کامپوزیتهای FRP ترکیبی از پلاستیک ها و الیاف بوده که به صورت مکمل یکدیگر عمل کرده و باعث افزایش همزمان استحکام وسختی می گردد. این کامپوزیتها در صورت انتخاب صحیح ترکیب مواد و روش اجرای صحیح می توانند جایگزین بسیاری از مواد فلزی؛ پلاستیکی؛ لاستیکی ؛سنگی ؛چوبی و هر ماده دیگری شود.به عنوان مثال بسیاری از قطعات هواپیما ؛خودروها؛نمای ساختمان ها ؛در وپنجره؛دکوراسیون؛لوازم ورزشی ودهها مورد دیگر را می توان نام برد.
اصولا FRPمتشکل از دو زمینه اصلی است که شامل رزین و الیاف می باشند.
رزین :رزین ها زمینه اصلی در کامپوزیت FRP را ایجاد کرده که از انواع مختلف رزین های گرما سخت هستند. این رزین ها در حین تولید کامپوزیت با افزودن ترکیبات خاص از حالت مایع به جامد تبدیل می شوند. این عمل با ایجاد پیوند بین مولکولی رزین یعنی ایجاد اتصالات عرضی صورت می گیردکه فرایند پخت نام دارد. فرایند پخت با استفاده از پلیمر شدن رادیکالی رزین و از طریق باند های غیر اشباع صورت می گیرد.
در اینجا برای درک بهتر مطلب ؛فرایند پخت پلی استر غیر اشباع را بررسی می کنیم :
فرایند پخت رزین پلی استر غیر اشباع:
پلی استر های غیر اشباع حاوی تعدادی پیوند دو گانه کربن-کربن می باشند که در یک رقیق کننده و یا به عبارت بهتر یک حلال فعال ,مانند استایرن حل می شوند تا گرانروی کاهش یابد و کار با آن ساده تر شود. از طرفی چون این حلال حاوی پیوند دو گانه نیز می باشد به عنوان عامل شبکه کننده نیز عمل می کند و با اتصال به مولکولهای پلی استر از محل نقاط غیر اشباع آنها ,رزین را به صورت شبکه ای سه بعدی (گرما سخت)در می آورند. واکنش شبکه ای شدن با افزودن مقدار کمی کاتالیزور شروع می شود. این مواد در اثر عامل حرارت یا یک ماده شتاب دهنده به رادیکال آزاد تجزیه شده و با شکستن پیونددو گانه مونومراستایرن,تشکیل رادیکال آزاد استایرن را می دهند.این رادیکالها به زنجیر رزین پلی استر متصل شده ودر نهایت پلی استر جامد را تشکیل می دهند.
کاتالیزورهای رزین پلی استر غیر اشباع
جهت شروع پخت نیازبه یک مرکز فعال میباشد تا کوپلیمر شدن را آغاز کند. این نقش را کاتالیزورها ایفا می کنند. پخت رزین بلا فاصله بعد از اضافه کردن کاتالیزور ها شروع می شود. سرعت واکنش پخت به نوع رزین و میزان فعالیت کاتالیزور ها بستگی دارد. مقدار کاتالیزور,زمان ژل شدن و سرعت پخت را کنترل می کند.
مهمترین کاتالیزورهای مصرفی در پخت پلی استر ها, پراکسایدهای آلی وهیدروپراکسیدها و ترکیبات آزو می باشند.
جهت پخت محیطی از کاتالیزور هایی مثل متیل اتیل کتون پراکسایدMEKP)),استیل استن پراکساید,(AAP) سیکلو هگزانون پراکسایدCHP)) وتر شیری بوتیل پراکسایدTBP))استفاده می شود.
جهت پخت حرارتی نیز از بنروئل پراکساید در دی بوتیل فتالات به صورت خمیر ودی ترشیری بوتیل فتالات به صورت خمیر و دی تر شیری بوتیل پراکساید وترشیری بوتیل پر بنزوئات وکیومن هیدروپراکساید همراه با بنروئیل پراکسایداستفاده می شود.
به طور کلی میزان استفاده از پر اکساید ها جهت پخت رزینهای پلی استر غیر اشباع اعم ازپخت محیطی یا حرارتی,در حدود 1تا3 درصد وزنی رزین می باشد.
- شتاب دهنده های رزین پلی استر غیر اشباع
اگر به یک رزین پلی استر فقط حدود 2تا3 درصد از یک کاتالیزور نظیر(MEKP)اضافه شود,در دمای محیط,حدود 2الی3 روز زمان لازم است تا رزین ژل شود و چندین روز طول می کشد تا به سختی نهایی برسد. لذا برای پخت رزین پلی استر در دمای محیط ,باید حتما همراه با کاتالیزور ازیک شتاب دهنده هم استفاده شود.شتاب دهنده باید کمی قبل از مصرف رزین اضافه شود.البته بعضی از رزین ها به صورت مخلوط شده با شتاب دهنده به بازار عرضه می شوند که به این رزین ها فقط باید کاتالیزور اضافه کرد تا در دمای محیط پخت شوند.
ترکیبات شیمیایی که به عنوان شتاب دهنده مورد استفاده قرار می گیرند,معمولا از نوع صابونهای قلع وکبالت ویا آمینهای نوع سوم می باسند.
محلول کبالت به صورت اکتئات و یا نفتنات از شتاب دهنده های رایج می باشند. نفتنات و اکتئات به میزان 1تا 5 درصد وآمین های نوع سوم به میزان 1تا 3 درصداز رایج ترین شتاب دهنده های مورد استفاده می باشند.
سرعت پخت را می توان با استفاده از مخلوطی از شتاب دهنده صابون کبالت و یک نوع آمین نوع سوم افزایش داد.
در این صورت,زمان قالبگیری کاهش می یابد. اما از این مخلوط تنها در مواردی می توان استفاده کرد که تغییر رنگ قطعه به دلیل وجود آمین مشکل ساز نباشد.
انتخاب کاتالیزور وشتاب دهنده مناسب ومقدار آن بسیار مهم است. به ویژه اگر دستیابی به خواص بهینه رزین پخت شده نهایی اهمیت داشته باشد.
مقدار کاتالیزور از آن جهت که تعیین کننده چگالی اتصالات عرضی است بهتر است بدون تغییر و به میزان 2درصد در نظر گرفته شود.
میزان کاتالیزور و شتاب دهنده را می توان با توجه به زمان ژل شدن مورد نیاز انتخاب کرد. بدیهی است که با افزایش کاتالیزور و دما زمان ژل شدن کاهش پیدا می کند.
نکته ای که باید به آن توجه شوداین است که از مخلوط کردن کاتالیزور و شتاب دهنده شدیدا خودداری شود.زیرا ممکن است انفجاری باشد.دمای محیط کار نباید زیر 15 درجه سانتیگراد باشد,زیرا در این صورت قطعه پخت نخواهد شد. سرعت پخت فرایند های پخت در دمای محیط را می توان با اعمال حرارت کم به قطعه یا قالب افزایش داد. دما نباید قبل از ژل شدن رزین از 35 درجه سانتیگرادبیشتر شود اما پس از آن می توان دما را تدریجا تا 60 درجه سانتیگراد افزایش داد که این عمل سرعت پخت رزین را افزایش می دهد.
معمولا ترکیب مورد نیاز جهت پخت رزین توسط تولید کننده در DATA SHEET محصول ارائه می شود. شایان ذکر است که توصیه تولید کننده ای که مطابق با استاندارد عمل کرده است کاملترین ترکیب خواهد بود.
انتخاب مواد
حال که با فرایند پخت رزین آشنا شدیم خوب است که اطلاعاتی در مورد انتخاب مواد رزین والیاف داشته باشیم.
مواد مصرفی در تولید کامپوزیتهای FRP شامل: 1- الیاف 2- رزین 3- کاتالیزور 4- شتاب دهنده ها 5- تعویق کننده ها 6- افزودنی ها می باشند.
1-الیاف: الیاف ها مطابق با استانارد ASME وBS شامل الیاف کربنی ,شیشه ای و آرامید هستند.
عالی بود