کامپوزیت فیبر کربن یک نوع ماده کامپوزیتی است که شامل فیبرهای کربنی و رزین اپوکسی است. محصولات کامپوزیتی که با استفاده از اتوکلاو ساخته می‌شوند، اغلب برای کاربردهای پیشرفته و صنایع خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. اتوکلاو یک روش ساخت پیشرفته است که با اعمال فشار و حرارت به مواد کامپوزیتی، منجر به ساخت قطعات با خواص مکانیکی بالا و کیفیت بالا می‌شود. اتوکلاو تولید قطعات فیبر کربنی در صنایع مختلف کاربرد دارند از جمله:
- بخش‌هایی از بدنه هواپیما مانند بال‌ها، پره‌های توربین، و بخش‌های دیگر که نیاز به استحکام بالا، وزن سبک و مقاومت در برابر شرایط سخت هواپیماپرواز دارند، از کامپوزیت فیبر کربن با استفاده از روش اتوکلاو ساخته می‌شوند.
- در صنعت خودروسازی، برخی قطعات مانند پنل‌های بدنه، بامپرها، بدنه رینگ‌ها و کاربردهای دیگر از کامپوزیت فیبر کربن با استفاده از روش اتوکلاو ساخته می‌شوند. این قطعات از لحاظ وزن سبک، استحکام بالا و طراحی جذاب استفاده‌های متنوعی دارند.
- در صنعت ورزشی، محصولاتی مانند میله‌های گلف، راکت‌های تنیس، بدنه‌های دوچرخه‌های مسابقه‌ای و کاسکت‌های ایمنی از کامپوزیت فیبر کربن با استفاده از روش اتوکلاو ساخته می‌شوند. این قطعات با وزن سبک، استحکام بالا و انتقال بهتر انرژی در ورزش‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- در صنعت دریایی، برخی قطعات مانند بالشتک‌های بادبان، بدنه قایق‌ها، البسه محافظتی دریایی و سازه‌های زیر آبی از کامپوزیت فیبر کربن ساخته می‌شوند. این قطعات با مقاومت در برابر خوردگی و وزن سبک در محیط آبی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
فیبرهای کربنی این نوع کامپوزیت عمدتاً از پیش‌تراکم شده و پیچیده شده‌ی الیاف کربنی تشکیل شده‌اند که خواص مکانیکی بالا و وزن سبک دارند. در کامپوزیت فیبر کربن، فیبرهای کربنی به صورت لایه‌ها یا چند لایه‌ای درون یک ماتریس رزینی (معمولاً اپوکسی رزین) قرار می‌گیرند. ماتریس رزینی عملکردی همچون انتقال بار، ایجاد تماس بین فیبرها، جذب ضربه و مقاومت شیمیایی را بر عهده دارد. این ترکیب فیبرهای کربنی با ماتریس رزینی باعث ایجاد یک ماده کامپوزیتی با خواص ویژه می‌شود. مزایای استفاده از کامپوزیت فیبر کربن عبارتند از:
- فیبرهای کربنی به دلیل وزن سبک خود، موجب کاهش وزن نهایی محصول می‌شوند. این ویژگی مهم برای صنایعی مانند هوافضا، خودروسازی و ورزشی است که نیاز به سبکی و کارایی بالا دارند.
- فیبرهای کربنی دارای استحکام بالا در برابر کشش و فشار هستند. به همین دلیل، کامپوزیت فیبر کربن از استحکام مکانیکی بسیار بالایی برخوردار است و می‌تواند با شکستن وزنی بسیار بالا مقابله کند.
- فیبرهای کربنی غیرقابل خوردگی هستند و در مقابل تاثیر مواد شیمیایی و رطوبت مقاومت می‌کنند. بنابراین، کامپوزیت فیبر کربن در مقابل خوردگی و زنگ زدگی مقاوم است.
- کامپوزیت فیبر کربن دارای رفتار ترمیکی متفاوتی نسبت به فلزات است. ضریب گسترش حرارتی کمتری دارد و از تغییر شکل حرارتی ناشی از تغییر دما کمتر رنج می‌برد.
با توجه به این مزایا، کامپوزیت فیبر کربن در صنایع مختلفی مانند هوافضا، خودروسازی، ورزشی، صنعتی، ورزشی و ساخت و ساز استفاده می‌شود. مثال‌هایی از کاربردهای آن شامل بدنه هواپیماها و هلیکوپترها، قطعات خودرویی (مانند بدنه، رینگ‌ها، سیستم ترمز و داشبورد)، قطعات ورزشی (مانند میله‌های گلف، دوچرخه‌های مسابقه‌ای و کاسکت‌های ایمنی) و قطعات ساختمانی (مانند سازه‌های بتن مسلح و پل‌ها) است.
اتوکلاو صنعتی
اتوکلاو صنعتی امکان ایجاد شرایط حرارتی و فشاری دقیق را در طول فرآیند پخت قطعات فیبر کربنی فراهم می‌کند. این شرایط حرارتی و فشاری مورد استفاده برای پخت رزین و فیبر کربن، ایجاد فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی مناسب در رزین و ایجاد ترکیبات صلب و متراکم در قطعات فیبر کربنی است.
اتوکلاو صنعتی با اعمال فشار همگن بر روی قطعه و استفاده از سیستم های گرمایش و سرمایش مناسب، توزیع یکنواخت حرارت در سراسر قطعه باعث تقویت پلیمر می شود. این امر باعث از بین رفتن نقاط سرد و یا نقاط گرم در قطعه می‌شود و به دستیابی به خواص یکنواخت و بهینه در قطعه کمک می‌کند.
با اعمال فشار در اتوکلاو، حباب های هوای موجود در لایه‌های فیبر کربن و رزین فشرده می‌شوند و حباب‌های هوا از بین می‌روند. این عمل باعث حصول به قطعات با ساختار صلب، متراکم و خالی از خلل‌های هوایی می‌شود. اتوکلاو صنعتی امکان کنترل دقیق زمان پخت را فراهم می‌کند. زمان پخت مناسب برای رزین و فیبر کربن مورد استفاده باعث پخت کامل رزین و ترکیب صلب و متراکم در قطعه می‌شود.
به طور کلی، اتوکلاو صنعتی با فراهم کردن شرایط حرارتی و فشاری کنترل شده و توزیع یکنواخت حرارت، امکان تولید قطعات فیبر کربنی با خواص مکانیکی، ساختاری و ظاهری بهینه را فراهم می‌کند. شرکت پترو صنعت تاراز طراح و سازنده انواع اتوکلاو های صنعتی تمام اتوماتیک میباشد.
اتوکلاو پخت فیبر کربن
ضروریست که اتوکلاو مورد نیاز برای تولید محصولات فیبر کربنی باید دارای امکانات کاملی باشد. اتوکلاو باید قادر به ایجاد فشار قابل تنظیم باشد تا فشار مناسب بر روی قطعات فیبر کربنی اعمال شود. این فشار باید به طور دقیق کنترل شود تا جلوگیری از تشکیل حباب هوا و ایجاد ساختار صلب و متراکم در محصولات.
اتوکلاو باید به امکانات گرمایش و سرمایش مناسب برای ایجاد شرایط حرارتی مورد نیاز برای پخت قطعات فیبر کربنی مجهز باشد. این سیستم باید قادر به تأمین دماهای مختلف در طول فرآیند پخت باشد و همچنین بتواند دما را به طور یکنواخت در سراسر اتوکلاو توزیع کند. اتوکلاو باید قابلیت کنترل دقیق زمان پخت را داشته باشد. این امکان به تولیدکننده اجازه می‌دهد تا زمان پخت مناسب برای رزین و فیبر کربن مورد استفاده را تنظیم کند و فرآیند پخت را به طور دقیق کنترل کند.
بعد از اتمام فرآیند پخت، اتوکلاو باید دارای سیستم خنک‌کننده باشد تا قطعات نیمه یا کاملاً پخته را در دمای مناسب خنک کند. این کار باعث جامد شدن رزین و حفظ شکل و خواص قطعات می‌شود. اتوکلاو باید دارای سیستم‌های ایمنی مناسب مانند سیستم اطفاء حریق، سیستم تخلیه فشار و سیستم حفاظت از دستگاه و کاربران باشد تا از وقوع حوادث احتمالی جلوگیری شود. اتوکلاو های ساخت شرکت دانش بنیان پترو صنعت تاراز علاوه برا امکانت فوق، تمام خودکار میباشند و مجهز به اتوماسیون صنعتی بر پایه PLC هستند که منوی صفحه نمایش آن کاملا فارسی و دارای رابط کاربری بسیار ساده میباشد.
کیسه خلاء
ایجاد خلاء (Vacuum) در اتوکلاو جزء مراحل ساخت قطعات فیبر کربنی است. فرآیند ساخت قطعات کامپوزیتی با استفاده از اتوکلاو به صورت کلی شامل دو مرحله اصلی است که عبارتند از:
- الیاف فیبر کربن و رزین مورد استفاده در قالب مورد نظر قرار می‌گیرند. قطعه به شکل نهایی خود تشکیل می‌شود و سپس در یک محیط خالی از هوا قرار می‌گیرد. این محیط خالی اغلب با استفاده از فرآیند خلاء سازی (Vacuum Bagging) ایجاد می‌شود. در این فرآیند، قطعه و مواد مورد استفاده در یک کیسه خاص قرار می‌گیرند و سپس هوای موجود درون کیسه تخلیه می‌شود تا فشار منفی (خلاء) ایجاد شود. این عمل باعث اتصال محکم الیاف فیبر کربن و رزین و حذف هواهای موجود در میان آنها می‌شود.
- پس از آماده سازی قطعه و ایجاد خلاء، قطعه به همراه کیسه خلاء در اتوکلاو قرار می‌گیرد. در این مرحله، دما و فشار مورد نیاز برای پخت رزین و فیبر کربن تنظیم می‌شود. اتوکلاو با اعمال فشار و حرارت به قطعه، رزین را به طور کامل پخته و فیبرهای کربنی را به هم متصل می‌کند. این فرآیند، منجر به ایجاد قطعه نهایی با خواص مکانیکی و ساختاری مطلوب می‌شود.
بنابراین، ایجاد خلاء به منظور حذف هوا و اتصال محکم بین الیاف فیبر کربن و رزین در قطعات فیبر کربنی در مراحل آماده سازی و قبل از پخت انجام می‌شود.
مراحل ساخت محصولات فیبر کربنی در اتوکلاو
محصولات کامپوزیتی با استفاده از روش اتوکلاو ساخته می‌شوند. فرایند ساخت با استفاده از اتوکلاو شامل چند مرحله است که در زیر توضیح داده شده است:
- قالب مورد نیاز برای تولید قطعه کامپوزیتی طراحی و ساخته می‌شود. قالب ممکن است از فلز، سرامیک یا مواد دیگر ساخته شده باشد. قالب با دقت بالا برای شکل دادن به قطعه نهایی طراحی می‌شود.
- فیبرهای کربنی به طول مورد نیاز برش می‌شوند و سپس به ترتیب مشخص در قالب قرار می‌گیرند. این فیبرها معمولاً به صورت لایه‌های متناوب از جهت‌های مختلف قرار می‌گیرند تا استحکام و سختی بهتری را به قطعه بدهند.
- رزین مورد نیاز برای ماتریس کامپوزیت در یک فرمولاسیون خاص تهیه می‌شود. سپس رزین در قالب تزریق می‌شود و با استفاده از فشار و جریان کنترل شده، در فیبرها توزیع می‌شود. این فرآیند به عنوان تزریق رزین شناخته می‌شود.
- قالب با دقت بسته‌بندی می‌شود تا رزین و فیبرها در داخل قالب حفظ شده و هوا یا رطوبت وارد نشود. این مرحله باعث ایجاد یک محیط بی‌هوازی درون قالب می‌شود.
- قالب بسته‌بندی شده درون اتوکلاو قرار می‌گیرد. اتوکلاو یک دستگاه فشار و حرارت است که برای پخت قطعه کامپوزیتی استفاده می‌شود. در اتوکلاو، فشار و حرارت مناسب اعمال می‌شود تا رزین بپخته شود و قطعه کامپوزیتی تشکیل شود. این فرآیند به عنوان پخت متخلخل شناخته می‌شود.
- پس از پخت قطعه کامپوزیتی در اتوکلاو، فشار و حرارت کاهش می‌یابد و قطعه خنک می‌شود. سپس قالب باز می‌شود و قطعه کامپوزیتی خارج می‌شود.
- قطعه کامپوزیتی پس از خارج شدن از قالب نیاز به پس‌پردازش دارد. این شامل مراحلی می‌شود مانند تمیزکاری سطح، برش قطعات اضافی، سنگ‌زنی و ایجاد اتصالات و اتمام نهایی قطعه است. این مراحل به منظور بهبود دقت ابعادی، از بین بردن پیش‌تنیدگی‌ها و بهبود ظاهر و عملکرد نهایی قطعه انجام می‌شوند.
- پس از پس‌پردازش، قطعه کامپوزیتی باید مورد بازرسی و آزمایش قرار بگیرد. این شامل آزمون‌های غیرمخرب مانند تست اولتراسونیک، تست رادیوگرافی، تست ترموگرافی و آزمون‌های مکانیکی مانند تست تنش و تست شکست است. این مراحل با هدف تشخیص هر گونه عیب و نقص در قطعه و اطمینان از کیفیت آن انجام می‌شوند.
- در مرحله نهایی، قطعه کامپوزیتی نهایی آماده استفاده و نصب می‌شود. این شامل مراحلی مانند نصب قطعات اضافی، اعمال پوشش‌های محافظ، تمیزکاری نهایی و بسته‌بندی است.
مراحل بالا به طور کلی فرآیند ساخت قطعات کامپوزیتی با استفاده از اتوکلاو را تشریح می‌کنند. البته، هر فرآیند ساخت ممکن است بسته به نوع و اندازه قطعه و تجهیزات موجود، تفاوت‌هایی داشته باشد.
روش پخت
پخت محصولات فیبر کربنی در اتوکلاو می‌تواند با استفاده از حرارت خشک یا حرارت بخار انجام شود. این وابسته به فرآیند تولید و نیازهای خاص محصول است. در روش پخت خشک اتوکلاو کامپوزیت با استفاده از حرارت خشک، بدون استفاده از بخار آب، به دمای مشخصی (معمولاً در محدوده 100-250 درجه سانتیگراد) گرم می‌شود. این حرارت خشک مستقیماً بر روی محصول و رزین اعمال می‌شود تا رزین بپخته شده و قطعه کامپوزیتی شکل گیرد. این روش معمولاً برای تولید قطعات کامپوزیتی کوچکتر و با ضخامت کمتر استفاده می‌شود.
روش پخت با بخار، در اتوکلاو بخار آب به دما و فشار مشخصی تولید می‌شود. بخار آب باعث انتقال حرارت به قطعه و رزین می‌شود و رزین بپخته شده و قطعه کامپوزیتی شکل می‌گیرد. حرارت بخار معمولاً در محدوده 120-180 درجه سانتیگراد و فشار بین 1 تا 6 بار قرار می‌گیرد. این روش بیشتر برای تولید قطعات کامپوزیتی بزرگتر و با ضخامت بیشتر استفاده می‌شود.
در هر دو روش، دما و فشار به طور دقیق کنترل می‌شوند تا رزین به‌طور مناسب بپخته شود و خواص مکانیکی و ساختاری بهینه در قطعه کامپوزیتی حاصل شود. انتخاب بین حرارت خشک و حرارت بخار بسته به نوع محصول، رزین استفاده شده و نیازهای فرآیند تولید صورت می‌گیرد.
دما و فشار مورد نیاز
دما و فشار مورد نیاز در فرآیند پخت قطعات فیبر کربنی با استفاده از اتوکلاو، به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله نوع رزین، نوع فیبر کربن، ضخامت قطعه، و خواص مورد انتظار قطعه نهایی. دمای معمولاً استفاده شده در فرآیند پخت با استفاده از اتوکلاو برای قطعات فیبر کربنی ممکن است در محدوده 120-180 درجه سانتیگراد قرار بگیرد. با انتخاب دمای مناسب، رزین مورد استفاده کاملاً بپخته شده و خواص مکانیکی و ساختاری بهینه در قطعه کامپوزیتی حاصل می‌شود.
فشار مورد استفاده نیز ممکن است بین 1 تا 6 بار باشد. فشار در فرآیند پخت با استفاده از اتوکلاو به توزیع یکنواخت حرارت در قطعه کمک می‌کند و همچنین فشار معمولاً بر روی رزین اعمال می‌شود تا قطعه به درستی فشرده شود و هواهای موجود در میان فیبرها از بین برود. مقادیر دقیق دما و فشار بستگی به مشخصات فنی و نیازهای هر پروژه دارد. در هر صورت، برای دستیابی به نتایج بهینه، لازم است دما و فشار به طور دقیق و کنترل شده تنظیم شوند و در طول زمان پخت ثابت بمانند تا قطعه کامپوزیتی با خواص مطلوب تولید شود.
مدت زمان پخت در فرآیند استفاده از اتوکلاو برای تولید محصولات فیبر کربنی متنوع است و بستگی به عوامل مختلفی دارد. قطعات با اندازه و ضخامت بزرگتر به طور معمول نیاز به زمان پخت بیشتری دارند تا حرارت به طور یکنواخت در سراسر قطعه منتقل شود و پخت کامل رزین رخ دهد. هر نوع رزین ممکن است نیاز به زمان پخت متفاوتی داشته باشد. رزین‌های مختلف، درجه حرارت و زمان پخت متفاوتی برای پخت کامل و بهینه دارند. در برخی موارد، برای دستیابی به خواص خاصی مانند مقاومت بالا، انعطاف‌پذیری بالا و غیره، نیاز به زمان پخت بیشتری است.
مواد اولیه
برای تولید قطعات فیبر کربنی با استفاده از اتوکلاو صنعتی، علاوه بر فیبر کربن، مواد دیگری نیز لازم است. این مواد شامل موارد زیر می‌شوند:
- رزین‌های اپوکسی معمولاً به عنوان ماده رزینی در تولید قطعات فیبر کربنی با اتوکلاو استفاده می‌شوند. این رزین‌ها دارای خواص مکانیکی و حرارتی بالا هستند و قابلیت چسبندگی و تراکم خوبی را با فیبر کربن دارند.
- آغازگرها یا کاتالیزورها مورد استفاده قرار می‌گیرند تا فرآیند پخت رزین را آغاز کنند. این مواد معمولاً در حالت مایع یا جامد موجود هستند و با تأثیر حرارت فعال می‌شوند تا رزین به درجه حرارت مورد نیاز پخته شود.
- مواد جداکننده بر روی قالب و سطوح مربوطه اعمال می‌شوند تا قطعات بتوانند بعد از پخت آسان‌تر از قالب جدا شوند. مواد جداکننده معمولاً شامل روغن‌ها، واکس‌ها یا پودرهای خاص می‌شوند.
- فیلرها به موادی اطلاق می‌شود که به رزین اضافه می‌شوند تا خواص مکانیکی قطعات را بهبود بخشند یا خواص خاصی مانند هدایت حرارتی یا مقاومت شیمیایی را به قطعات اضافه کنند. فیلرها ممکن است شامل موادی مانند سیلیکا، گرافیت، مواد نانوساختار و غیره باشند.
- در برخی موارد، برای کنترل و ایزولاسیون حرارتی، مواد عایق مانند فوم‌های سیلیکونی، فوم‌های پلی‌آمیدی و غیره بر روی قطعات استفاده می‌شوند.
این مواد به طور کلی در فرآیند تولید قطعات فیبر کربنی با استفاده از اتوکلاو صنعتی استفاده می‌شوند. موارد دقیق و میزان استفاده از هر ماده بستگی به نوع و نیازهای خاص هر پروژه دارد. جهت اطلاعات بیشتر با شماره 09133753907 تماس بگیرید.
