ولا تزال طريقة وضع اليد واحدة من أكثر التقنيات استخداما في التصنيع المركبة، التي تتميز بساطة هذه المادة، وتدني تكلفة الأدوات، والقدرة على إنتاج أجزاء كبيرة ومعقدة، ومن الوصلات البحرية وألواح السيارات إلى شفرات التوربين الريحية والهياكل المعمارية، فإن قوة ودوام طبقة اليد المركبة تعتمد كليا تقريبا على مدى دقة توزيع الطبقات وتعزيزها.

Understanding Hand Layup Fundamentals

ويستلزم تصميم اليد وضع نسيج التعزيز يدوياً - ألياف كربونية أو هرم (كيفلر) إلى قالب ورشها بنظام راتنج سائل، مثل البوليستر أو المكسور، ويطبق الراتنج على الفرشاة أو اللفائف أو السككك الحديدية، ويجمع كل طبقة من الطبقات لضمان التنفيذ الكامل للمواد المجهزة.

ويتمثل التحدي الأساسي في تحقيق التوازن بين القوة والوزن والتكاليف، وقد يكون وضع التصميم غير المخطط له جيدا إما ثقيلا جدا (بمواد التبديل وزيادة تكلفة الجزء) أو ضعيفا جدا (بسبب الفشل الهيكلي) ويكمن مفتاح النجاح في فهم كيفية تفاعل التوجه الألياف، ومحتويات الراتن، وتسلسل طبقات، وتقنيات التعزيز لإنتاج تركيبة تلبي متطلبات التصميم.

دور التوجيه في مجال التداول

فالأعمال التي تُستخدم في شكل أحجام مركب، هي التي تميل إلى استخدام الحمولات المطبقة حيث تكون اللافحة قوية وحيث تكون ضعيفة، وفي الأنسيج غير المباشرة، توازي جميع الألياف، وتوفر أقصى قوة وثبات على طول تلك المحور، ولكنها كثيرا ما تكون قليلة جدا، وتعاني النسيجات ذات الاتجاه المضغي )المصممة على أساس النسيج( من الإجهاد البالغ ٠ درجة.

وقاعدة الإبهام هي مواءمة الألياف مع مسارات الحمولة الأولية، ويعني ذلك عمليا أن الهيمنة أو التوتر أو الضغط في اتجاه واحد قد تستخدم أغلبية الطبقات غير المباشرة الموجهة في هذا الاتجاه، مع نسبة صغيرة من الطبقات المتقاطعة أو 45 درجة مئوية لمعالجة الضغوط الثانوية، بالنسبة لأجزاء مثل هوايات المركب التي تُعاني من آثار متعددة الاتجاه.

أهمية نسبة ريسين إلى شباط/فبراير

ويستخدم الراتب لنقل الحمولة بين الألياف، وحمايتهم من البيئة، وتحمل اللوم معا، ويضيف الكثير من الراتنجات وزنا دون زيادة القوة )ويمكن أن يقلل من التشدد(، بينما يؤدي الراتنج الصغير جدا إلى مناطق جافة، وضعف الألياف الرطبة، والضعف، وهناك نسبة نموذجية من الراتنجات السائلة من أجل تصميم اليد تتراوح بين ٣٠ و ٤٥ في المائة من الوزن الريحي و ٦٠ في المائة.

ويساهم استخدام عامل التموين أو السكوغي لإزالة الراتنج الزائد بعد أن تساعد كل طبقة على الحفاظ على النسبة الصحيحة، ويزيد التكديس في الخانات من تحسين التوحيد ويقلل من المحتوى الباطل، مما يجعله ممارسة معيارية بالنسبة لأجزاء التعبئة اليدوية العالية الأداء.

الاستراتيجيات الأساسية للضغط على أقصى حد

ولا تكون الهيمنة قوية إلا بقدر ضعف الوصلة البينية لطبقتها، إذ إن إزالة طبقة العزل - وهي طريقة فشل مشتركة يمكن منعها من خلال التسلسل الفكري، والإعداد السليم للسطح بين الطبقات، والارتطام المراقب، وتساعد الاستراتيجيات التالية على بناء هيمنة قوية.

التجمعات عبر الحدود بين القطاعين العام والخاص

تتألف اللغتان عبر الرئة من طبقات متجهة نحو 0 درجة و90 درجة مقارنة بالمحور المرجعي، وتوفر هذه التشكيلة قوة جيدة في اتجاهين منعزلين، مما يجعلها مناسبة للوحات وأجزاء مسطحة ذات تحميل ثنائي أساساً.

وعند تغيير التوجهات، من المهم المحافظة على عدم التماثل بشأن خط منتصف الطائرة اللامغة لتجنب الإجهاد الناجم عن الإجهاد الحراري أو الإجهاد الناقص، مثلا، قد يكون وضع العينات [0/90/45]، أي أن التسلسل من الخارج هو 0°، 90°، +45 درجة، - 45 درجة، يليه صورة المرآة، وهذه الممارسة تبقي الجزء ثابتا وتخفض الضغوط المتبقية.

المواد الكيميائية

ويسود هيمنة شبه عسكرية على جميع الاتجاهات داخل الطائرة، ويتحقق ذلك باستخدام طبقات تبلغ صفرا و 90 درجة و +45 درجة و 45 درجة في أعداد متساوية، وبالنسبة لتحديد اليد، فإن التسلسل شبه المقطعي هو [0/45/90/45] أو [090/45/45] أو [90/45]، أو أجزاء من هذه الحلقات هي ضغط ممتاز على أجزاء من الحمل العشوائي أو الدوار.

وفي حين أن الاختلاط شبه الاستوائية تقلل من الحد الأقصى للقوام في أي اتجاه بالمقارنة مع التصميم غير المألوف، فإنها توفر قوة معززة ومقاومة للكسر تحت حمولات معقدة، وهي خيار آمن عندما يكون مسار الشحن الدقيق مجهولا أو متغيرا.

التعبئة المتوازنة والمتسمة

وتحتوي اللغتان المتوازنتان على زوجين من الأزواج + الاصطناعية وطبقات من نفس السميك والمواد، مما يزيل الانقلابات التي تستهلك في إطار النفقة، وتحتوي اللغتان اللامعية على طبقات متطابقة على جانبي الخط الوسطي، مما يحول دون الانقلاب الداعر، وكلا العقارين أساسيان بالنسبة لأجزاء يجب أن تظل ثابتة ولا تلتوى أو تحت الحمولة.

وإذا كان يجب أن تبتعدي عن التماثل، على سبيل المثال، لإضافة تعزيز محلي على جانب واحد من التعويض بإضافة طبقة رقيقة التوازن على الجانب الآخر أو باستخدام مادة أساسية توزع الحمولات على نحو متساو.

تقنيات تعزيز القوة

وإلى جانب الطبقات الأساسية، يمكن أن تؤدي أساليب التعزيز المحددة إلى تحسين قوة جزء من تصميم اليدين وتصلبه ومقاومته دون زيادة وزنه بدرجة كبيرة، وهذه التقنيات قيمة بوجه خاص في المناطق ذات المستويات العالية مثل الزوايا، والحواف، ونقاط الضبط، ومناطق إدخال الحمولة.

المواد الأساسية: فوم، وهونيكومب، وبالسا

- بناء الساندويتش - يربط بين جلدين مركبين رقيقين - يرتعشان الجلود بواسطة أوامر من الحجم، بينما يضيفان وزناً ضئيلاً، ويعملان في القاع كعامل فضاء يفصلان الجلدين ويعطيانهما لحظة عالية من الغضب، وتشمل المواد الأساسية المشتركة رغاوي البولي كلوريديل المغلقة (مثلاً، ديفينيسيل)، ورغوة متعددة اليورثابان، نوميكس

وعند إدراج الجوهر، يكون الإعداد السطحي السليم بالغ الأهمية، ويجب أن تكون الجلدات سميكة بما فيه الكفاية لمعالجة الحمولات المحلية، ويجب أن تكون النواة مترابطة تماما لمنع إزالة السائل من الجلد - الأساسي، واستخدام معكرة من السائل أو راتنج سميكة لسد أي ثغرات، وتطبيق ضغط فراغي لضمان الاتصال الحميم، وبالنسبة للأجزاء المكشوفة، ينبغي أن تكون الركيزة من خلال التنظيف (الشققوط) أو استخدام مواد أساسية مرنة المرنة.

External resource: Composites World – Sandwich Core Materials Selection and Application]

المرافق الهيكلية وتعزيزات المجتمعات المحلية

وتتمحور المصابون - المميتات أو المركبون، أو الصواعق المرتجلة، أو الرؤساء الصلبون - في المطهر لتوفير نقاط الضبط دون حفر من شأنها أن تضر بالألياف، وتوضع بين طبقات أثناء الاستلقاء، مع تركيبات نسيجية إضافية )تسمى " المضاعفات " أو " المتشردين " ( حول الإضافة التي لا تكفل توزيع الإجهاد.

وتشمل التعزيزات المحلية إضافة طبقات إضافية من الألياف فقط في المناطق ذات الكبريت العالية، فعلى سبيل المثال، قد تحصل منطقة الكييل في كوخ القارب على طبقات إضافية ثنائية الفاكس، بينما قد تحصل ذبابة بين قوسين هيكليتين على رقائق ألياف الكربون غير المباشرة، وهذه المنطقة المحلية تكتسب قوة أكبر تماما حيثما يلزمها دون إهدار مواد في أماكن أخرى.

Stitching and Z-Pinning for Delamination Resistance

والتطهير هو فصل الطبقات بسبب الضغوط خارج نطاق الخطة، مثل تلك التي تسببها الارتطام أو القذف أو التدوير الحراري، وتركيب طبقات النسيج الجاف مع خيط صمامات صمامات صمامات عالية (مثلاً، كيلوار أو زجاج) قبل أن يتم تركيب أجهزة تقوية للثديين من خلال العصي التي تقاوم الإنهيار الرأسي.

أما بالنسبة للوضع المثالي لليد، فإن النهج الأبسط هو استخدام النسيج المخبأ (مثل النسيجات غير القريدس ذات الصلصة أو الترايكية) التي بنيت خيوط الاختياط التي تُمسك الطبقات معاً، وهذه الأغصان تسهل أيضاً التعامل مع الألياف وتخفضها.

تقنيات التطبيق العملي

وحتى أفضل تصميم لاختيار المواد ووضعها سيفشل إذا كان التنفيذ العملي ضعيفا، والأساليب التالية أساسية لترجمة جدول زمني نظري مهيمن إلى جزء قوي خال من الفراغ.

التبضع والثقب

ويقصد بالتخلص الكامل من الألياف أن تُجمع بالراتنج، دون وجود بقع جافة أو فقاعات هوائية، واستخدام فرشات أو طفاة من الشمط، والعمل على راتنج في النسيج، بدءا من المركز والتحرك إلى الخارج، وانتهاء الرش في البداية، ثم تضيف المزيد حسب الحاجة، وينبغي أن تُرفع مستويات الارتداد إلى للحفاظ على حجم الأنفاس المستهدف.

إن التلاعب بعد كل طبقة أو ثلاث طبقات هو ممارسة جيدة بالنسبة للأطدام السميكة بالنسبة للأجزاء الرقيقة (أقل من 4 طبقات)

التوسيع الغامض للوحدة

وفي حين يمكن أن يكون وضع اليد مفتوحا للغلاف الجوي، فإن التنظيف المكنسي يحسن بشكل كبير نوعية الجزء، إذ إن الضغط الجوي (حوالي 14.7 بيس) على المطهر، يقلل الفراغات ويزيد حجم الألياف ويخلق سميكا موحدا، كما أن سلسلة التنظيف النمطية (من المسطح) هي: البنفسج (للمس النظيف)، وتصوير النسيج المقطعي (ل للسماح بالتدفق الجوي).

إن التنظيف الغامض مهم بشكل خاص عندما يستخدم المواد الأساسية أو يضرب طبقات متعددة، لأنه يضغط على القاع ويمنع الرشوة حول الزوايا، ويتيح أيضاً علاجاً تحت الضغط، مما يحسن تدفق الراتنج ويزيل البثورات الدقيقة.

External resource: Fibre Glast – Vacuum Bagging Guide]

جداول العمل وما بعد التأمين

وتحتاج نظم العلاج الخاصة إلى معالجة محددة، إذ يعالج راتنجات بوليستر وفينيل في درجة حرارة الغرفة بإضافة حفاز، وكثيرا ما تتطلب الأوكسيد علاجا من مرحلتين: دورة منجلات عصرية في الغرفة تليها درجة حرارة مرتفعة بعد فترة الكمال لتحقيق كامل الممتلكات الميكانيكية، ومتابعة توصيات الصانع بدقة، فالأفران التي لا تُوجد إلا ضعيفة وقد تستمر في تخفيفها.

ولأفضل النتائج، يسمح للجزء بالبقاء على المولد طوال فترة العلاج لتجنب التشويه، وإذا استخدم التنظيف المكشوف، فإنه يحتفظ بالفراغ حتى يكون الراتنج قد وضع ما يكفي للحفاظ على شكله (المرحلة " الخضراء " )، وبعد أن يكون ذلك في درجة الحرارة الموصى بها (مثل 60-80 درجة مئوية للعديد من الأكسدة)، مما يزيد درجة حرارة الانتقال الزجاجي (الدرجة الثانية) ويحسن المقاومة الكيميائية.

الأخطاء المشتركة وكيفية تجنبها

حتى المُختلقات المُختبرة تحدث أحياناً أخطاء تقلل من القوة، إدراكاً للأوراق الأكثر تواتراً يساعدك على القبض عليهم مبكراً.

Incomplete Wet-Out and Dry Spots

وتظهر البقع الجافة حيث لا يُستهان بالألياف تماماً، فهي تعمل كأجهزة ضغط ويمكن أن تؤدي إلى التفكك، فالحلول: تُدرّب كل طبقة بدقة، وتعمل من المركز إلى الخارج، وتستخدم سلاحاً حرارياً لتقليل الراتنجات قليلاً إذا كانت شديدة الوضوح، وبالنسبة لأجزاء كبيرة، تنظر في حرق الراتنج بدلاً من وضع اليد.

Fiber Waviness and Misalignment

وإذا تم توسيع النسيج أو سحبه أثناء التنسيب، يمكن للألياف أن تصبح مبتذلة أو مضللة، مما يقلل من قوتها الفعلية، وحلها: معالجة الأفران بلطف، واستخدام عفن ما قبل التأشيرات، أو الألياف الخبيثة مع رشق قبل الرذاذ، وبالنسبة للأشرطة غير المباشرة، فإن ذلك يُطبق توتر طفيف لإبقاء الألياف على مستقيم.

فائض أو غير مسدّد

المناطق الغنية بالمعادن ثقيلة وضعيفة؛ المناطق التي تفتقر إلى الراتنجات - الحل: مكونات الراتنج المزن بدقة، واستخدام محرك مزود بالبخار لتوزيع الراتنجات بالتساوي، والقيام بدورات التنظيف، والتحقق من نسبة الألياف إلى الريسين بتقدير لاملاء الاختبار.

الإعداد الأساسي غير السليم

يمكن أن يؤدي استخدام الرغاوي أو الرفوف دون إغلاق السطح إلى التشبع الأساسي (الوزن المضاف) أو الصداع الرديء، والحلول: المواد الأساسية ذات الخلايا المفتوحة دائماً مع طبقة رقيقة من الراتنج قبل التخمير، وبالنسبة لبيت العسل، استخدام مجمع للزبائن لملء حواف الخلايا.

External resource: AZoM — Common Mistakes in Composite Layup and How to Fix Them]

الاعتبارات النهائية للمجمعات ذات الرفع العالي

بناء جزء قوي من تصميم اليدين هو مزيج من العلم والحرف، حيث أن أكثر المصانع نجاحاً يخططون بتسلسل طبقاتهم بعناية، ويختارون التعزيزات المناسبة، وينفذون العملية بالتخصص، وبتحكمهم في توجيه الألياف، ومحتويات الراتين، وتوحيد طبقاتهم، يمكنكم إنتاج أجزاء تفي أو تتجاوز الممتلكات الميكانيكية لطرائق التصنيع الأكثر تكلفة.

وتوثيق جدول أعمالكم الدائم - بما في ذلك أنواع المواد والتوجهات ودوائر العلاج - بحيث يمكن تكرار النتائج الناجحة، واختبار الممتلكات الميكانيكية على لوحات العينات كلما أمكن ذلك، ولا سيما بالنسبة للعناصر الحساسة من حيث السلامة، ويمكن أن تؤدي طريقة تصميم اليد، مع الممارسة، إلى تركيبات مركبة قوية وموثوقة على حد سواء بالنسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات المطلة.

External resource: Composites World - Hand Layup Techniques for better Part Quality]