يكي از معضلاتي كه در صنعت كامپوزيت به ويژه در كاربردهاي خودرويي وجود دارد، رنگ كردن قطعات است. در اين مقاله كه برگرفته از مجلة JEC شمارة آوريل 2005 مي‌باشد، اين موضوع مورد بحث قرار گرفته است.

يكي از معضلاتي كه در صنعت كامپوزيت به ويژه در كاربردهاي خودرويي وجود دارد، رنگ كردن قطعات است. در اين مقاله كه برگرفته از مجلة JEC شمارة آوريل 2005 مي‌باشد، اين موضوع مورد بحث قرار گرفته است.

رنگ‌آميزي كامپوزيت‌ها داراي جنبه‌هاي خاصي است، بخشي از اين جنبه‌ها مربوط حضور تقويت‌كنندة ليفي مي‌شود، برخي به ساختار مواد و برخي هم به دمايي كه قطعه به هنگام پخت تحمل مي‌كند.

در راه صنعت براي مشكلات مختلف با درنظر گرفتن خط قرمز وجود يك سطح خوب راه‌حل ارائه مي‌شود. در اصل رنگ‌آميزي روي سطح يك كامپوزيت پليمري، مانند ساير سطوح مي‌باشد و شامل چندين مرحله است:

1- چربي‌زدائي (درصورتيكه نياز باشد)    2- اصلاح سطح

3- اعمال آستري و در صورت نياز پخت     4-اعمال پوشش نهايي   5- پخت

عموماً قطعات پلاستيكي (به عنوان مثال سپر خودرو ) تحت شرايط دماي پايين براي پخت (در حدودoC80) قرار مي‌گيرند. قطعات كامپوزيتي مي‌توانند در مرحلة اعمال آستر به خط رنگ خودروها وارد شوند كه دماي آن 140 تا oC 160 مي‌باشد. حتي در مواردي مي‌توان  قبل از مرحلة پوشش‌دهي توسط الكتريسيته (ED) قطعات كامپوزيت را وارد خط كرد به شرطي كه امكان تحمل دماي oC165 تا oC205 پخت را داشته‌باشند.

كامپوزيتهاي گرمانرم

در مورد اين مواد كارهاي عملي كمي تاكنون انجام شده است. استفاده از شعله براي اصلاح كامپوزيتهاي الياف شيشه پلي‌پروپيلن در اغلب موارد توصيه نمي‌شود چون ريسك برآمدگي الياف و بوجود آمدن يك سطح ريش‌ريش، پرزدار غيرقابل قبول وجود دارد.

دماي پخت پوشش در مورد كامپوزيت‌ها محدود به مقاومت حرارتي آنها يعنيoC80 مي‌باشد. در مقايسه با قطعات از جنس پليمرهاي تقويت‌نشده، پوشش كامپوزيت‌ها از آسيب‌پذيري بيشتري برخوردار است و مي‌بايست در مرحلة اعمال آستري بسيار دقت نمود.

كامپوزيتهاي گرما سخت

در اروپا اكثر كامپوزيتهاي رنگ‌شده از جنس پلي‌استر مي‌باشند. از آنجا كه به هنگام توليد برخي قطعات حجم زيادي از مواد رها‌ساز استفاده مي‌شود، ممكن است اين امر موجب نزول شرايط سطح قطعه شود.

براي پوشش‌هاي سخت‌تر از حد متوسط، در مواردي جدايش لايه‌ها (delamination) در لاية پوسته مشاهده شده است. مطالعات اوليه نشان داده كه اين نقص تنها با برداشتن لاية داراي چسبندگي ضعيف از سطح كامپوزيت قابل رفع است.

 

ايجاد حباب؛ مكانيزم‌هاو راه‌حل‌ها

حباب هنوز مهم‌ترين مشكل رنگ‌آميزي قطعات كامپوزيت در خط توليد خودرو مي‌باشد. حتي در زماني كه سازندة قطعات سعي در مواجهه با اين مشكل توسط بكارگيري سيستم‌هاي رنگ‌آميزي در دماي پايين دارد، خطر آن در خط مونتاژ افزايش مي‌يابد.

تئوري‌هاي مختلفي براي توضيع مكانيزم اين نقص ارائه ‌شده‌است. متخصصين فيات بر حضور حباب‌هاي هوا تاكيد دارند، درحاليكه فورد به خطر ترك‌هاي ريزي كه بهنگام جدا كردن قطعه از قالب بوجود مي‌آيند اشاره مي‌كند.

يكي از جالب‌ترين مراجعي كه در اين زمينه يافت مي‌شود مقاله‌اي است كه توسط شركت Manducher در كنفرانس JEC 1993 ارائه شده كه در آن علل ايجاد حباب خلاصه ‌شده است.

به‌نظر مي‌رسد، قابليت كامپوزيت در جذب حلال رنگ، يك عامل مشترك در تمامي مكانيزم‌هاست. به هنگام پخت فيلم رنگ، حلال شروع به تبخير مي‌نمايد. اگر فيلم‌رنگ پخت شده‌باشد، فشار ناشي از تبخير حلال موجب تركيدن حباب و بوجود آمدن منفذ مي‌شود. بر اساس اين مشاهدات راهكارهاي مختلفي براي رنگ‌آميزي انديشيده ‌شده كه مبتني بر ايجاد مانع و يا بكار‌گيري خواص جذب كامپوزيت مي‌باشد.

بهترين مثال بكارگيري خواص جذب، استفاده از سيستم يك جزئي بتونه است كه به ميزان قابل توجهي كيفيت رنگ قطعه را به هنگام الحاق به خط توليد خودرو پس از پوشش‌دهي الكتريكي (Deetrocoating) بهبود مي‌بخشد. در اين مثال بتونه، حفره‌هاي ريز را پر كرده سهم قطعات رنگ‌شدة با كيفيت را از 75-70% به 99% افزايش مي‌دهد.

آستري و سيلر استاندارد

روش ديگر بكارگيري خواص جذب، استفاده از يك پوشش آستري با خواص موردنظر و بعد اعمال لاية دوم به عنوان سدكننده مي‌باشد، سيستمهاي چند لايه نتايج مثبتي داشته‌است ولي قيمت بالاي آنها يك مانع بزرگ محسوب مي‌شود.

فيات اين نوع سيستم را براي درپوش موتور خودروي آلفامئو اسپايدر كه در خط توليد در فرايند پوشش الكتريكي وارد مي‌شود، بكارگرفته است. اعمال سيستم‌هاي چند لايه بصورت خيس (بدون پخت جداگانه) هزينة را كاهش مي‌دهد ولي كارايي سيستم را پايين مي‌آورد.

بكارگيري آستري ضخيم‌تر نيز يك راه‌حل محسوب مي‌شود، گرچه خطر روان شدن رنگ را افزايش مي‌دهد. در آزمونهاي انجام‌شده توسط Unicarb، ضخامت لايه‌ها به 70 تا 80 بدون افت كيفيت سطحي افزايش داده ‌شده‌است. اين روش در برابر ايجاد كارايي دارد ولي وقتي ترك‌هاي ريز در سيستم وجود داشته‌باشد اين كارايي كاهش مي‌يابد.

اخيراً سه روش براي حذف حباب در رنگ ابداع شده‌است:

 

الف) پوشش‌دهي درون قالب (In-mould Coating):

پوشش‌دهي درون قالب چندين مزيت دارد: در همان چرخه زماني توليد و يا كمي بيشتر از آن، قطعه رنگ‌شده بيرون مي‌آيد. قطعه هم مي‌تواند رنگ شود و هم از نظر الكترواستاتيكي هادي شود. دو روش IMC وجود دارد: فشار پايين در قالب باز و فشار بالا(300-400 bar) در جايي ‌كه از خاصيت الاستيسيتة مواد براي ايجاد لاية آستري استفاده مي‌شود.

كارايي اين روش براي سطح پنل‌ها غيرقابل مناقشه است ولي لبة پنل خيلي خوب پوشش داده نمي‌شود. در اين روش براي خودروي دايملر هاچ‌بك به همراه اعمال سيستم دو لاية هادي آستري/ سيلر بر لبه‌ها و بعد بر كل پنل استفاده شده‌است. اين قطعات قبل از مرحلة پوشش‌دهي الكتريكي به خط توليد وارد مي‌شوند.

 

ب) پوشش‌دهي پودري

اعمال پوشش‌هاي پودري در ضخامت‌هاي زياد ممكن ‌است كه خود امتيازي براي اين سيستم محسوب شود. اين پوشش‌ها بصورت تركيبي (هيبريد) و يا پلي‌استري براي اوّلين بار در آمريكا براي لبه‌ها بكار گرفته‌شد.

در اروپا پودرهاي الكتريكي در 4/1 پنل‌هاي خودرو مانند پنل جلوي خودروي رنو Velsatis و پژو 807 (پنل جلو و عقب) استفاده شده‌اند.

اگرچه اين مواد در كاهش ميزان ايجاد حباب موثر بوده‌اند، اما هم‌اينك به اندازة قابليتشان رايج نيستند چرا كه يكي از ويژگي‌هاي‌ ايشان نياز به اعمال بر سطوح داغ (بيشتر از oC100) در هر ضخامتي مي‌باشد. در اينجا وجود يك سطح هادي به اعمال پوشش كمك مي‌كند.

 

ج) آستري پخت‌شونده باUV

آستري‌هاي پختUV سومين راه‌حل محسوب مي‌شوند. برخلاف روش پودري كه امكان اعمال لايه ضخيم (بيشتر از 100) وجود دارد، در اين روش ضخامت رنگ بسيار پايين است (كمتر از 30) ولي خوب شبكه‌اي (Crosslink) مي‌شود. آستر مي‌تواند هادي يا غيرهادي باشد. يكي از مزاياي اين روش امكان استفاده از يك خط رنگ كوتاه و زمان خشك‌شدن كم مي‌باشد. قطعات پيچيده را مي‌توان با استفاده از سيستم‌هاي روبوتيك پخت نمود.

به‌ منظور كاهش خطر وجود نقاط پخت‌نشده، برخي سازندگان از سيستم‌هاي پخت دوگانه (UV+ هاردنر) بهره مي‌برند.

در اينجا بايد توجه داشت اگرچه روش‌هاي مناسب رنگ‌آميزي به كاهش حباب در رنگ كمك مي‌كند ولي راههاي ديگري نيز براي بهبود پوشش‌ها از طريق شرايط قالبگيري (مثلاً قالبگيري در خلاء)، تغيير در فرمولاسيون و يا حتي طراحي قطعه وجود دارد.

ضمناً بايد دانست برخي از مشكلاتي كه در كيفيت سطح وجود دارد، منشائي غير از نكات قبلي دارد و مربوط به رنگ‌آميزي نيست. دندانه‌ها و اعوجاج با طول موج بيش از mm30 از جملة اين نقايص هستند‌كه رنگ نمي‌تواند آنها را ازبين ببرد. در اين موارد مي‌بايست قالب، فرمولاسيون و پارامترهاي فرآيندي مورد بررسي قرارگيرد.

 

مفهوم عبارت كلاسA

عبارت كلاسA  راهي براي بيان هدف كيفيت سطح قطعات بدنة خودرو مي‌باشد. البته براي اين عبارت، تعريف واحدي وجود ندارد و هر مشتري معيارهاي خاص خود را داراست. معناي اين عبارت به مرور زمان تغيير مي‌كند و به معناي ،،سطحي است كه ظاهر آن مورد پسند مشتري خودرو باشد،، ارتقاء مي‌يابد. روش‌هاي ارزيابي اعوجاج سطح (Waviness) نيز در مقياس‌هاي مختلف عمل مي‌كنند. برخي در ابعاد كم و برخي در ابعاد وسيعتر به ارزيابي كيفيت سطح مي‌پردازند.

دماي بالا قبل از اعمال رنگ مي‌تواند تاثير منفي بر كيفيت سطح قطعه داشته‌باشد و مي‌تواند نقص برخي روش‌ها محسوب شود. تقويت‌كننده مي‌تواند نقايص را برجسته نمايد. بعد از اعمال آستري نزول كيفيت سطح در اثر دما ادامه مي‌يابد ولي آهسته‌تر از قبل، به دليل فوق روشهاي مرطوب بر روش‌هاي پودري داراي مزيت مي‌باشند.

اعوجاج با طول موج بينmm 3/0 تا mm 10 بيانگر مشكلي در اعمال رنگ است. نكته‌اي كه خاص پوشش‌هاي پودري اكريليك مي‌باشد، اين است كه اعوجاج در محدودة 10 تا mm30 اتفاق مي‌افتد. اين اعوجاج ممكن است سطح غيرقابل قبولي ايجاد نمايد كه از فاصلة 3 تا 5 متري ديده مي‌شود.

 

نتيجه

رنگ‌كردن كامپوزيت‌ها در صنعت خودرو يك روياي دست‌نيافتني نيست حتي زماني‌كه روش‌هاي دماي بالا مشكلات متعددي را ايجاد مي‌نمايند. بدين منظور مي‌بايست كنترل كاملي بر فرآيند از طراحي تا ساخت اعمال شود. و در پايان اينكه رنگ‌كردن هرگز نبايد به عنوان روشي براي پنهان‌كردن نقايص مورد استفاده قرارگيرد. 

گالری

Template Design:Dima Group