوندهای تشكیل شده در عمل تغلیظ بدلیل افزایش حرارت شكسته شده و ویسكوزیتة آمیزه كاهش یافته بگونهای كه در قالب جاری میشود و آنرا پر میكند. بدنبال آن رزین شروع به ژل شدن نموده كه افزایش سریع ویسكوزیته را شاهد خواهیم بود.
تركیبات قالبگیری DMC، BMC
این تركیبات بمنظور استفاده از فر‌آیندهای اتوماتیكتر برای قالبگیری سیستمهای رزینی توسعه یافتهاند. این مواد تركیبات خمیری شكل بوده كه به طور ناپیوسته در مخلوط ساز ژاكت دار با تیغه Z یا زیگما تولید میگردند. مخلوط ساز متشكل از دو ظرف یكسان U -شكل از جنس فولاد زنگ نزن بوده كه درون هر ظرف تیغهای وجود دارد. این تیغهها در جهت مخالف هم چرخش دارند. ظرفیت این مخلوط سازها بین چند كیلوگرم تا حدود 10 تن میباشد.
DMC مخلوطی است از الیاف شیشه بریده شده و خمیری از رزین پلی استر غیر اشباع كه با افزودنیهای مختلف پر شده است. تركیب نمونهای از این خمیر در جدول 6 آورده شده است.
تركیب درصد نمونهای از خمیر DMC
| ماده |
مقدار |
جزئیات |
| رزین پلی استر غیر اشباع |
??? |
رزین ارتوفتالیك با ویسكوزیته 10سانتی‌پویز |
| افزودنی ضد جمع شدگی |
??-?? |
محلول ??? وزنی از ماده‌ای مانند پلی استایرن در استایرن |
| پرکننده |
???-??? |
کربنات کلسیم |
| روان ساز |
?-? |
استئارات روی و کلسیم |
| آغازگر |
?-? |
ترشیو بوتیل پربنزوئات |
| رنگدانه |
??-? |
رنگدانه‌های معمول |
تولید DMC معمولاً در درجه حرارت اتاق انجام میشود هر چند امكان گرم كردن یا سرد كردن مخلوط از طریق گردش روغن در ژاكت مخلوط ساز وجود دارد. در فرآیند تولید ابتداء مواد پودری وزن گردیده و بمدت یك دقیقه با هم مخلوط میشوند. رزین و دیگر مواد افزودنی اضافه شده و مخلوط سازی بمدت 30-15 دقیقه ادامه مییابد. در طی این مدت میتوان مخلوط سازی را بمنظور پاك سازی دیوارة ظرف متوقف نمود. پس از هموژن شدن مخلوط الیاف تقویت كننده بتدریج اضافه شده و با مخلوط آبكی رزین مخلوط میشوند. این عمل حدود 5 دقیقه بطول میانجامد و هدف آن صرفاً توزیع مناسب الیاف در سراسر رزین است. برای مخلوط سازهای با تیغة Z یا زیگما فاصله بین تیغه و دیوارة ظرف در محدودة 3 تا 12 میلی متر است. هر چه این فاصله كمتر باشد عمل مخلوط سازی بهتر صورت میگیرد اما احتمال آسیب رساندن به الیاف بیشتر میشود. نهایتاً تركیب حاصله در فیلمهائی كه مانع از تبخیر مواد فرار میشوند بسته بندی گردیده و یا بصورت رشته اكسترود شده و در بشكه های خاص نگهداری میشوند.
BMC عموماً به تركیبی اطلاق میگردد كه بر پایه رزین ایزوفتالیك است و همچنین عمل تغلیطسازی در آن بوسیله MgO صورت میگیرد. عمل تغلیظسازی میتواند میزان پركننده را تا phr 100 تقلیل دهد و لذا امكان افزایش میزان تقویت كننده را فراهم سازد. كاهش میزان پركننده در BMC ظاهر سطحی بهتری را نسبت به DMC برای آن فراهم میسازد.
نمونه های از تركیبات قالبگیری BMC و DMC
قالبگیری فشاری آمیزه های قالبگیری:
بمنظور قالبگیری آمیزههای BMC، DMC، SMC میتوان از قالبگیری فشاری استفاده كرد. مراحل كلی فرآیند را میتوان بصورت زیر بیان نمود.
مرحلة اول: در این مرحله آمیزه باید باندازة مورد نظر در قالب قرارداده شود. آمیزة DMC، BMC را میتوان پس از وزن نمودن بصورت توپ گرد درآورد و در وسط قالب قرار داد. آمیزة SMC را میتوان بصورت لایههای مختلف برید و بگونهای در قالب چید كه حدود %80-70 سطح قالب پوشانده شود.
مرحلة دوم: قسمت بالائی قالب (فك متحرك) بسرعت پائین آورده میشود. تا در تماس با سطح مواد قرار گیرد. سپس سرعت كم میشود و بآرامی قالب بطور كامل بسته میشود. سرعت بسته شدن قالب اهمیت دارد، چرا كه سرعت بالا منجر به بدام افتادن هوا در قطعه و سرعت پائین منجر به پخت رزین و احتمال پرنشدن قالب میشود.
مرحلة سوم: در این مرحله و پس از بسته شدن قالب برای مدتی قطعه در قالب نگه داشته میشود تا مراحل پخت رزین با تمام برسد. سپس قالب باز شده و قطعة پخت شده بوسیله میله های خارج كننده به بیرون رانده میشود.
سیكل قالبگیری بستگی به سیستم رزین-آغازگر، ضخامت قطعه و پارامترهای دیگر دارد اما بطور نمونه میتوان گفت كه در حدود 45 ثانیه بازای هر میلی متر ضخامت در درجه حرارت بین °C 160-120 و فشار بین psi، 1000-200 میباشد.
موارد زیر میتوانند در كیفیت قطعه حاصله مؤثر باشند.
- پیش حرارت دهی مواد قالبگیری
- قالبگیری در محیط خلاء
- پوشش دهی درون قالبی
