لایه چینی دستی - Hand LayUp

[P O U R I A]

در قالبگیری دستی چیدین الیاف شیشه همراه با رزین پلی استر را لایه چینی دستی (Hand Lay-up) مینامند. عملیات لایه چینی را میتوان تقریباً بلافاصله پس از اینکه پوشش ژلی به اندازه کافی پخت شد، تا آنجایکه حلال (استایرین) موجود در رزین لایه چینی مانع از تخریب آن نگردد، آغاز نمود.
راحت ترین راه برای تشخیص آمادگی پوشش ژلی برای لایه چینی این است که با انگشت تمیز پشت آن را لمس نمود. چنانچه پوشش ژلی به نظر کمی چسبناگ رسید ولی انگشت دست بدون هر گونه آلودگی رزین از سطح آن جدا شد این شرایط بار آغاز لایه چینی دستی ایده آل خواهد بود که معمولاً تا حداکثر 5 ساعت پس از اعمال پوشش ژلی پدید خواهد آمد.
اگرچه از الیاف شیشه حصیری نیز میتوان استفاده نمود لیکن نمد شیشه سوزنی متداول ترین نوع الیاف تقویت کننده به همراه رزین پلی استر در لایه چینی به روش دستی است. الیاف شیشه را میبایست قبل از آغاز لایه چینی آماده کرد. معمولاً اینگونه الیاف را میتوان با استفاده از قیچی و تیغ های مخصوص بریده و به سایز دلخواه درآورد. استفاده از الگوهای برش در اینگونه موقع موجب تسریع در پیشرفت کار و کاهش ضایعات خواهد شد.


میزان رزین مورد نیاز برای لایه چینی را میتوان از طریق وزن کردن الیاف شیشه مورد استفاده در قطعه مورد نظر به دست آورد بدین ترتیب که در مورد نمد شیشه سوزنی نسبت وزنی رزین : الیاف بایست بین 1 :5/2 تا 2:1 باشد (یعنی 29 الی 33 درصد الیاف شیشه در مقایسه وزنی با رزین).
یک لایه ضخیم از رزین بطور یکنواخت بر روی پوشش ژلی با قلم مو اعمال گردیده و سپس اولین لایه از الیاف شیشه سوزنی با فشار قلم مو یا غلطک بر روی قالب خوابانده میشود. رزین از قسمت زیری الیاف به بالا حرکت کرده و الیاف را خیس میکند که این امر موجب حل شدن چسب موجود بر روی الیاف و جدائی تکه های آن از یکدیگر میشود. در این شرایط الیاف سوزنی یکپارچگی خود را از دست داده و تبدیل به تکه الیاف های جدا از هم میشود که خود را با پستی و بلندی های قالب براحتی وفق میدهد. توصیه اکید اینست که تا قبل از خیس شدن کامل الیاف رزین بیشتری از بالا به آنها اضافه نشود چون با انجام این کار حباب های هوا وارد لایه چینی شده و در پشت پوشش ژلی تجمع خواهند کرد.
در مواقعیکه از یک قلم مو برای خیس کردن الیاف استفاده میشود بایست از طریق ضربه زدن با آن الیاف را خیس نمود و نمی بایست آن را از یک سمت به سمت دیگر کشید چون اینکار موجب جدایش و جابه جایی خرده های الیاف شده و باعث میشود آنها به طور ناهمگون در سطح قالب توزیع گردند. توصیه دیگر اینست که برای قطعات با رنگ روشن از قلم موهای سفید استفاده شود.
تکمیل نمودن و خاتمه عملیات لایه چینی با غلطک سریع تر از قلم مو میباشد. انواع مختلفی از غلطک ها برای لایه چینی دستی تهیه دیده شده اند که از بین آنها انواعی که شیارهای حلقوی و یا شیارهای طولی دارند برای بیرون آوردن حباب های هوا موثرتر از بقیه انواع میباشند.
خواباندن الیاف درکنج های داخل قالب همیشه با غلطک های حلقوی تک شیاره و یا قلم مو راحتتر انجام میگیرد. توصیه اکید در این بخش این است که این لایه شیشه سوزنی (لایه اول) حتماً به خوبی آغشته به رزین شده و کلیه حباب های هوا در زیر آن بیرون آورده شود. چون در غیر این صورت این حباب ها با تجمع در پشت پوشش ژلی در مواقعی که ممکن است قطعه بعدها در طول عمر خود در مجاورت دمای بالا قرار بگیرد تبدیل به تاول خواهند شد.
تکه های الیاف سوزنی که میبایست درکنار هم کار شوند را میتوان بصورت لب به لب یه شکل همپوشان قرار داد. چنانچه قرار است این تکه ها به صورت لب به لب در کنار هم قرار گیرند لازم است دقت نمود که فاصله ای بین دو لبه آنها وجود نداشته باشد. همپوشانی الیاف اتصال زیبائی نیست ولیکن چنانچه برای ایجاد استحکام در قطعه مورد نظر باشد باید روی هم قرارگرفتن دو لبه از 25 میلیمتر بیشتر نباشد. در جایی که بخواهیم برآمدگی ناشی از همپوشانی دولایه الیاف سوزنی را کمی محو کنیم میتوانیم پس از خیس شدن کامل لبه ها با گردش قلم مو در طول اتصال موجب پخش شدن بخشی از الیاف به طرفین خط وسط شویم.

لایه های بعدی رزین و الیاف به همین ترتبب با یکدیگر آغشته شده و لایه چینی ادامه میابد تا به تدریج ضخامت قطعه به مقدار دلخواه برسد. هر یک از این لایه ها میبایست کاملاً خیس شده و هواگیری شوند. در جایی که ضخامت های زیاد مورد نیاز باشد بایست حداکثر 4 لایه نمد شیشه سوزنی را با رزین آغشته نمود و اجازه داد تا رزین آن ژل شود. اینکار به این دلیل انجام میشود که از جمع شدن حرارت گرمازایی در لایه ها جلوگیری شود چون در غیر این صورت حرارت گرمازایی موجب ترک برداشتن پوشش ژلی در سطح قطعه شده و یا موجب جدا شدن زود هنگام قطعه از قالب و یا تغییر رنگ در رزینهای رنگی خواهد شد. از طرف دیگر باید دقت نمود که زمان بین اعمال لایه های خیلی طولانی نباشد مگر اینکه رزین مورد استفاده از انواعی باشد که چسبندگی مناسبی تا مدت ها بعد از ژل شدن از خود نشان دهد (به عبارتی "مرحله سبز" رزین طولانی باشد). در مواقعی که سطح پشت کار بایست یکنواخت ساخته شود یک لایه تیشیو الیاف شیشه را میتوان به عنوان آخرین لایه بر روی لایه های قبلی کارکرد. این لایه سطح پرداخت بهتری را به پشت کار نسبت به نمد شیشه سوزنی میدهد که با رنگ کردن آن میتوان ظاهری بهتر به کار داد.
پس از آنکه رزین به حالت ژل در آمد به مدت کوتاهی به حالت لاستیکی و نرم در می آید که به آن اصطلاحاً "مرحله سبز" اطلاق میشود. در این شرایط میتوان لبه های اضافی کار را با تیغ برید که برای این منظور میتوان هنگام ساخت قالب، لبه های آن را کمی بلندتر ساخت که در این گونه مواقع به کوتاه کردن لبه های قطعات تولیدی کمک خواهد کرد. مرحله سبز (یا زمان مجاز برای بریدن اضافه های قطعه) معمولاً حدود 20 دقیقه به طول خواهد انجامید.

همانند قالب سازی، قطعات تولید شده را نیز میتوان توسط اضافه کردن ماهیچه در پشت آنها تقویت نمود. اصول کار همانی است که در قسمت قالب سازی به آن اشاره شد ( مرحله ای که در آن این گرده های تقویت کننده کار گذاشته میشوند بستگی به شکل قطعه، ضخامت آن، و کاربر نهایی آن دارد. به عنوان یک قاعده کلی این گونه ماهیچه ها را معمولا بایست بلافاصله قبل از اینکه آخرین لایه نمد شیشه سوزنی کار گذاشته شود کارکرد. قطعات شکل دهنده به ماهیچه همان گونه که قبلاً تشریح شد بایست ضمن آغشته شدن به رزین با یک تکه نواری از نمد سوزنی پوشیده شوند. پس از این کار میتوان یک لایه نمد سوزنی را در سر تاسر قطعه تولیدی کار گذاشت تا در پشت آن یک سطح صاف و یکنواخت ایجاد شود.
گاهی اوقات بایست در یک قطعه تولیدی GRP یک قطعه فلزی نیز کار گذاشت مانند قلاب یا لولا که این کار را میتوان در حین لایه چینی انجام داد. چنانچه قطعه فلزی کار گذاشته شده بایستی نیروهای زیادی را تحمل کند ضخامت قطعه GRP میبایست هر چه بیشتر در محل اتصال تکه فلزی به بدنه اصلی بوده و به تدریج که به سمت لبه های قطعه GRP میرویم ضخامت آن کمتر شود تا از این طریق نیروهای وارده به قطعه فلزی در سطحGRP پخش شوند. به همین دلیل قطعه فلزی را بایست تا جای ممکن در مرکز قطعه GRP کار گذاشت.
سطح تماس بین قطعه فلزی و لایه چینی نگهدارنده آن بایست تا جای ممکن وسیع و ترجیحاً به شکل مربع مستطیل باشد. سند بلاست شدن قطعه فلزی نیز یه چسبندگی لایه چینی ها و فلز به یکدیگر کمک خواهد کرد. راهکار دیگر برای افزایش چسبندگی این دو به هم ایجاد سوراخ های کوچک در پایه های قطعه فلزی و عبور دادن رشته هایی از "نیم تاب" شیشه از بین این سوراخ هاست که در هنگام ساخت قطعه به عنوان چنگک در دل قطعه عمل خواهند کرد.



منبع: کتاب راهنمای صنعت کامپوزیت-
گروه مؤلفان و مترجمان: کیومرث اسفندیاری، رضا حجتی، ایرج علاقه بند، نغمه گلپریان، حمیدرضا هاشمی.

 

[P O U R I A]

روش لایه چینی دستی (Hand LayUp) یکی از اولین و ساده ترین روش های ساخت قطعات کامپوزیتی است که در اینجا به توضیحاتی خلاصه ای از چگونگی انجام آن میپردازیم:
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.


لايه‌گذاري دستي
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.



منبع: ایران کامپوزیت