یکی دیگر از روش های همیشگی تولید قطعات کامپوزیتی روش قالبگیری با انتقال رزین (RTM) است; روش RTM یک فرایند قالب بسته کم فشار است; که از طریق آن با به کارگیری پلیمرهای مایع گرماسخت تقویت شده و با انواع متفاوتی از الیاف; قطعه ای با کیفیت سطح و دقت ابعادی بالا تولید می شود.
توضیحات کلی درباره روش RTM :
معمولاً در این روش پلیمرهایی از خانواده اپوکسی، وینیل استر، متیل متاکریلات، پلی استر یا فنلیک; و تقویت کننده الیاف شیشه استفاده میشوند; بقیه ی تقویت کننده ها از جمله الیاف کربن، آرامید یا الیاف سنتزی به تنهایی یا در ترکیب با یکدیگر برای کاربرد در شرایط دشوارتر به کار گرفته می شوند.
نوع زمینه پلیمری و تقویت کننده; عوامل تعیین کننده جنس قالب و کارایی آن از نظر مکانیکی و سطحی است.
اضافه بر پلیمر و تقویت کننده، میتوان برای افزایش دیرسوزی، مدول خمشی و کیفیت سطح نهایی; از پرکننده های معدنی نیز استفاده کرد.
در این روش تقویت کننده ها به شکل پارچه بافته، الیاف سوزنی و… به صورت خشک درون قالب قرار داده می شوند; این الیاف یا قبلاً به شکل دقیق قالب تهیه می شوند (به صورت پیش شکل); یا در حین فرایند چیدن آنها در قالب، با دست شکل داده می شوند.
بعد از گذاشتن الیاف درون قالب; یک رزین که از پیش با کاتالیزور مخلوط شده است به درون قالب بسته تزریق شده و الیاف را در بر می گیرد; امکان این هست که روی سطح قالب پوشش ژلی اعمال می شود; فرایندی که طی آن، قبل از قرار دادن الیاف درون قالب، روی سطح قالب پوشش داده می شود.
مزایا و معایب
بهتر بودن ذاتی روش RTM تزریق رزین با فشار کم است; فشار تزریق رزین در حین پر شدن قالب معمولاً از ۶۹۰ کیلوپاسکال تجاوز نمی کند.
دیگر بهتر بودن های این روش در مقایسه با فرایندهای قالب بازاز جمله : کمتر بودن اندازه انتشار گازها و بخارات ناشی از پلیمریزاسیون یا پخت رزین، شرایط کاری تمیزتر، پایداری ابعاد بیشتر قطعات تولیدی، کیفیت خوب هردو سطح قطعه تولیدی و فرایند تولید سریعتر.
در نهایت باتوجه به هزینه بالای ساخت قالب و نیاز به گره های نگهدارنده قالب و تجهیزات کمکی; بعلاوه روش RTM از نظر هزینه و اندازه ی تولید فرایندی متوسط محسوب می شود; و در اصل بین دو دسته فرایندهای قالب باز کم هزینه با تولید کم و فرایندهای پرهزینه قالبگیری با پرس با تولید انبوه قرار دارد.
همچنین این سؤال گفته شده است که آیا روش RTM در مقایسه وسیع در صنعت کامپوزیت مورد استفاده قرار گرفته است؟
صنعتگران زیادی در سالهای گذشته روش RTM را به نام روش تولید قطعات کامپوزیتی آزمایش کرده و به کار گرفته اند، البته تنها تعداد کمی از آنها برای مدت زیادی از این روش استفاده کردند و به طور متوسط
میتوان گفت هیچ کدام از آنها روش RTM را به عنوان روش انحصاری تولید خود نپذیرفتند.
روشی که امروزه به عنوان RTM مورد استفاده قرار می گیرد با این حالRTM سبک (Light) یاLRTM است. اگرچه ممکن است این روش نتواند مثلRTM سنتی فرایندی با حجمی تولید توسط(۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ قطعه در سال) به حساب اید اما همانند به روش های قالب باز از سرعت بالاتری برخوردار بوده و برتری های واقعی یک روش قالب بسته را به همراه دارد. باتوجه به از بین رفتن معایب روش RTM در LRTM، اعتماد تولیدکنندگان به این روش روز به روز بیشتر می شود، به شکلی که در زمان امروز آمارهای موجود از به کارگیری گسترده این فرایند توسط صنعتگران حکایت دارد.
قالب
یکی از بهترین جزء روشLRTM، قالب است. در روش های قالب بسته، قالب دارای دو نیمه است; یک نیمه قالب نسبتاً صلب و نیمه دیگر نسبتاً انعطاف پذیر است;البته یک نیمه قالب سفت تر از نیمه دیگر آن است.
معمولاً نیمه صلب قالب با استفاده از فناوری و موادی ساخته میشود که برای ساخت قالب های فرایند قالب باز به کار گرفته می شود.
تنها فرق مهم قالب روش های قالب باز و نیمه صلب قالب فرایند LRTM; این است که عرض فلانج دور قالب در LRTM حدود ۲۵-۱۵ سانتی متر است.
قالب روش های قالب باز با فلانج دارای سیستم پاشش; بدون هیچ گونه تفاوتی میتواند برای قالبگیری IRTM استفاده شوند. بعضی اوقات قالبگیر میتواند برای شروع، یک فلانج به قالب موجود اضافه کند; ولی برای قطعات کوچکتر قاعدتا ساخت قالب جدید ساده تر است; گفتن این نکته حیاتب است که چرخه های قالبگیری سریع، نیازمند قالب هایی با کنترل دما هستند که عملاً فرایند ساخت متفاوتی با قالب های باز دارند.
معمولا در فرایند LRTM، نیمه صلب قالب; نیمه ماده قالب و دارای محفظه خالی و برعکس نیمه انعطاف پذیر قالب، نیمه نر و دارای برجستگی است.
نیمه انعطاف پذیر معمولا یک کامپوزیت چند لایه است که با روش لایه چینی دستی از رزین های وینیل استر و الیاف کوتاه ساخته می شود; استفاده کردن از قالب های شفاف از این طرف سودمند است که به قالبگیر اجازه مشاهده جریان رزین در داخل محفظه قالب را می دهد; البته این مسأله برای قالبگیران ماهر و باتجربه اهمیت کمتری دارد .
نیمه انعطاف پذیر قالب همیشه روی نیمه صلب قالب درست میشود و برای ایجاد فضای خالی بین دو نیمه; از ورقهای موم استفاده می شود (البته روشهای پر سود دیگری نیز وجود دارد که دارای نتایج خوبی هستند); فلانج نیمه بالای قالب بایستی با فلانج نیمه پایینی هماهنگ باشد.
همچنین همه بالایی قالب باید دارای اجزای مشخصی باشد که نقشی کلیدی در پیشرفت و موفقیت فرایند دارند; این اجزا تشکیل شده از واشرهای داخلی و خارجی فلانج برای آب بندی در ایجاد خلاء; روزنه یا روزنه های تزریق و دست کم دو روزنه خلاء که همیشه یکی از آنها در نزدیکی مرکز قطعه تعبیه می شود.
از این روزنه همچنین برای تزریق مایع جداکننده استفاده می شود. به اضافه ، قالب; پمپ تزریق رزین و پمپ خلاء ازجمله تجهیزات ضروری این فرایند به حساب می آیند; سیستم خلاء میتواند تشکیل شده از دو پمپ ونتوری ساده ۲۰ دلاری و یا دارای تجهیزات ۱۰،۰۰۰ دلاری باشد; برای پمپ رزین اغلب قالبگیران از هر چیزی که در دسترس است یا با آن آشنایی دارند استفاده می کنند; نمونه هایی از پمپ های مورد استفاده شامل پمپ دنده ای، پمپ دیافراگمی، پمپ دودی و…
فرآیند
در این فرایند قطعات میتوانند بدون پوشش ژلی یا با پوشش ژلی بر روی یک یا هردو سطح تولید شوند; آماده سازی قالب و اعمال پوشش ژلی مثل فرایند قالبگیری باز است. زمانی که اعمال پوشش ژلی، فلانج های قالب توسط کاغذ یا ماسک های قابل استفاده دوباره پوشانده می شوند.
به طورمناسبی زمانی که پوشش ژلی هنوز چسبناک است; تقویت کننده ها در محفظه مادگی قالب قرار می گیرند; پوشش چسبناک ژلی کمک می کند که تقویت کننده ها هنگام بسته شدن قالب در جای خود ثابت باشند.
انواع مختلف تقویت کننده ها و الیاف میتوانند مورداستفاده قرار گیرند; اما استفاده از مواد ویژه باعث تسهیل فرایند و افزایش سرعت آن میشود.
دیگر تقویت کننده ها و انواع مغزی ها میتوانند به همراه مت های شکل پذیر به کار گرفته شوند تا نتیجه مطلوب به دست آید.
بعد از آنکه همه مغزی ها و تقویت کننده ها در مکان مناسب خود قرار داده شدند; قالب بسته می شود. این فرایند با گذاشتن نیمه بالایی قالب روی نیمه صلب قالب با دست انجام می شود; قاعدتا نیروی جاذبه همراه با لرزش های کوچک، فشار کافی را جهت بسته شدن قالب و آب بندی آن توسط واشر محیطی فلانج ایجاد می کند.
در این زمان خلاء کاملی در فضای بین واشرهای داخلی و خارجی فلانج انجام می شود; این خلاء مسبب ایجاد فشاری معادل چندین تن حتی روی قالبهای کوچک میشود.
زمانی که دو نیمه قالب به طور کامل فشرده شدند; از طریق روزنه مرکزی نیمه بالایی قالب یک خلاء نسبی اعمال میشود; در این هنگام قالب آماده دریافت رزین است.
رزین از نقطه ای خارج از لبه قطعه و درون واشر داخلی وارد می شود; هنگامی که تقویت کننده ها در قالب قرار داده می شوند; یک فضای خالی بین الیاف و واشر درونی باقی می ماند که این فضا محلی برای جریان رزین است. در نهایت قبل از آنکه رزین به داخل تقویت کننده ها وارد شود دور تا دور آن را در قالب فرا می گیرد. برای قطعاتی که طول آنها بیش از ۱۲۰ سانتی متر است معمولا بیش از یک روزنه تزریق به کار گرفته می شود.
با شروع جریان رزین درون تقویت کننده; رزین به سمت روزنه خلاء که در مرکز قطعه قرار گرفته است پیش می رود; پس از آنکه قالب به طور کامل پر شد پمپ تزریق خاموش شده و لوله تزریق جدا می شود.
هردوی خلاء های کامل و نسبی باید تا وقتی وجود داشته باشند که قطعه به مقدار کافی پخت شده و بتواند از قالب جدا شود.
هنگام جدایش قالب; از طریق روزنه مرکزی اعمال خلاء; فشار ملایم هوا اعمال می شود تا عمل جدایش قالب تسهیل شود; گفتن این نکته مهم و ضروری است که در روش RTM سنتی تزریق تا وقتی که مشاهده شود قالب پر شده است ادامه می یابد; اما در روش LRTM میزان رزین موردنیاز پیش بینی شده و قالب تا آن زمان پر می شود.
بنابراین قطعه ای با دقت و کیفیت بالا تولید شده و از بیرون ریختن رزین اضافی جلوگیری میشود.