الدعم الفني | شرح مفصل لعملية تشكيل الألياف الزجاجية بطريقة اللف اليدوي

                                           

I. رش ودهن طبقة الجل الملونة

لتحسين وتحسين مظهر سطح المنتجات البلاستيكية المدعمة بالألياف (FRP)، وزيادة قيمتها، وحماية الطبقة الداخلية من التآكل، وتمديد عمرها الافتراضي، نقوم عادةً بتشكيل طبقة جل ذات محتوى راتنجي عالي مخلوطة بمعجون ألوان على سطح المنتج. يمكن أن تكون هذه الطبقة راتنجًا خالصًا أو معززة بطبقة سطحية، وتُعرف باسم طبقة الجل الملونة (وتُعرف أيضًا باسم الطبقة السطحية أو الطبقة الزخرفية). تؤثر جودة طبقة الجل الملونة بشكل مباشر على جودة المظهر، ومقاومة الطقس، ومقاومة الماء، ومقاومة التآكل الناتج عن الوسائط الكيميائية للمنتجات. لذلك، يجب الانتباه إلى النقاط التالية عند رش أو دهن طبقة الجل:

(1) عند تحضير راتنج طبقة الجل، يجب إجراء الخلط بشكل جيد، خاصة عند استخدام معجون الصبغة. سيؤدي الخلط غير المتساوي إلى ظهور بقع وخطوط على سطح المنتج، مما لا يؤثر فقط على المظهر الخارجي، بل يؤدي أيضًا إلى تقليل الخصائص الفيزيائية. ولذلك، يجب استخدام الخلط الميكانيكي قدر الإمكان، ويفضل استخدام خلاط لا يولد دوامات لتجنب إدخال الهواء.

(2) يمكن تطبيق طبقة الجل باستخدام فرشاة أو بندقية رش خاصة. أثناء عملية الرش، يجب إضافة 5-7% ستايرين لضبط لزوجة الراتنج وتعويض الستايرين المفقود بسبب التطاير خلال عملية الرش.

(3) يجب التحكم بدقة في سمك طبقة الجل لتكون بين 0.3-0.5 مم، وعادةً ما يتم التحكم بذلك من خلال كمية الجل المستخدمة لكل وحدة مساحة، أي أن كمية الجل المستخدمة تكون 350-550 غرام/م²، مما يمكن تحقيق متطلبات السمك المذكورة أعلاه.

يجب أن تكون طبقة طلاء الجل بسماكة مناسبة: لا يجب أن تكون رقيقة جدًا، ولا سميكة جدًا. إذا كان طلاء الجل رقيقًا جدًا، فقد لا يجف بشكل كامل، ويمكن أن تظهر الألياف الزجاجية الموجودة خلف طلاء الجل، مما يؤثر على جودة المظهر ويمنع تحسين مظهر المنتج وحمايته. إذا كان طلاء الجل سميكًا جدًا، فإنه يميل إلى التشقق ويمتلك مقاومة ضعيفة للتآكل، وخاصة لا يتحمل الصدمات من الاتجاه العكسي للمنتج. كما أن دهان طلاء الجل بشكل غير متساوٍ يمكن أن يؤدي بسهولة إلى تشققات أثناء عملية الفك، بسبب الإجهاد الداخلي في الراتنج الناتج عن سرعة تجفيف غير متساوية على السطح.

(4) يجب تطبيق طلاء الجل بشكل متساوٍ، وتجنب تجميعه في مناطق معينة قدر الإمكان.

(5) يجب التحكم بشكل مناسب في درجة جفاف طبقة طلاء الجل.

أفضل طريقة للتحقق من أن طبقة طلاء الجل قد تم تصفيتها بشكل صحيح هي طريقة اللمس: اضغط على سطح طبقة طلاء الجل بإصبع نظيف. إذا شعرت بلزوجة خفيفة ولكنها ليست لزقة، فهذا يشير إلى أن طبقة طلاء الجل قد اكتملت بشكل أساسي، ويمكن حينها المضي في عملية التصنيع التالية لضمان سلامة طبقة طلاء الجل وطبقة الدعم.

II. تحديد مسار العملية

يتعلق مسار العملية بجودة المنتج وتكاليفه ودورة الإنتاج (كفاءة الإنتاج) وعوامل أخرى. ولذلك، قبل تنظيم الإنتاج، يجب الحصول على فهم شامل لمتطلبات التقنية أثناء استخدام المنتج (مثل البيئة ودرجة الحرارة والوسط والحمولة وما إلى ذلك)، والهيكل المنتج وكمية الإنتاج وظروف البناء. وبعد إجراء التحليل والبحث، يمكن تحديد خطة عملية التشكيل. وعادةً يجب مراعاة الجوانب التالية:

(1) وفقًا لمتطلبات استخدام المنتج، اختر بشكل معقول المواد الخام والمواد المساعدة والتركيبات وطرق الترتيب.

(2) حدد بنية القالب ومواده وفقًا للشكل الهندسي للمنتج وكمية الإنتاج.

(3) حدد طريقة التصلب وفقًا للظروف المناخية ودرجة إلحاح المهمة.

III. المحتويات الرئيسية لتصميم العملية

(1) اختر مواد مناسبة (مواد تقوية، مواد هيكلية، ومواد مساعدة أخرى) وفقًا للمتطلبات التقنية للمنتج. عند اختيار المواد الخام، يجب التركيز بشكل رئيسي على الجوانب التالية:
① ما إذا كان المنتج على اتصال بوسائط حمضية أو قاعدية، بما في ذلك نوع الوسيط وتركيزه ودرجة حرارة الخدمة وزمن الاتصال.
② ما إذا كانت هناك متطلبات أداء مثل نقل الضوء ومقاومة اللهب.
③ من حيث الخصائص الميكانيكية، ما إذا كانت الأحمال ديناميكية أو ساكنة.
④ وجود متطلبات خاصة مثل مقاومة التسرب من عدمه.

(2) تحديد هيكل القالب ونوع المادة.

(3) اختيار عامل الإفلات (المواد المانعة للالتصاق).

(4) تحديد تركيبة صيغة التصلب للراتنج ونظام التصلب.

(5) وفقًا لمتطلبات السماكة والمتانة المحددة للمنتج، يتم تحديد نوع مواد التقوية ومواصفاتها وعدد الطبقات وطريقة توزيعها.

(6) وضع لوائح عملية التشكيل.

IV. توزيع طبقات الألياف الزجاجية المُحكَّمة (FRP)

يُعد التوزيع (Lay-up) عملية مهمة في عملية التشكيل اليدوي. يجب تنفيذ هذه العملية بدقة لضمان السرعة والدقة في العمل، وتحقيق محتوى راتنج موحد، وعدم ظهور فقاعات هوائية واضحة أو امتصاص غير كافٍ للراتنج، وعدم إتلاف الألياف، والحصول على سطح منتج مُسطَّح، وذلك لضمان جودة المنتج. وتتأثر الجودة بشكل كبير بخبرة المشغل وسلوكه الوظيفي. ولذلك، على الرغم من أن عمل التوزيع بسيط، إلا أنه ليس من السهل تنفيذه بشكل جيد، ويجب التعامل معه بجدية.

(Ⅰ) التحكم في السماكة

إن التحكم في سمك منتجات الألياف الزجاجية (FRP) هو قضية تقنية تظهر في كل من مرحلة التصميم ومرحلة الإنتاج لتكنولوجيا التصنيع اليدوية. عندما يكون سمك المنتج المطلوب معروفًا، يجب إجراء حسابات لتحديد محتوى الراتنج والمواد المالئة، بالإضافة إلى تحديد مواصفات الألياف وعدد طبقاتها. بعد ذلك، يمكن حساب السمك التقريبي وفقًا للصيغة التالية:

ت = (G1n1 + G2n2 + ...) × (0.394 + 0.909k1 + 0.4 × k1k2)

حيث:
ت — سمك الألياف الزجاجية المحسوب (ملم)
G1, G2 — الكتلة السطحية لأنواع مختلفة من القماش أو الوبر الزجاجي (كجم/㎡)
n1, n2 — عدد طبقات الأنواع المختلفة من القماش أو الوبر الزجاجي
0.394 — ثابت السمك للمواد الأساسية من الألياف
0.909 — ثابت السمك لراتنج البوليستر
0.400 — ثابت السمك للمواد المالئة
k1 — نسبة محتوى الراتنج إلى محتوى الألياف الزجاجية
k2 — نسبة محتوى المواد المالئة إلى محتوى الراتنج

(Ⅱ) حساب كمية الراتنج

إن كمية الراتنج المستخدمة في مادة FRP هي معلمة عملية مهمة، ويمكن حسابها باستخدام إحدى الطريقتين التاليتين:

(1) الحساب وفقًا لمبدأ ملء الفراغات، واستنتاج صيغة محتوى الجيل. طالما تم معرفة الكتلة المساحية والسماكة المكافئة لقماش الزجاج (السماكة المكافئة للمنتج لطبقة واحدة من قماش الزجاج)، يمكن حساب محتوى الجيل لمادة FRP.

(2) الحساب من خلال تحديد كتلة المنتج أولًا ومن ثم النسبة المئوية لكتلة الألياف الزجاجية:
① مساحة سطح المنتج × السماكة × كثافة البلاستيك المقوى بالألياف = كتلة المنتج;
كتلة المنتج × النسبة المئوية لكتلة الألياف الزجاجية = كتلة الألياف الزجاجية;
كتلة المنتج － كتلة الألياف الزجاجية = كتلة الراتنج.

② مساحة سطح المنتج × عدد طبقات الألياف الزجاجية × الكتلة المساحية للألياف الزجاجية = كتلة الألياف الزجاجية;
كتلة الألياف الزجاجية ÷ النسبة المئوية لكتلة الألياف الزجاجية = كتلة المنتج;
كتلة المنتج － كتلة الألياف الزجاجية = كتلة الراتنج.

يمكن تقدير كمية الراتنج المطلوبة للصقل بناءً على كتلة الألياف الزجاجية. إذا تم استخدام ورق اللب الزجاجي المقطع، فإن محتوى الجيل عادةً ما يتم التحكم به بين 65-75%؛ وإذا تم استخدام قماش زجاجي كمادة مُعززة، فإن محتوى الجيل عادةً ما يتم التحكم به بين 45-55% لضمان جودة المنتج.

(Ⅲ) صقل القماش الزجاجي

بالنسبة للمنتجات ذات طبقة الجيل الكوتشي، لا ينبغي خلط أي شوائب في الجيل الكوتشي. قبل الصقل، يجب منع التلوث بين طبقة الجيل الكوتشي وطبقة الدعم لتجنب التصاق ضعيف بين الطبقات، مما يؤثر على جودة المنتج. يمكن تعزيز طبقة الجيل الكوتشي باستخدام ورق سطحي.

عند التخزين، يجب الانتباه إلى تشرب ألياف الزجاج بالراتنج. أولاً، اجعل الراتنج يخترق السطح بالكامل لحزم الألياف، ثم قم باستبدال الهواء الموجود داخل حزم الألياف بالراتنج تمامًا. من المهم جدًا التأكد من تشرب طبقة المواد المُعززة الأولى بالراتنج تمامًا والالتصاق الوثيق بها، خاصة بالنسبة لبعض المنتجات التي سيتم استخدامها في ظل ظروف درجات الحرارة الأعلى. وذلك لأن التشرب والالتصاق غير الجيدين سيؤديان إلى بقاء هواء حول طبقة الطلاء الهلامي، وسوف يتمدد هذا الهواء المتبقي بسبب الحرارة أثناء عملية التصلب الخاصة بالمنتج واستخدامه، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات.

أثناء عملية التمديد، قم أولاً بدهن طبقة من الراتنج المحضر بشكل متساوٍ على طبقة الجيل أو على سطح القالب باستخدام أدوات التمديد اليدوية مثل الفرشاة أو المجرفة أو الأسطوانة الواقعة، ثم ضع طبقة من مادة التقوية المقطعة (مثل الشريط المائل أو القماش الرقيق أو الشبكة السطحية)، بعد ذلك استخدم أدوات التشكيل لفرشها وتسويتها والضغط عليها بإحكام لتلتصق جيدًا. يجب الانتباه إلى إزالة فقاعات الهواء للتأكد من اشباع القماش الزجاجي تمامًا. لا تقم بتمديد طبقتين أو أكثر من مواد التقوية في نفس الوقت. كرر العمليات السابقة حتى تصل إلى السمك المطلوب.

إذا كانت أبعاد المنتج هندسية معقدة نسبيًا، ولم تتمكن مواد التقوية من التمدد بشكل مستوٍ في بعض الأماكن، وتعذر إزالة الفقاعات، يمكن استخدام المقص لقطع تلك الأماكن لجعلها تناسب التمديد بشكل مستوٍ. يجب الانتباه إلى أن تكون أماكن القطع في كل طبقة متعاقبة غير متطابقة (متداخلة) لتجنب تقليل القوة.

يمكن استخدام الألياف الزجاجية والراتنج لتعبئة الأجزاء ذات الزوايا المحددة. إذا كانت بعض أجزاء المنتج كبيرة نسبيًا، فيمكن تكثيفها بشكل مناسب أو تقويتها بحواف في تلك الأماكن لتلبية متطلبات الاستخدام.

بما أن اتجاهات الألياف في القماش تختلف، فإن درجات مقاومتها تختلف أيضًا. يجب أن يكون اتجاه وضع القماش الزجاجي وطريقة الوضع مطابقين لمتطلبات العملية.

(Ⅳ) معالجة الوصلات التداخلية

يجب أن تكون الألياف في نفس طبقة الوضع مستمرة قدر الإمكان، وتجنب القطع العشوائي أو الوصل. ولكن بسبب قيود مثل حجم المنتج وتعقيده، يصعب تحقيق ذلك. أثناء عملية الوضع، يمكن اعتماد طريقة الوضع بوصول الأطراف، ويجب تداخل طبقات كل وصلة بطريقة متداخلة حتى يتم الوصول إلى السمك المطلوب للمنتج. خلال عملية الوضع، استخدم أدوات مثل الفرشاة، وفاترة الصوف، وفاترة ضغط الفقاعات، لغمس الراتنج وإخراج فقاعات الهواء.

إذا كانت متطلبات القوة عالية، ولضمان قوة المنتج، يجب تداخل القطعتين من القماش بعرض تداخل يبلغ حوالي 50 مم. وفي الوقت نفسه، يجب إزاحة مواقع التداخل لكل طبقة قدر الإمكان.

(Ⅴ) وضع مات التقطيع

عند استخدام مات التقطيع كمادة تقوية، من الأفضل استخدام أدوات دحرجة لاصقة بمواصفات مختلفة أثناء التشغيل، لأن أدوات الدحرجة اللاصقة فعالة بشكل خاص في إزالة الفقاعات الهوائية من الراتنج. إذا لم تتوفر مثل هذه الأدوات ويجب استخدام فرشاة للتقنيع، فيجب استخدام طريقة التقنيع النقطي لتوزيع الراتنج؛ وإلا فإن الألياف ستتشابك وتنزاح، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ وسمك غير منتظم. أما بالنسبة للمواد التقوية الموضوعة في الزوايا الداخلية العميقة، فإنه في حال كان من الصعب تثبيتها بشكل محكم باستخدام الفرشاة أو أدوات الدحرجة اللاصقة، يمكن تسوية الضغط يدويًا.

أثناء عملية التمديد، قم بتطبيق الغراء على سطح القالب باستخدام أسطوانة تطبيق الغراء، ثم قم يدويًا بتمديد قطع الوسادة المقطوعة على القالب وفردها، ثم طبق الغراء باستخدام أسطوانة الغراء، وقم بتحريك الأسطوانة ذهابًا وإيابًا بشكل متكرر لجعل الغراء الراتنجي يخترق داخل الوسادة، ثم استخدم أسطوانة فقاعات الغراء لضغط الغراء الموجود داخل الوسادة وإخراجه إلى السطح وإزالة الفقاعات الهوائية، بعد ذلك قم بوضع الطبقة الثانية. وفي مناطق الزوايا، يمكن تمزيق الوسادة يدويًا لتسهيل التغليف، مع تداخل مقداره حوالي 50 مم بين قطعتين من الوسادة.

يمكن أيضًا اعتماد العديد من المنتجات على طريقة التمديد المتناوب بين وسادة الخيوط المقطعة ونسيج الزجاج. على سبيل المثال، تستخدم الشركات اليابانية المختلفة هذه الطريقة المتناوبة في تصنيع قوارب الصيد، ويُقال إن هذه الطريقة تنتج منتجات ذات أداء جيد.

(Ⅵ) تمديد المنتجات ذات الجدران السميكة
يمكن تشكيل المنتجات ذات السمك أقل من 8 مم في خطوة واحدة، بينما يجب تشكيل المنتجات ذات السمك الأكبر من 8 مم على عدة خطوات. وإلا فقد يؤدي التبريد الحراري غير الكافي أثناء عملية التصلب إلى احتراق المنتج وتغير لونه، مما يؤثر على أدائه. أما بالنسبة للمنتجات التي تُشكَّل على عدة خطوات، فيجب خلال التمديد الثاني إزالة الشوائب والفقاعات الناتجة عن التمديد والتصلب في الخطوة الأولى قبل الاستمرار في وضع الطبقة التالية. وعمومًا، يُوصى بأن لا يتجاوز سمك التشكيل مرة واحدة 5 مم. وبالطبع، هناك أيضًا راتنجات منخفضة الانطلاق الحراري ومنخفضة الانكماش تم تطويرها خصيصًا لتشكيل منتجات ذات جدران سميكة، والتي يمكنها تحقيق سمك أكبر في عملية تشكيل واحدة.