کیسه خلا (فیلم وکیوم بگ)

کیسه خلا (وکیوم بگ) در فرآیندهای تولید کامپوزیت

کیسه خلا یا وکیوم بگ، یکی از اجزای کلیدی در فرآیندهای نوین تولید قطعات کامپوزیتی مانند قالب‌گیری تزریق رزین (Resin Infusion) و پخت در اتوکلاو (Autoclave Curing) است. این محصول که به شکل یک فیلم پلیمری انعطاف‌پذیر عرضه می‌شود، نقشی اساسی در اعمال فشار یکنواخت، حذف هوای محبوس و بهینه‌سازی نسبت الیاف به رزین ایفا می‌کند. در این مطلب، به بررسی عملکرد، مزایا و معیارهای انتخاب این محصول می‌پردازیم.

اصول عملکرد و مکانیزم فنی وکیوم بگ

عملکرد کیسه خلا بر یک اصل فیزیکی ساده استوار است: ایجاد اختلاف فشار. فرآیند به این صورت است که پس از چیدمان لایه‌های الیاف (Layup) بر روی قالب، کل مجموعه با استفاده از یک فیلم وکیوم بگ پوشانده شده و لبه‌های آن با نوار سیل درزگیر(Sealant Tape) کاملاً آب‌بندی می‌شود.

سپس، با استفاده از پمپ خلا، هوای موجود در فضای بین کیسه و سطح قالب به طور کامل تخلیه می‌گردد. این کار منجر به ایجاد یک محیط خلاء نسبی در زیر کیسه می‌شود. در نتیجه، فشار اتمسفر محیط (که تقریباً معادل $1\text{ bar}$ یا $14.7\text{ psi}$ است) از بیرون به سطح کیسه نیرو وارد کرده و آن را با فشاری کاملاً یکنواخت به تمام نقاط قطعه، حتی سطوح منحنی و پیچیده، می‌فشارد.

این فشار مکانیکی یکنواخت، اهداف زیر را محقق می‌سازد:

• فشردن لایه‌های الیاف به یکدیگر و اطمینان از تماس کامل آن‌ها.
• خارج کردن هوای حبس‌شده و ترکیبات فرّار از بین لایه‌ها.
• هدایت رزین اضافی به بیرون از لمینت و افزایش نسبت حجمی الیاف (Fiber Volume Fraction).

مزایای استفاده از فرآیند وکیوم بگینگ

ادغام این تکنیک در فرآیند تولید کامپوزیت، منجر به بهبودهای قابل اندازه‌گیری در کیفیت محصول نهایی می‌شود:

• کاهش تخلخل (Void Content): حذف حباب‌های هوا به طور مستقیم به افزایش خواص مکانیکی قطعه، از جمله استحکام برشی بین لایه‌ای (Interlaminar Shear Strength) و مقاومت در برابر خستگی (Fatigue Resistance) منجر می‌شود.
• بهبود نسبت الیاف به رزین: با خروج رزین اضافی، قطعه نهایی سبک‌تر شده و نسبت استحکام به وزن (Strength-to-Weight Ratio) آن به شکل چشمگیری افزایش می‌یابد.
• افزایش کیفیت سطح: فشار یکنواخت باعث می‌شود سطح قطعه کاملاً با سطح قالب منطبق شده و یک پرداخت سطحی صاف و باکیفیت (High-Quality Surface Finish) ایجاد شود.
• تکرارپذیری فرآیند: این روش، ثبات و یکنواختی در تولید قطعات متعدد را تضمین می‌کند که برای تولید صنعتی امری ضروری است.

کاربردهای کیسه خلا

تکنیک وکیوم بگینگ به دلیل مزایای ذکر شده، در صنایع پیشرفته‌ای که کیفیت و عملکرد در آن‌ها اولویت دارد، به طور گسترده استفاده می‌شود:

• هوافضا: تولید اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای هواپیما، ماهواره و پهپاد.
• انرژی: ساخت پره‌های توربین بادی و مخازن تحت فشار.
• دریایی: تولید بدنه و عرشه شناورهای سبک و مستحکم.
• خودروسازی: ساخت قطعات شاسی، پنل‌های بدنه و اجزای آیرودینامیکی در خودروهای عملکرد-محور (Performance Vehicles).

معیارهای کلیدی در خرید کیسه خلا

انتخاب فیلم وکیوم بگ مناسب، مستقیماً بر موفقیت فرآیند تولید تأثیرگذار است. پارامترهای فنی زیر باید در هنگام انتخاب مد نظر قرار گیرند:

1. حداکثر دمای کاری (Maximum Service Temperature): کیسه باید با دمای پخت رزین مورد استفاده سازگار باشد. فیلم‌های نایلونی استاندارد معمولاً تا دماهای ۱۲۰-۱۵۰ درجه سانتی‌گراد مقاوم هستند، در حالی که فیلم‌های تخصصی‌تر می‌توانند دماهای بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد را نیز تحمل کنند.
2. درصد ازدیاد طول (Elongation): این پارامتر نشان‌دهنده میزان کشسانی فیلم قبل از پارگی است. برای قالب‌های با هندسه پیچیده، درصد ازدیاد طول بالا (بالای ۳۰۰%) ضروری است تا فیلم بدون ایجاد تنش یا پارگی، شکل قالب را به خود بگیرد.
3. ضخامت فیلم (Thickness): ضخامت، که معمولاً بر حسب میکرون (µm) بیان می‌شود، بر مقاومت فیلم در برابر سوراخ‌شدگی و پارگی تأثیر دارد. انتخاب ضخامت مناسب به پیچیدگی قالب و شرایط فرآیند بستگی دارد.
4. سازگاری شیمیایی (Chemical Compatibility): جنس پلیمر کیسه باید با نوع رزین (رزین اپوکسی، رزین پلی استر، رزین وینیل استر) و سایر مواد مصرفی در فرآیند سازگار باشد.

راهنمای استفاده از کیسه خلا (وکیوم بگ) برای تولید قطعات کامپوزیت

استفاده صحیح از کیسه خلاء یکی از مهم‌ترین عوامل در دستیابی به قطعات کامپوزیتی با کیفیت بالا و خواص مکانیکی مطلوب است. در ادامه، مراحل استاندارد فرآیند وکیوم بگینگ را برای شما شرح می‌دهیم:

مرحله ۱: آماده‌سازی قالب و چیدمان الیاف (Layup)

ابتدا قالب را به دقت تمیز کرده و جداکننده قالب (Release Agent) را روی سطح آن اعمال کنید. سپس، لایه‌های الیاف (مانند الیاف کربن، الیاف شیشه یا آرامید) را با آرایش و جهت‌گیری مورد نظر، روی قالب بچینید. این مرحله پایه و اساس شکل‌گیری قطعه نهایی است.

آماده‌سازی قالب و چیدمان الیاف (Layup)

مرحله ۲: قرار دادن لایه‌های کمکی (Ancillary Materials)

پس از چیدمان الیاف، نوبت به قرار دادن لایه‌های کمکی می‌رسد. این لایه‌ها معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• فیلم جداکننده (Release Film): یک لایه نازک و متخلخل که رزین به آن نمی‌چسبد و به راحتی از قطعه نهایی جدا می‌شود.
• لایه توزیع‌کننده رزین (Flow Medium/Distribution Layer): یک شبکه مشبک که به حرکت یکنواخت و سریع رزین در سراسر الیاف کمک می‌کند.
• لایه جاذب (Bleeder/Breather Layer): لایه‌ای جاذب که هوای محبوس و رزین اضافی را به سمت دریچه‌های خلا هدایت می‌کند.

قرار دادن لایه‌های کمکی (Ancillary Materials)

مرحله ۳: آب‌بندی کیسه خلا

کیسه خلا (وکیوم بگ) را روی کل مجموعه قالب و لایه‌های کمکی قرار دهید. سپس، با استفاده از نوار درزگیر (Sealant Tape) مخصوص، لبه‌های کیسه را به طور کامل به لبه‌های قالب یا سطح زیرین آب‌بندی کنید. اطمینان حاصل کنید که هیچ‌گونه نشتی هوا از اطراف کیسه وجود نداشته باشد، زیرا این امر موفقیت فرآیند را به خطر می‌اندازد.

آب‌بندی کیسه خلا

مرحله ۴: اتصال پمپ خلا و تخلیه هوا

شیر وکیوم (Vacuum Valve) را روی کیسه نصب کرده و شلنگ پمپ خلا را به آن متصل کنید. پمپ خلا را روشن کنید تا هوای داخل کیسه به تدریج تخلیه شود. همزمان با تخلیه هوا، کیسه به تدریج روی قالب و الیاف فشرده می‌شود. فشار خلا را با گیج (Vacuum Gauge) به دقت کنترل کنید تا به سطح مطلوب برسد (معمولاً بین 0.8 تا 0.95 بار خلا).

اتصال پمپ خلا و تخلیه هوا

مرحله ۵: تزریق رزین (در صورت استفاده از روش Infusion)

اگر از روش قالب‌گیری تزریق رزین (Resin Infusion) استفاده می‌کنید، پس از برقراری خلاء کامل، رزین را از طریق پورت‌های ورودی به داخل کیسه هدایت کنید. فشار خلا باعث می‌شود رزین به طور یکنواخت در سراسر الیاف توزیع شده و تمام فضای خالی را پر کند. در غیر این صورت، اگر الیاف از قبل به رزین آغشته شده‌اند، این مرحله حذف می‌شود.

تزریق رزین (در صورت استفاده از روش Infusion)