فهرست مطالب

عنوانصفحه

فصل 1-مقدمه اي بر کامپوزيتها و کاربرد آنها8

1-1-تعريف کامپوزيت8

1-2-تاريخچه کامپوزيتها8

1-3-مزاياي استفاده ازكامپوزيت ها10

1-4-كاربرد کامپوزيتها11

1-5-طبقه بندي کامپوزيتها13

1-5-1-کامپوزيتهاي ذره اي(تقويت شده باذرات14

1-5-2-کامپوزيتهاي ليفي(تقويت شده باالياف)15

1-5-3-پوسته تك لايه:16

1-5-4-پوسته چندلايه:16

1-6-انواع الياف مورداستفاده دركامپوزيت ها17

1-6-1-الياف شيشه:17

1-6-2-الياف كربن18

1-6-3-الياف آراميد (كولار)19

1-6-4-الياف برن (Boron )19

1-6-5-الياف پلي اتيلن19

1-6-6-الياف سراميكي20

1-6-7-الياف فلزي20

1-7-ماتريس هاي پليمري21

1-7-1-ماتريس اپوكسي22

1-7-2-ماتريس پلي استر23

1-7-3-ماتريس فنوليك24

فصل 2-مروری بر روش های ساخت کامپوزیت ها26

2-1-مقدمه26

2-2-لایه گذاری دستی (HAND LAY-UP)31

فصل 3-فرآيند توليد کامپوزيتهاي پليمري بهروش RTM36

3-1-مقدمه36

3-2-تعريف فرآيند RTM39

3-3-تاريخچه فرآيند RTM40

3-4-مزايا و امتيازات فرآيند RTM41

3-5-مواد ماتريس42

3-6-مواد تقويت کننده43

3-7-مروري بر مدلهاي مورد استفاده در تحليل فرآيند RTM46

3-7-1-مدل جريان دارسي براي محيطهاي متخلخل47

3-7-2-نفوذپذيري الياف براساس مدل دارسي49

تعريف نفوذپذيري و تخلخل49

محاسبه تحليلي نسبت تخلخل الياف51

مدل هاي تحليلي محاسبه نفوذپذيري53

عوامل موثر بر نفوذپذيري57

3-7-3-بررسي رفتار فشردگي الياف59

3-7-4-نتايج مربوط به آزمايشهاي فشردگي و نفوذپذيري الياف60

فشردگي پريفورم الياف61

رفتار نفوذپذيري الياف63

3-7-5-تعيين ثابت مدل کازني-کارمن با استفاده از دادههاي مدل نفوذپذيري تواني66

فصل 4-مشتقات RTM72

4-1-مقدمه72

4-2-فرآيندهاي اصلاحي مهم RTM73

4-2-1-فرآيند قالبگيري فشاري با انتقال رزين CRTM73

4-2-2-فرآيند قالبگيري با انتقال رزين به کمک خلاء VARTM74

4-2-3-فرآيند قالبگيري سبک با انتقال رزينLRTM75

4-3-روشهاي تحليل RTM77

4-3-1-روشهاي تحليلي و پاسخ بسته براي جريانهاي ساده78

4-3-2-استفاده از الگوريتمهاي غير محاسباتي بر پايه مدلهاي هندسي78

4-3-3-انجام آزمايش براي شناسايي رفتار فرآيند و تخمين پارامترهاي سيستم79

4-4-تحليل فرآيند RTM اصلاح شده جديد با ابزارهاي انعطافپذير (VARTM)79

4-4-1-پیشگفتار79

4-4-2-يافتن معادلات حاکم بر فرآيند81

فصل 5-نتایج تجربی92

5-1-آزمون ضربه92

5-2-استحکام93

5-3-مقایسه استحکام کششی در نمونه دستی و RTM به کمک خلا []95

5-4-جمعبندی98

فصل 6-مراجع99

a. مقدمه

صنعتگران زيادي در ساليان گذشته فرآيند RTM را بعنوان روش توليد قطعات کامپوزيتي آزمايش کرده و بکار گرفتند، اما تنها تعداد کمي از آنها براي مدت زيادي از اين روش استفاده کردند و تقريبا مي­توان گفت هيچکدام از آنها RTM را بعنوان روش انحصاري خود نپذيرفتند.

عواملي چون هزينه­هاي ابزاري و نگهداري قالب، مشکلات چيدن تقويت­کننده­ها درون قالب، عمليات مجدد روي قطعه پس از قالبگيري بعلت وجود حباب يا چسبيدن قطعه به قالب، وجود عيوب و نواقص در مرحله پرشدن، کند بودن روند توليد، بالا بودن قيمت تمام شده و همچنين خسارات وارده طي فرآيند ساخت، باعث مي­شد تا از ديدگاه بسياري از توليدکنندگان، فرآيند RTM فرآيندي با هزينه و حجم توليد متوسط محسوب نشود. اين مشکلات، باعث مي­شدند تا از روش RTM، تنها براي ساخت قطعات ساده و تخت، با ابعاد نسبتا کوچک، استفاده شود.

به همين دليل، از زمان اولين استفاده­هاي صنعتي فرآيند در دهه هفتاد، تا به امروزه اصلاحات زيادي برروي آن انجام شده است.

b. فرآيندهاي اصلاحي مهم RTM

بمنظور حذف معايب و نقايص فرآيند RTM، و بهبود کيفيت قطعات کامپوزيتي توليد شده به اين روش، تا به امروزه، اصلاحات زيادي برروي آن انجام شده است.

با توجه به برطرف شدن معايب فرآيند در روش­هاي جديد و اصلاحي RTM، اعتماد توليدکنندگان به اين روش روزبه­روز بيشتر شده است، بطوريکه امروزه آمارهاي موجود از بکارگيري گسترده اين فرآيند توسط صنعتگران حکايت دارد. در ذيل، برخي از مهمترين اشکال اصلاحي فرآيند RTM، بطور مختصر توضيح داده شده است.

i. فرآيند قالبگيري فشاري با انتقال رزين ^[1]CRTM

در اين فرآيند، همانند فرآيند RTM الياف پريفورم درون قالب قرار گرفته و رزين به داخل آن تزريق مي­گردد. در يک فرآيند RTM، قالب قبل از شروع تزريق با اعمال نيروي نگهدارنده بطور کامل بسته مي­شود، ولي در فرآيند CRTM، قالب در مرحله تزريق بطور جزئي باز است و هنگامي که مقدار مورد نياز رزين به داخل قالب تزريق شد، قالب با اعمال نيروي خارجي شروع به بسته شدن مي­نمايد. اين کار سبب اعمال فشار به رزين گرديده و موجب مي­شود تا پس از پرشدن تمام قسمت­هاي قالب، مازاد رزين از قالب بيرون رانده شود. اين قسمت از فرآيند، با فرآيندهاي قالبگيري فشاري مشابهت دارد. در شکل ديگري از اين فرآيند، همزمان با شروع عمل تزريق، نيمه دوم قالب بتدريج بسته مي­شود. در اين روش، سرعت بسته شدن چنان تنظيم مي­شود که با پايان يافتن عمل تزريق، قالب نيز بطور کامل بسته شده باشد. اين شکل از فرآيند CRTM، در عمل کمتر مورد توجه قرار مي­گيرد.

مهمترين مزيت اين روش نسبت به فرآيند RTM سنتي اين است که قالبگيري قطعات با کسر حجمي الياف بالاتر را ميسر مي­سازد؛ علاوه براين مدت زمان مرحله پرشدن بطور چشمگيري کاهش مي­يابد. اما هزينه­هاي ابزاري در اين روش نسبتا زياد بوده و علاوه براين، کنترل پارامترهاي مختلف فرآيند پيچيده و مشکل مي­باشد. مشکل ديگر اين روش آن است که احتمال عدم اشباع مناسب الياف و همچنين، تخريب هسته­هاي فومي و پديده فشردگي الياف وجود دارد.

ii. فرآيند قالبگيري با انتقال رزين به کمک خلاء ^[2]VARTM

پس از ابداع فرآيند قالبگيري با انتقال رزين، RTM، و وجود بعضي مشکلات در اين روش، بويژه در تزريق رزين، يکي از اصلاحاتي که روي اين فرآيند انجام شد بکارگيري خلاء بود. اين فرآيند جديد که اصول کلي آن مشابه فرآيند RTM است، قالبگيري با انتقال رزين به کمک خلاء يا VARTM ناميده مي­شود. در اين فرآيند، يک خلاء نسبي رزين را از داخل لوله تغذيه به داخل قالب مي­کشاند؛ بطوريکه تمام محفظه قالب بطور يکنواخت از رزين پر مي­شود.

از مهمترين مزاياي اين روش نسبت به فرآيند RTM سنتي، فشار تزريق پايين مي­باشد؛ اين مساله امکان استفاده از تجهيزات تزريق ارزان قيمت را در فرآيند RTM ميسر مي­سازد، که مسلماً تأثير مستقيمي بر قيمت تمام شده توليد قطعات کامپوزيتي خواهد گذاشت. علاوه براين، قطعات توليد شده بدين روش از کيفيت بالاتري برخوردار خواهند بود؛ چراکه استفاده از خلاء در مرحله پرشدن، موجب حذف بسياري از عيوب و پديده­هاي نامطلوب، از جمله توليد حباب در جبهه جريان، ايجاد حفره­هاي خشک در تقويت­کننده­ها و شسته شدن الياف مي­گردد. يکي ديگر از برتري­هاي مهم اين روش اصلاحي نسبت به فرآيند RTM سنتي، امکان توليد قطعات کامپوزيتي وسيع با کيفيت مطلوب مي­باشد.

iii. فرآيند قالبگيري سبک با انتقال رزين LRTM

طي ساليان گذشته روش­هاي استاندارد اصلاحي مختلفي از فرآيندهاي قالبگيري رزين پيشنهاد شده است. در اين ميان فرآيند قالبگيري سبک با انتقال رزين، LRTM، مورد توجه خاصي قرار گرفت. چراکه اين روش توانست بسياري از معايب و نقاط ضعف فرآيند RTM را برطرف سازد.

فرآيندي که امروزه تحت عنوان RTM مورد استفاده قرار مي­گيرد، در واقع RTM سبک يا LRTM است که شکل اصلاح شده فرآيندهاي سنتي مي­باشد. اين فرآيند اولين بار حدود 25 سال قبل در بلژيک بکار گرفته شد. در واقع ايده اين فرآيند از روش قالبگيري با انتقال رزين بکمک خلاء يا ^[3]VARTM گرفته شده است که روشي براي توليد قطعات سبک با به کارگيري خلاء است. مراحل اين فرآيند چنين مي­باشد [29]:

الياف خشک از طاقه بريده شده و پس از شکل دادن در محفظه قالب قرار داده مي­شوند.

پس از آنکه الياف در جاي مناسب خود قرار گرفتند، قالب بسته و محکم مي­شود.

يک خلاء نسبي محفظه داخل قالب را فرا مي­گيرد.

رزين با مقدار مشخص و فشار کم به داخل قالب تزريق مي­شود.

خلاء نسبي رزين را در تمام قالب پخش کرده و تمام الياف به رزين آغشته مي­شوند.

پس از گذشت زمان لازم براي پخت و سخت شدن قطعه، قالب باز شده و قطعه از آن جدا مي­شود.