الدرس 10.2التشكيل الأوليالفصل 10 · المواد المركّبة

القولبة بنقل الراتنج والتشريب

ألياف جافة في قالب؛ راتنج سائل يُدفَع (RTM) أو يُسحَب بالتفريغ (الحقن بالتفريغ)

يبدأ كل من القولبة بنقل الراتنج (RTM) والحقن بالراتنج بقماش ألياف جاف موضوع في قالب. ثم يُدفَع الراتنج السائل تحت ضغط (RTM) أو يُسحَب بالتفريغ (الحقن) حتى تتشبع كل ليفة. وتُصنع هكذا هياكل القوارب وريش توربينات الرياح وكثير من أجزاء هياكل السيارات، دون بريبريغ مكلف أو أوتوكلاف.

مقارنة بين RTM والحقن بالتفريغ: مقطعان، والخطوات الأربع نفسهاتتشارك اللوحتان الأرقام المحاطة بدوائر للخطوات أدناه. الألياف المظلَّلة تشبّعت بالراتنج؛ والألياف المخططة أمام جبهة التدفق ما زالت جافة.

كيف تعمل

ضع الألياف الجافة. تدخل طبقات القماش القالب، غالبًا مشكَّلة مسبقًا في قالب أولي (preform: قطعة خام من ألياف جافة لها شكل القطعة أصلًا). ويمكن إضافة قلوب من الرغوة أو البلسا لألواح شطيرية صلبة وخفيفة.
أغلق القالب. في RTM يُغلق نصف قالب صلب ثانٍ من الأعلى ويطبقه مكبس. وفي الحقن يُلصق كيس بلاستيكي مرن بشريط فوق قالب أحادي الجهة ويُسحَب الهواء.
أدخل الراتنج. يضخ RTM الراتنج المخلوط (راتنج مع مصلّب) عادةً عند 1–10 بار، وبضغط أعلى بكثير في RTM عالي الضغط للسيارات. وفي الحقن يسحب التفريغ الراتنج من وعاء مفتوح، بمساعدة شبكة تدفق (شبكة خشنة تنشره بسرعة).
املأ وعالِج وحرّر. يزحف الراتنج إلى الأمام كجبهة تدفق، دافعًا الهواء عبر فتحة التهوية أو مخرج التفريغ. وحين يصل الراتنج إلى المخرج يُغلَق المدخل. ويتصلّب الراتنج (يتصلّب بتفاعل كيميائي) في قالب مسخَّن، أو عند حرارة الغرفة أو في فرن؛ ثم تُحرَّر القطعة وتُقَصّ.

حقائق أساسية

المواد: أقمشة الزجاج أو الكربون أو الأراميد (ليف صناعي متين)؛ وراتنجات البوليستر أو فينيل إستر أو الإيبوكسي؛ وقلوب الرغوة أو البلسا
القطع النموذجية: RTM: أسقف السيارات وأجزاء الهياكل، وهياكل الدراجات، وريش مراوح المحرّكات النفاثة؛ الحقن: هياكل القوارب وأسطحها، وريش توربينات الرياح
حجم القطعة: RTM: من حجم راحة اليد إلى نحو حجم سقف سيارة؛ الحقن: حتى هياكل القوارب وريش الرياح بطول يتجاوز 100 م
الدقة: RTM: الوجهان مقولبان، عادةً ضمن نحو ±0.2–0.5 مم؛ الحقن: وجه دقيق واحد، بينما قد يتفاوت السمك بنحو 5–10 %
تشطيب السطح: RTM: أملس على الوجهين؛ الحقن: أملس على وجه القالب، وذو ملمس على وجه الكيس
حجم الدفعة المناسب: الحقن: من قطعة مفردة إلى بضع مئات؛ RTM: من مئات إلى عشرات الآلاف سنويًا
كلفة العدّة والآلة: الحقن: قالب واحد مع مواد كيس تُرمى، من بضعة آلاف من الدولارات (قطع صغيرة) إلى ملايين (قوالب ريش الرياح)؛ RTM: قالبان مطابقان مع وحدة حقن ومكبس، من عشرات الآلاف إلى ملايين
السرعة: RTM عالي الضغط: بضع دقائق للقطعة؛ RTM العادي: نحو 15 دقيقة إلى بضع ساعات؛ الحقن: من ساعات إلى يوم، شاملًا التغليف بالكيس

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

لا بريبريغ ولا مجمّد ولا أوتوكلاف: كلفة مواد ومعدات أقل
يعطي RTM وجهين منتهيين وسمكًا قابلًا للتكرار
الحقن يتسع لقطع ضخمة مثل الهياكل والريش
عملية مغلقة: أبخرة أقل بكثير من التنضيد اليدوي المفتوح

الحدود

يجب أن يصل الراتنج إلى كل زاوية قبل أن يتهلّم (يبدأ بالتصلّب)، وإلا بقيت بقع جافة
قوالب RTM يجب أن تتحمل ضغط الحقن، فهي ثقيلة ومكلفة
الحقن يعطي وجهًا جيدًا واحدًا فقط ويستخدم كثيرًا من المواد المرمية
محتوى الألياف والجودة عادةً أقل قليلًا منهما في البريبريغ بالأوتوكلاف

أين تُستخدم

البحريةهياكل القوارب وأسطحها وبنيتها العلوية
طاقة الرياحريش توربينات الرياح، أكبرها بطول يتجاوز 100 م
السياراتألواح أسقف الكربون وأجزاء الهياكل والشاسيه (RTM عالي الضغط)
الطيرانريش مراوح المحرّكات النفاثة من كربون منسوج ثلاثي الأبعاد، والحوامل، والأبواب، والإطارات
الرياضةهياكل وشوكات دراجات الكربون، والكاياك

كيف تتعرف عليها

قطع RTM ملساء على الوجهين، بحافة رقيقة مقصوصة حيث التقى نصفا القالب.
القطع المحقونة لامعة على جهة القالب وتُظهر شبكة باهتة أو ملمس طبقة التقشير على الوجه الداخلي.
عقب صغيرة أو بقع مجلّخة حيث رُكِّب مدخل الراتنج وفتحة التهوية.
أغلفة كبيرة جدًا من قطعة واحدة، كالهياكل والريش، بلا وصلات في الجلد.