پیش‌آغشته

پریپرگ یا پیش آغشته یک ماده کامپوزیتی است که از الیاف "پیش آغشته" و یک ماتریس پلیمری نیمه آماده شده ، مانند رزین اپوکسی یا فنلی ، یا حتی ترموپلاستیک ها که با لاستیک یا رزین مایع مخلوط شده‌اند، ساخته شده است. الیاف غالباً به شکل یک بافت هستند و ماتریس برای اتصال آنها به یکدیگر و سایر اجزا در طول ساخت استفاده می شود. ماتریس ترموست فقط تا حدی پخته می شود تا امکان جابه‌جایی راحت را فراهم کند. این ماده B-Stage برای جلو‌گیری از پخت کامل نیاز به ذخیره سازی در محیط سرد دارد. مرحله B-Preg همیشه در مناطق خنک نگهداری می شود چون گرما فرآیند پلیمریزاسیون را کامل و سریعتر می‌شود. بنابراین، ساختارهای کامپوزیتی که از پیش آغشته‌سازی ساخته شده‌اند، بیشتر به اجاق یا اتوکلاو برای پخت نیازمندند. ایده اصلی برای ساخت مواد پیش‌آغشته، استفاده از خواص مکانیکی ناهمسانگرد در کنار الیاف است، در حالی که ماتریس پلیمری خاصیت‌های پر‌کننده را نیز فراهم می‌کند و الیاف را در یک سیستم واحد کنار هم نگه می‌دارد.

پریپرگ این اجازه را می دهد تا الیاف را روی یک جسم قابل کار مسطح، یا بهتر است بگوییم در یک فرآیند صنعتی، روی یک سطح آغشته کند و سپس الیاف آغشته شده را به شکلی درآورد به نحوی که برای فرآیند تزریق داغ مشکل ساز نباشد. پریپرگ همچنین به فرد این امکان را می دهد مقدار زیادی فیبر را پیش آغشته کند و سپس آن را در یک منطقه خنک (کمتر از 20 درجه سانتیگراد) برای مدت طولانی نگه دارد تا بعداً بهبود پیدا کند. این روش همچنین در مقایسه با فرآیند تزریق داغ ممکن است زمان‌بر باشد و ارزش افزوده برای آماده‌سازی پیش‌آغشته در مرحله تامین‌ کردن مواد است.

حوزه های کاربردی 
این تکنیک در صنعت هوانوردی بسیار کاربردی است. در واقع، پریپرگ قابلیت پردازش در اندازه های مختلفی را دارد. با وجود استفاده از الیاف شیشه در هواپیماها به ویژه موتورهای هواپیماهای کوچک، فیبر کربن در این صنعت با حجم بالاتری استفاده می شود و تقاضا برای آن رو به افزایش است. برای مثال، مشخصات ایرباس A380 با استفاده از کسر جرمی صورت می‌گیرد. این کسر جرمی حدود بیست درصد است و ایرباس A350XWB با کسر جرمی حدود پنجاه درصد، از فیبر کربن پیش‌آغشته استفاده می کند. بیشتر از بیست سال است که از پیش آغشته های فیبر کربنی در ایرفویل و باله های ناوگان ایرباس استفاده می شود.

استفاده از پریپرگ در صنعت خودروسازی در مقادیر کمتری در مقایسه با باقی تکنیک‌ها مانند نصب نوار و قرار دادن فیبر که به صورت خودکار انجام می‌شوند، استفاده می‌شود. دلیل اصلی این امر هزینه نسبتاً بالای الیاف پریپرگ شده و همچنین ترکیبات مورد نیاز در قالب ها است. نمونه ای از این ابزارها BMC یا SMC هستند.

موارد استفاده از پریپرگ ها 
صنعت های زیادی وجود دارند که از مواد پریپرگ استفاده می کنند که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود.

 موتوراسپرت
 سفر فضایی
 تجهیزات ورزشی
 کشتیرانی
 فناوری ارتوپدی در ارتز و همچنین در پروتز
 در مهندسی برق به عنوان یک "لایه میانی" در مدارهای چند‌لایه و به عنوان ماده عایق برای ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتور‌ها
 پره‌های روتور در توربین‌های بادی

انواع فیبر‌های کاربردی 
الیاف زیادی وجود دارد که قادرند کاندیدای مناسبی برای تهیه الیاف پیش‌آغشته شده باشند.  رایج‌ترین این الیاف‌ها در زیر آمده است.

 الیاف شیشه
 پارچه شیشه ای
 الیاف بازالت
 الیاف کربن
 الیاف آرامید

ماتریس 
سیستم‌های ماتریسی را با توجه به دمای سخت شدن و نوع رزین آن‌ها متمایز می کنند. دمای پخت تا حد زیادی بر دمای انتقال شیشه ای و در نهایت دمای عملیاتی تأثیر گذار است. هواپیماهای نظامی عمدتاً از سیستم‌های 180 درجه سانتیگراد استفاده می کنند.

ترکیبات 
ماتریس پریپرگ از مخلوط رزین و سخت کننده‌ها، در برخی موارد یک شتاب‌دهنده تشکیل شده است.  انجماد در منفی بیست درجه سانتی گراد از واکنش رزین با سخت‌کننده جلوگیری می کند. با قطع شدن زنجیره سرد، واکنش آغاز می‌شود و پریپرگ غیرقابل استفاده می شود. همچنین پیش آغشته در دمای بالا وجود دارد که می توان برای مدت معینی در دمای اتاق نگه داشت. این پیش آغشته‌ها را باید تنها در اتوکلاو در دمای بالا آماده کرد.

انواع رزین‌ها 
از رزین‌ های ساخته شده از رزین اپوکسی به صورت گسترده استفاده می شود. پیش آغشته‌های تولید شده از وینیل استر نیز موجود است. از آنجایی که رزین‌های وینیل استر باید از قبل با شتاب دهنده آمین یا کبالت تسریع شوند، زمان تولید آنها در دمای اتاق کوتاه تر از پیش‌آغشته های بر پایه اپوکسی است. کاتالیزورها (یا سخت‌ کننده‌ها) شامل پراکسیدهایی مانند متیل اتیل کتون پراکسید (MEKP)، استیل استون پراکسید (AAP) یا سیکلوهگزانون پراکسید (CHP) هستند. رزین وینیل استر در وضعیت هایی با تنش‌ بالا استفاده می شود.

خواص رزین 
ویژگی های رزین و اجزای تشکیل دهنده فیبر بر تکامل ریزساختارهای VBO (فقط کیسه خلاء) در طول پخت تأثیر گذار هستند. با این وجود که خواص فیبر و معساختار بستر فیبر استاندارد شده‌ اند، ویژگی‌های ماتریس هم الیاف پریپرگ و هم فرآیند را هدایت می‌کنند.  در نتیجه، درک وابستگی سیر تکاملی ریزساختارها به خواص رزین بسیار مهم است و توسط محققان بسیاری مورد بررسی قرار گرفته‌است. ابزار پیش آغشته خشک ممکن است با رزین های با ویسکوزیته کم ساخته شوند. با این حال، ریدگارد توضیح می‌دهد که سیستم‌های VBO پریپرگ به نحوی طراحی شده‌ اند که در مراحل اولیه پخت کمی چسبناک باقی بمانند تا از نفوذ جلوگیری کنند و مناطق خشک کافی برای تخلیه هوا باقی بماند. از آنجایی که برای ایجاد خلاء در دمای اتاق از سیستم‌های VBO استفاده می‌شود، که گاهاً بر حسب ساعت یا روز اندازه‌گیری می‌شود، برای ویسکوزیته رزین بسیار مهم است که از «جریان سرد» جلوگیری کند و می‌تواند مسیر های تخلیه هوا را زودتر از موعد مسدود کند. با این وجود، پروفیل ویسکوزیته باید با جریان کافی در دمای پخت به طور کامل پیش آغشته شود که مناطق خشک زیادی در قسمت نهایی باقی نماند. علاوه بر این، بوید و ماسکل  استدلال می کنند که برای جلوگیری از تشکیل و رشد حباب در فشارهای استحکام بخشی کم، هر دو ویژگی چسبناک و الاستیک بودن پریپرگ باید با پارامترهای تولید خاصی که در طول پخت با آن مواجه می شوند، تنظیم شوند تا در نهایت اطمینان حاصل شود که اکثر فشار وارد شده به رزین منتقل می‌شود. در مجموع، تکامل رئولوژیکی رزین‌های VBO باید فضای خالی ناشی از گاز های به دام افتاده و نیز فضا های خالی ناشی از جریان نا‌کافی را متعادل کند.

پردازش 
در دمای اتاق، رزین بسیار کند واکنش می دهد و اگر منجمد شود برای سال‌ها پایدار می ماند. در نتیجه، پیش آغشته‌سازی‌‌ ها فقط در دمای بالا قابل انجام هستند.  آنها با روش پرس گرم یا تکنیک اتوکلاو پردازش می شوند. با استفاده از فشار، کسر حجمی فیبر در هر دو روش افزایش می‌یابد.

بهترین کیفیت ها را می توان با روش اتوکلاو به دست آورد. ترکیبی از فشار و خلاء باعث می شود که قطعات حد الامکان با هوا درگیر نشوند. 

فرآیند پخت را می توان با یک فرآیند معتدل کردن دنبال کرد که برای اتصال عرضی به طور کامل عمل می کند.

پیشرفت های مواد 
پیشرفت‌ های اخیر در فرآیندهای خارج از اتوکلاو (OOA)  نویدبخش بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌ها برای تولید سازه‌ های کامپوزیتی است. با استفاده از کیسه خلاء (VBO) برای فشار‌های جوی، فرآیندهای جدید OOA نویدبخش خالی ماندن کمتر از 1 درصد از محتوای مورد نیاز برای تولید ساختارهای اولیه هوافضا هستند. این تکنیک به رهبری مهندسان مواد در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی، در هزینه‌های تولید و نصب اتوکلاو‌های ساختاری بزرگ (صد میلیون دلار صرفه‌جویی در ناسا) و در تولید صد هواپیما از نظر اقتصادی صرفه جویی می کند.

همچنین ببینید 

 مواد کامپوزیت
 پلیمر تقویت شده با فیبر کربن
 خارج از تولید کامپوزیت اتوکلاو

منابع 
 
کامپوزیت‌ها