مقدمه

قالب گیری تزریق واکنشی به انگلیسی Reaction Injection Molding و به صورت اختصاری(RIM) یک فرآیند تولید است که برای تولید قطعات پلی یورتان (PU)، اپوکسی و سیلیکون ترموست (thermoset) جامد و فوم سبک، پیچیده و بادوام کاربرد دارد. این فرآیند شامل تزریق همزمان دو یا چند جزء مایع مونومری (monomeric) و واکنشی، به داخل یک حفره قالب است. این اجزا با هم واکنش شیمیایی داده و برای تشکیل قطعه مورد نظر جامد می‌شوند. این قطعات می‌توانند جامد باشند، اما عموماً فوم‌هایی خود-پوسته‌دار با چگالی کم هستند.

در این مقاله بیشتر در مورد فرآیند قالب گیری تزریق واکنشی، اهمیت آن، نحوه کارکرد، کاربردها و همچنین مزایا و معایب آن صحبت خواهیم‌کرد.

فهرست مطالب

قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) چیست؟

قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) فرآیندی است که در آن دو یا چند جزء مایع (مونومر)، به طور معمول یک پلی‌اُل (polyol) (رزین) و یک ایزوسیانات (isocyanate) (سخت کننده)، در یک هد (head) اختلاط تخصصی باهم ترکیب می‌شوند. مخلوط حاصل سپس در فشار کم به داخل یک حفره قالب تزریق می‌شود. قالب به طور معمول از دو نیمه ساخته شده است، اما بسته به نیاز می تواند از بخش های بیشتری نیز ساخته شود تا امکان ایجاد شیار (undercut) و پیچیدگی‌های بیشتر فراهم شود.

در حین و بعد از تزریق، اجزای مایع به صورت شیمیایی واکنش داده و تحت یک واکنش گرمازا (exothermic) قرار می‌گیرند که ممکن است شامل گاززدایی / فوم‌سازی نیز باشد. سپس مخلوط در داخل حفره قالب جامد می‌شود. فرآیند واکنش/جامدسازی نسبتاً سریع پیش می‌رود و زمان چرخه معمولی بین ۳۰ تا ۶۰ ثانیه است.

قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) آزادی عمل و انعطاف‌پذیری بالایی در طراحی ارائه می‌دهد و امکان ادغام ویژگی‌های متنوعی مانند تیغه ها(ribs)، برجستگی‌ها (bosses)، منحنی‌ها و شیارها را در یک قطعه واحد فراهم می‌کند. این فرآیند همچنین می‌تواند قطعات سبک و بادوام با نسبت استحکام به وزن عالی برای کاربردهای مختلف تولید کند.

هد در این بخش به مخلوط کن تخصصی یا سیستم اختلاط اشاره دارد که وظیفه ترکیب دو یا چند جزء مایع (مونومر) را در فرآیند قالب‌گیری تزریق واکنشی (RIM) بر عهده دارد. این مخلوط کن به طور خاص برای قالب گیری تزریق واکنشی طراحی شده و وظایف زیر را انجام می‌دهد:

  • اندازه‌گیری دقیق اجزای مایع: هد به طور دقیق مونومرها را به نسبت مناسب اندازه‌گیری و مخلوط می‌کند تا پلیمریزاسیون صحیح و خواص مطلوب قطعه نهایی حاصل شود.
  • مخلوط کردن کامل: هد اجزای مایع را به طور کامل مخلوط می‌کند تا یک مخلوط همگن ایجاد شود. این امر برای پلیمریزاسیون یکنواخت و جلوگیری از عیوب در قطعه نهایی ضروری است.
  • کنترل دما: هد دمای مخلوط را در حین فرآیند اختلاط کنترل می‌کند. دما نقش مهمی در پلیمریزاسیون و خواص نهایی قطعه دارد.
  • تزریق مخلوط به داخل قالب: هد مخلوط را با فشار به داخل قالب تزریق می‌کند.

فرآیند قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) چه تفاوتی با تزریق پلاستیک دارد؟

قالب گیری تزریق واکنشی و تزریق پلاستیک فرآیندهای تولیدی به ظاهر مشابه برای تولید قطعات پلاستیکی هستند، اما در طیفی از جنبه‌های بسیار مهم با هم تفاوت دارند. در قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) معمولاً از پلیمرهای مایع واکنشی مانند پلی‌یورتان، اپوکسی یا سیلیکون استفاده می‌شود، که در حفره تزریق، به صورت شیمیایی واکنش داده و برای تشکیل قطعه نهایی جامد می‌شوند.

از سوی دیگر در تزریق پلاستیک از پلیمرهای ترموپلاستیک (thermoplastic) استفاده می‌شود که در اثر حرارت ذوب شده و پس از سرد شدن جامد می‌شوند. علاوه بر این، تزریق واکنشی در فشار و دمای پایین، زیر ۱۰ مگاپاسکال و به طور معمول بین ۶۰ تا ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود. اما تزریق پلاستیک نیاز به فشار و دمای بالا، تا چند صد مگاپاسکال و تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد دارد.

قالب‌های مورد استفاده در قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) معمولاً از آلومینیوم، فولاد سخت‌نشده (non-hardened steel)، و حتی مواد کامپوزیتی مانند پلی‌استر تقویت‌شده با شیشه (GRP) ساخته می‌شوند، همین امر موجب می‌شود تا تولید آنها ارزان و سریع باشد. تزریق پلاستیک به علت نیاز به قالب‌هایی به‌مراتب بادوام‌تر برای تحمل فشارها و دماهای بسیار بالاتر، به طور قابل‌توجهی پرهزینه‌تر است (معمولاً ۱۰ تا ۲۰ برابر). تزریق پلاستیک با زمان چرخه سریع‌تر و توانایی تولید مقادیر زیادی از قطعات یکسان، برای تولید قطعات در تعداد بالا ایده‌آل است. قالب گیری تزریق واکنشی بیشتر برای تولید قطعات در تعداد کمتر یا نمونه‌سازی مناسب است و برای تولیدات کم‌تعداد مقرون‌به‌صرفه است.

اهمیت قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) چیست؟

قالب گیری تزریق واکنشی در برخی زمینه‌ها یک فرآیند تولیدی بسیار مهم محسوب می‌شود. این فرآیند مزایای متعددی در تولید قطعات پلاستیکی ارائه می‌دهد که دستیابی به آنها با روش‌های دیگر دشوار است. انعطاف‌پذیری در طراحی که با قالب گیری تزریق واکنشی حاصل می‌شود، امکان تولید قطعات با ضخامت‌های دیواری بزرگ و کوچک ترکیبی، شیارهای پیچیده و بزرگ، اینسرت های هسته فومی و همینطور قالب‌گیری‌های بسیار بزرگ را نسبت به سایر فرآیندها فراهم می‌کند.

اتصالات عرضی (cross-linked) مناسب برای تزریق واکنشی عموماً قطعاتی با نسبت استحکام به وزن بالا تولید می‌کنند. فرآیندهای فشار/دمای پایین که ویژگی تزریق واکنشی است امکان ساخت قالب‌هایی ارزان‌تر و سریع‌تر را در مقایسه با قالب‌های تزریق پلاستیک برای تولیدکنندگان فراهم می‌کند. قالب گیری تزریق واکنشی یک فرآیند حیاتی و مهم در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، هوافضا، الکترونیک، پزشکی و کالاهای مصرفی است. قالب گیری تزریق واکنشی در این حوزه‌ها فرآیندی ارزشمند برای تولیدکنندگانی است که به دنبال ایجاد قطعات پلاستیکی نوآورانه و باکیفیت هستند.

قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) چگونه کار می کند؟

قالب گیری تزریق واکنشی از تزریق همزمان دو یا چند جزء مایع واکنشی به داخل یک حفره قالب استفاده می‌کند. به طور معمول یک رزین پلی‌اُل و یک کاتالیزور ایزوسیانات به طور دقیق اندازه‌گیری می‌شوند و به صورت کاملاً همگن با یکدیگر مخلوط می‌شوند تا یک واکنش شیمیایی پلیمریزاسیون اتصالات عرضی(cross-linking polymerization) آغاز شود.

سپس مخلوط تحت فشار کم (حداکثر تا ۱۰ مگاپاسکال) به داخل حفره قالب بسته تزریق می‌شود. واکنش منجر به پلیمریزاسیون و جامدسازی گرمازا می‌شود و فضاهای داخلی قالب را بازتولید می‌کند. یکی از اجزای مونومر می‌تواند حاوی گاز محلول باشد که در حین پلیمریزاسیون از محلول خارج شده و به جای یک جامد، فوم سلول بسته (closed-cell foam) تشکیل می‌دهد.

قطعه جامد نهایی عموماً دارای استحکام، انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر ضربه و ثبات ابعادی عالی (به دلیل ماتریس پلیمری شبکه‌ای) خواهد بود. با تنظیم فرمولاسیون و نسبت‌های اختلاط اجزای مایع، می‌توان به ویژگی‌های خاصی برای قطعه دست یافت. این به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا با توجه به نوع کاربرد مورد نظر، مشخصات مواد مورد نظر را در محصول نهایی ایجاد کنند.

تکمیل فرآیند قالب گیری تزریق واکنشی چقدر طول می کشد؟

چرخه زمانی معمول برای قطعات ساخته‌شده به روش قالب گیری تزریق واکنشی می‌تواند از ۳۰ ثانیه تا چند دقیقه متغیر باشد. این به خواص ماده، ضخامت، و اندازه کلی قطعه بستگی دارد. جداسازی قطعه از قالب زمانی امکان‌پذیر است که پلیمریزاسیون به صورت کامل انجام نشده باشد، البته تا زمانی که یکپارچگی ساختاری کافی به دست آید و یا از قطعات برای حفظ شکل‌دهی و ابعاد بحرانی در حین تکمیل فرآیند پخت، به دقت محافظت شود.

دستگاه مورد استفاده برای تزریق واکنشی (RIM) چیست؟

دستگاه مورد استفاده برای تزریق واکنشی به طور معمول RIM machine یا پرس RIM نامیده می‌شود. ویژگی‌های این ماشین متناسب با نیازمندی‌های فرآیند تزریق واکنشی طراحی شده است و شامل اجزای زیر می‌شود:

  1. سیستم قیف (hopper) یا سطل (bin) برای نگهداری مواد شیمیایی از پیش مخلوط شده.
  2. سیستم اندازه‌گیری و اختلاط که اجزای مایع را با نسبت صحیح به صورت کاملاً دقیق اندازه‌گیری و همگن‌سازی می‌کند.
  3. سیستم تزریق که مخلوط مایع را به داخل حفره قالب پمپ می‌کند (معمولاً یک پیستون هیدرولیک یا الکتریکی).
  4. سیستم گرمایش برای حفظ دمای مناسب اجزای مایع.
  5. سیستم گیره قالب: برای هم تراز کردن نیمه های قالب، محکم کردن قالب در جای خود و مقاومت در برابر فشار تزریق در طول فرآیند تزریق. این سیستم می تواند هیدرولیکی، پنوماتیکی یا مکانیکی (با استفاده از پیچ) باشد.
  6. سیستم کنترل PLC یا CNC: برای نظارت و تنظیم پارامترهای دستگاه مانند: حجم/نسبت سیالات، دما، فشار، زمان تزریق و نسبت اختلاط.

آیا RIM و تزریق پلاستیک از یک دستگاه مشابه استفاده می کنند؟

خیر، این دو فرآیند علیرغم شباهت‌های ظاهری در روش‌ها، هیچ نقطه اشتراکی در تجهیزات یا فرآیند ندارند. دستگاه‌های RIM تجهیزاتی بسیار تخصصی هستند که به طور خاص برای فرآیند قالب گیری تزریق واکنشی طراحی شده‌اند و برای هیچ کار دیگری مناسب نیستند. آنها کاملاً با دستگاه‌های تزریق پلاستیک معمولی متفاوت هستند و بیشتر به سیستم‌های مخلوط/اندازه‌گیری رزین اپوکسی برای کاربردهای قالب‌گیری شباهت دارند.

دو نوع تزریق واکنشی (RIM) کدامند؟

دو نوع رایج از فرآیند قالب گیری تزریق واکنشی وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره شده و توضیح داده می‌شوند:

1. تزریق واکنشی ساختاری(Structural Reaction Injection Molding) (SRIM)

تزریق واکنشی ساختاری (SRIM) نوعی از RIM است که برای تولید قطعات بزرگ و ساختاری با استحکام و سختی بالا ایده‌آل است. SRIM مزایای RIM مانند انعطاف‌پذیری در طراحی و ابزارسازی مقرون‌به‌صرفه را با قابلیت ترکیب مواد تقویت‌کننده ساختاری، به طور همزمان ارائه می‌دهد.

همانند RIM، اجزای مایع (معمولاً پلی‌اُل و ایزوسیانات) به طور دقیق اندازه‌گیری و مخلوط می‌شوند. با این حال، در SRIM، مواد تقویت‌کننده مانند الیاف شیشه، الیاف کربن یا سایر تقویت‌کننده‌های ساختاری قبل از بسته شدن و تزریق، به داخل حفره قالب اضافه می‌شوند. مراحل فرآیند در غیر این صورت تقریباً مشابه RIM است.

SRIM مزایای متعددی برای تولید قطعات ارائه می‌دهد. ترکیب مواد تقویت‌کننده در SRIM منجر به تولید قطعاتی با استحکام، سختی و مقاومت به تغییر شکل افزایش یافته می‌شود. SRIM همچنین با استفاده از مواد تقویت‌کننده با نسبت استحکام به وزن بالا، امکان تولید قطعات سبک را فراهم می‌کند.

2. تزریق واکنشی تقویت‌شده(Reinforced Reaction Injection Molding) (RRIM)

تزریق واکنشی تقویت‌شده (RRIM) نوع دیگری از قالب گیری تزریق واکنشی است که شامل ترکیب مواد تقویت‌کننده قالب‌گیری شده با رشته کوتاه مانند الیاف شیشه و الیاف کربن در فرآیند اختلاط می‌شود. این کار به منظور افزایش استحکام، دوام و مقاومت ضربه ای قطعات RIM انجام می‌شود.

در RRIM، اجزای مایع مورد استفاده در RIM (معمولاً پلی‌اُل و ایزوسیانات) با عوامل تقویت‌کننده مانند الیاف شیشه، پرکننده‌های معدنی یا سایر مواد تقویت‌کننده مخلوط می‌شوند. عوامل تقویت‌کننده برای افزایش استحکام مکانیکی و مقاومت ضربه ای قطعه نهایی به مخلوط اضافه می‌شوند.

این فرآیند فقط در مرحله آماده‌سازی مواد با RIM تفاوت دارد. اجزای مایع (پلی‌اُل و ایزوسیانات) به طور دقیق اندازه‌گیری و مخلوط می‌شوند، مانند RIM. سپس عوامل تقویت‌کننده به مخلوط اضافه می‌شوند تا توزیع یکنواختی از مواد تقویت‌کننده حاصل شود.

RRIM نسبت به RIM خواص مکانیکی ارتقا یافته‌ای مانند استحکام، مقاومت ضربه ای و سختی را ارائه می‌دهد. این فرآیند در همان طیف صنایع و کاربردهای RIM و SRIM، به طور عمده زمانی که استحکام، سختی یا انعطاف‌پذیری بیشتر قطعه مزیت محسوب می‌شود، به کار می‌رود.

چه موادی در تزریق واکنشی (RIM) استفاده می شوند؟

مواد رایج مورد استفاده در RIM در زیر فهرست شده‌اند:

1. پلی آمیدها(Polyamides)

کاربرد پیش‌سازهای پلیمری واکنش‌گر در تولید قطعات نایلون به روش قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM) رو به افزایش است. Nyrim® نمونه‌ای از نایلون ۶ است که به وسیله‌ی یک الاستومر بهبود یافته‌ است. این ماده حین فرآیند قالب گیری تزریق واکنشی از ویسکوزیته بسیار پایینی برخوردار است که منجر به تشکیل نایلون با وزن مولکولی بالا در حالت پُخته می‌گردد. تغییر درصد الاستومر از ۷ تا ۴۰ درصد، باعث می‌شود تا قطعات تولید شده توسط این مواد بتوانند الاستومرهای پیشرفته ترموپلاستیک (TPE) را با قیمتی پایین‌تر و استحکامی بالاتر جایگزین کنند و در عین حال از مزایای گوناگون فرآیند RIM بهره‌مند گردند.

پلی‌آمیدهای حاصل از فرآیند RIM، حتی در دماهای پایین، تعادل مناسبی از سفتی و چقرمگی را ارائه می‌دهند، و از مقاومت سایشی و خستگی عالی و قابلیت رنگ‌پذیری خوبی برخوردارند. مهمترین مزیت این پلی‌آمیدها آن است که پس از تزریق، ساختاری ترموپلاستیک خواهند داشت. این امر برعکس بسیاری از مواد تزریقی RIM است و پلی‌آمیدها را قادر می‌سازد تا وارد چرخه بازیافت شوند.

2.کامپوزیت‌های الیافی(Fiber Composites)

کامپوزیت‌های الیافی مواد متداولی در قالب گیری تزریق واکنشی هستند. تشک‌های پیش‌ساخته‌شده از مواد تقویت‌کننده مانند الیاف شیشه و الیاف کربن قبل از تزریق در قالب قرار می‌گیرند. سپس مواد اولیه با ویسکوزیته کم به داخل حفره تزریق شده و کاملاً اجزای تقویت‌کننده را احاطه می‌کنند و آنها را در یک ساختار کامپوزیتی ادغام می‌کنند.

2. پلی اورتان ها(Polyurethanes)

پلی اورتان ها به دلیل خواص عمومی عالی و تنوع، از جمله رایج ترین مواد در فرآیندهای قالب گیری تزریق واکنشی هستند. آنها طیف وسیعی از ویژگی ها را ارائه می دهند که آنها را برای کاربردهای مختلف در RIM مناسب می کند.

خانواده مواد پلی اورتان طیف وسیعی از خواص را نشان می دهد که می توان آنها را متناسب با نیازهای کاربردی خاص تنظیم کرد. می توان آنها را به گونه ای فرموله کرد که سختی، انعطاف پذیری، مقاومت به ضربه، مقاومت شیمیایی و پایداری حرارتی در سطوح مختلف داشته باشند. پلی اورتان ها می توانند روکش های سطحی با کیفیت بالا و ظاهر زیبایی ارائه دهند و به راحتی برای برآوردن نیازهای طراحی رنگ، نقاشی یا بافت داده می شوند.

آیا می توان از سیلیکون در قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) استفاده کرد؟

بله، سیلیکون می‌تواند در تمامی فرآیندهای مشتق از RIM مورد استفاده قرار گیرد. RIM سیلیکون، که با نام قالب گیری تزریقی لاستیک سیلیکون مایع(Liquid Silicone Rubber) (LSR) نیز شناخته می‌شود، نوعی از RIM است که به طور خاص از مواد پایه سیلیکونی استفاده می‌کند. RIM سیلیکون مزایای متعدد و خواص منحصر به فردی را در مقایسه با سایر مواد ارائه می‌دهد. این خواص منحصر به فرد عبارتند از: مقاومت عالی در برابر دماهای بالا و پایین، تحمل ازدیاد طول و انعطاف پذیری عالی، عایق الکتریکی خوب، مقاومت عالی در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی و سازگاری زیستی مطلوب.

RIM سیلیکون شباهت هایی با سایر فرآیندهای قالب گیری تزریق واکنشی دارد، اما به تجهیزات و فرایندهای خاصی که برای کار با مواد پایه سیلیکونی طراحی شده اند نیاز دارد. فشار تزریق کمتر از فرآیندهای عمومی RIM است و طراحی قالب نیازمند توجه ویژه به جریان، خروج گاز و هواگیری است تا کیفیت قطعات تضمین شود.

آیا پلی استر می تواند در قالب گیری تزریق واکنشی (RIM) استفاده شود؟

بله، پلی‌استر می‌تواند در فرآیندهای مختلف قالب گیری تزریق واکنشی مورد استفاده قرار گیرد. مواد پایه‌پلی‌استرِ کم‌هزینه، مزایا و خواصی را ارائه می‌دهند که آن‌ها را برای کاربردهای خاص در قالب گیری تزریق واکنشی مناسب می‌سازد. مواد بر پایه‌ی پلی‌استر اجازه می‌دهند تا خواص محصول نهایی متناسب با الزامات کاربردی مورد مهندسی قرار گیرد. خواصی مانند استحکام، مقاومت ضربه‌ای، مقاومت شیمیایی، پایداری ابعادی و مقاومت حرارتی را می توان از طریق فرمولاسیون و افزودنی‌ها بهینه‌سازی کرد. این مواد دوام و مقاومت خوبی در برابر سایش از خود نشان می‌دهند، در نتیجه آن‌ها را برای کاربردهایی که در آن‌ها قطعات تحت تنش مکانیکی، سایش و بارگذاری تناوبی/تکراری قرار می‌گیرند، مناسب می‌سازد.

پلی‌استر RIM ممکن است برای دستیابی به نتایج بهینه به تجهیزات و پارامترهای پردازشی خاص نیاز داشته باشد، اما بسیاری از سیستم‌های قالب گیری تزریق واکنشی عمومی می‌توانند پروتکل‌های لازم را با نتایج خوب اجرا کنند.

کاربردهای صنعتی رایج فرآیند RIM

قالب گیری تزریق واکنشی به دلیل مزایایی مانند انعطاف‌پذیری در طراحی، تولید سریع، وزن سبک و استحکام بالا، در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی به طور فزاینده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از نمونه‌های این کاربردها عبارتند از:

  1. صنعت خودرو: سپرها، پانل‌های بدنه، اسپویلرها، داشبوردها و رودری‌ها
  2. صنعت الکترونیک: محفظه‌ها، قاب‌ها و اجزای ساختاری
  3. صنعت دریایی: گلگیرها، محفظه‌های موتور، صندلی‌ها و جعبه‌های ذخیره‌سازی
  4. صنعت پزشکی: محفظه‌های تجهیزات، قاب‌های دستگاه‌ها و اجزای آسایش بیمار
  5. صنعت هوافضا: اجزای داخلی و خارجی، پانل‌ها و مجراها
  6. کالاهای مصرفی: مبلمان، لوازم خانگی، دسته ابزار و تجهیزات ورزشی

نمونه‌هایی از محصولات قالب‌گیری تزریق واکنشی (RIM):

  1. داشبورد و پنل‌های دستگاه ها: این قطعات به دلیل نیاز به هندسه‌های پیچیده، ضخامت‌های دیواره متغیر و برش‌های پایینی، به طور ایده‌آلی با قالب گیری تزریق واکنشی تولید می‌شوند.
  2. تزئینات داخلی: قطعات تزئینی داخلی مانند روکش‌های درب، کنسول وسط و فرمان به دلیل تنوع طرح و رنگ، از RIM بهره می‌برند.
  3. استراحتگاه بازو: RIM به دلیل وزن سبک و استحکام بالا، برای تولید استراحتگاه بازو مناسب است.
  4. محفظه‌های ذخیره‌سازی سقفی: RIM به دلیل قابلیت تولید قطعات با ضخامت‌های مختلف، برای ساخت این محفظه‌ها ایده‌آل است.
  5. پنل‌های کابین: RIM به دلیل عایق صوتی و حرارتی بودن، برای تولید پنل‌های کابین مناسب است.
  6. کمک‌های ارتوپدی: RIM به دلیل وزن سبک، انعطاف‌پذیری و استحکام بالا، برای تولید ارتز و پروتز مناسب است.
  7. پنل‌های عایق: قالب گیری تزریق واکنشی به دلیل عایق حرارتی و رطوبتی بودن، برای تولید پنل‌های عایق در ساختمان و صنعت استفاده می‌شود.

عمر مفید محصولات قالب‌گیری تزریق واکنشی (RIM) چقدر است؟

قطعات RIM جزو سخت‌ترین قطعات پلاستیکی بزرگ محسوب می‌شوند و می‌توانند عمر مفید عملکردی بسیار طولانی داشته باشند. به عنوان مثال، فضای داخلی هواپیما در هواپیماهای تجاری به طور معمول بسته به سیاست‌های شرکت هواپیمایی، به مدت 5 تا 15 سال در سرویس نگه داشته می‌شود. به طور کلی، چنین فضای داخلی‌هایی ساییدگی و پارگی ظاهری نشان می‌دهند، اما برای مدت طولانی قابل استفاده باقی می‌مانند. فضای داخلی هواپیماهای خصوصی و سبک نیز می‌توانند عمر مفید بسیار طولانی‌تری داشته باشند. انتظار می‌رود قطعات خودرو ساخته شده با قالب گیری تزریق واکنشی به مدت عمر مفید خودرو، به طور کلی 7 تا 15 سال بسته به منطقه بازار، اما به طور بالقوه بسیار طولانی‌تر، کار کنند.

ضخامت محصولات RIM چقدر است؟

بستگی دارد. به طور کلی، ضخیم‌ترین بخش‌هایی که می‌توان با قالب گیری تزریق واکنشی تولید کرد، حدود 1.27 سانتی‌متر (½ اینچ) گزارش شده است. با این حال، ضخامت‌های موضعی بیشتر و قطعات گاه به گاه بدون مشکلات بزرگ تا ضخامت 12.7 سانتی‌متر (5 اینچ) قالب‌گیری می‌شوند.

نکات:

  • ضخامت‌های بیشتر از 1.27 سانتی‌متر ممکن است به زمان پخت طولانی‌تر و طراحی قالب خاص نیاز داشته باشند.
  • ضخامت‌های موضعی بیشتر، مانند دنده‌ها یا برجستگی‌ها، می‌توانند در ضخامت‌های بیشتر از 1.27 سانتی‌متر تولید شوند.
  • برای قطعات با ضخامت زیاد، باید از مواد RIM با ویسکوزیته مناسب استفاده کرد.

آیا محصولات RIM بادوام هستند؟

بله، محصولات RIM در صورت انتخاب مناسب مواد برای کاربرد مورد انتظار و عدم استفاده از نیروی بیش از حد، از نظر مکانیکی، شیمیایی و محیطی بادوام هستند.

نکات کلیدی:

  • مقاومت مکانیکی: محصولات RIM در برابر سایش، پارگی، ضربه و فشار قوی هستند.
  • مقاومت شیمیایی: محصولات RIM در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی، از جمله اسیدها، بازها و حلال ها مقاوم هستند.
  • مقاومت محیطی: محصولات RIM در برابر شرایط آب و هوایی مختلف، از جمله اشعه UV، رطوبت و دمای بالا و پایین مقاوم هستند.

انتخاب مواد:

انتخاب مواد مناسب برای کاربرد مورد انتظار، کلید تضمین دوام محصولات RIM است. برای مثال، اگر محصول در معرض مواد شیمیایی خورنده قرار می‌گیرد، باید از موادی استفاده شود که در برابر آن مواد شیمیایی مقاوم باشند.

استفاده مناسب:

استفاده از محصولات RIM در محدوده ظرفیت آنها و عدم استفاده از نیروی بیش از حد، به حفظ دوام آنها کمک می‌کند.

مزایای تزریق واکنشی (RIM) چیست؟

تزریق واکنشی (RIM) مزایای متعددی را نسبت به سایر فرآیندهای تولید ارائه می دهد، از جمله:

  1. استحکام و انعطاف‌پذیری بالا: قطعات RIM به دلیل ساختار مولکولی و تنوع مواد، از استحکام و انعطاف‌پذیری بالایی برخوردارند.
  2. قابلیت تولید قطعات با هندسه‌های پیچیده: RIM محدودیتی در تولید قطعات با جزئیات ظریف و هندسه‌های پیچیده ندارد.
  3. قابلیت تنظیم انعطاف‌پذیری و سختی: با انتخاب مواد و طراحی مناسب، می‌توان انعطاف‌پذیری و سختی قطعات RIM را در طیف وسیعی تنظیم کرد.
  4. وزن سبک: قطعات RIM به طور کلی از قطعات تولید شده با سایر فرآیندها مانند تزریق پلاستیک سبک‌تر هستند.
  5. هزینه ابزارسازی پایین: هزینه ساخت قالب‌های RIM در مقایسه با قالب‌های تزریق پلاستیک پایین‌تر است.
  6. هزینه قطعات پایین: به دلیل امکان تولید قطعات بزرگ با اجزای یکپارچه و استفاده از مواد با قیمت مناسب، هزینه نهایی قطعات RIM می‌تواند پایین باشد.
  7. کیفیت سطح عالی: قطعات RIM پس از خروج از قالب، دارای کیفیت سطحی خوب تا عالی هستند. همچنین، اکثر مواد RIM قابلیت رنگ‌آمیزی، پوشش‌دهی و پرداخت سطحی را دارند.

معایب قالب‌گیری تزریق واکنشی (RIM):

تزریق واکنشی (RIM) معایبی نیز دارد، از جمله:

  1. محدودیت در تنوع مواد: تنوع مواد قابل استفاده در RIM در حال حاضر محدود است، اما در حال گسترش است.
  2. دشواری در تولید قطعات با جزئیات دقیق: تولید قطعات با جزئیات دقیق و ظریف در RIM می‌تواند دشوار و غیرقابل‌اعتماد باشد.
  3. استحکام کم ابزارها: ابزارهای RIM به طور کلی استحکام پایینی دارند و به راحتی آسیب می‌بینند.
  4. چالش در تولید قطعات بزرگ: تولید قطعات بسیار بزرگ در RIM می‌تواند چالش‌هایی را در فرآیند پر کردن و پخت ایجاد کند.
  5. آلودگی VOC: بسیاری از مواد مورد استفاده در RIM آلاینده‌های VOC (ترکیبات آلی فرار) تولید می‌کنند.
  6. هزینه مواد: مواد RIM به طور کلی گران تر از مواد مورد استفاده در سایر فرآیندها مانند تزریق پلاستیک هستند.
  7. کیفیت سطح: سطح قطعات RIM ممکن است به اندازه قطعات تولید شده با سایر فرآیندها صاف و صیقلی نباشد.
  8. بوی نامطبوع: فرآیند RIM می تواند بوی نامطبوعی ایجاد کند.
  9. حساسیت به رطوبت: مواد RIM می توانند به رطوبت حساس باشند و باید در شرایط مناسب نگهداری شوند.

آیا قالب‌گیری تزریق واکنشی (RIM) گران است؟

بستگی دارد. هزینه‌های اولیه تولید با RIM بالا است، اما به طور کلی، هزینه قطعات و ابزارها در مقایسه با قالب‌گیری تزریقی (Injection Molding) پایین‌تر است. ابزارها در RIM سبک هستند و می‌توان قطعات را برای بسیاری از کاربردها از مواد با قیمت نسبتاً ارزان ساخت.

جدول واژه های تخصصی

در اینجا جدولی از واژه‌های تخصصی متن آورده شده‌ است:

کلمه انگلیسیمعنای مصطلح فارسیتوضیح فارسی
Reaction Injection Molding (RIM)قالب‌گیری تزریق واکنشییک فرآیند تولید برای قطعات پلاستیکی پیچیده و سبک‌وزن
Monomericمونومرینوعی مولکول کوچک با قابلیت ایجاد زنجیره پلیمری در فرآیندهای واکنشی
Co-reactiveواکنش‌پذیر همراهتوانایی ایجاد واکنش شیمیایی با مونومرهای دیگر
Polyolپلی‌اُلیک کامپوزیت شیمیایی برای تشکیل رزین موردنیاز در RIM
Isocyanateایزوسیاناتیک کامپوزیت شیمیایی برای تشکیل سخت‌کننده یا کاتالیزور موردنیاز در RIM
Mixing Headهد اختلاطبخشی از دستگاه RIM برای ترکیب و همگن‌سازی مونومرها
Low pressureفشار پایینRIM در فشاری بسیار پایین‌تر از تزریق پلاستیک عمل می‌کند.
Mold cavityحفره قالببهفضایی که مونومرها در آن تزریق می‌شوند تا شکل محصول نهایی را به خود بگیرند.
Exothermic reactionواکنش گرمازاRIM طی واکنش‌های شیمیایی ایجاد گرما می‌کند
Degassing/Foamingگاززدایی/فوم زاییدر برخی مواد اولیه RIM حین واکنش ایجاد حباب‌های گازی می‌شود که محصول را متخلخل و سبک می‌کند.
Solidifiesجامدسازیتبدیل مخلوط از حالت مایع به جامد پس از اتمام واکنش‌های شیمیایی
Reaction/Solidification Processفرآیند واکنش و انجمادRIM شامل دو فرآیند همزمان است: واکنش شیمیایی مونومرها و انجماد آنها
Cycle Timeزمان چرخهزمان لازم از ابتدای تزریق مواد اولیه تا امکان خروج قطعه از قالب
Design Freedomآزادی عمل در طراحیRIM امکان طراحی قطعات پیچیده با ضخامت متغیر و اجزایی مانند شیار، برجستگی، و انحنا را فراهم می‌کند
Ribsتیغهلبه‌های برجسته‌ای برای تقویت استحکام قطعات ساخته‌شده با RIM
Bossesبرجستگی‎هابخش‌های برجسته از سطح قطعات ساخته‌شده با RIM برای اتصال پیچ یا اهداف دیگر
Curvesمنحنی‎هابخش‌های دارای انحنای قابل تولید با RIM
Undercutsشیاربخشی از قطعات که برای خروج آن از قالب نیاز به طراحی پیچیده‌تر است و RIM این امکان را مهیا می‌کند
Strength-to-weight ratioنسبت استحکام به وزنقطعات RIM غالباً استحکام مناسبی در قبال وزن پایین ارائه می‌کنند.
Injection moldingتزریق پلاستیکیک فرآیند تولید قطعات پلاستیک مشابه RIM با تفاوت‌های بنیادی
Thermoplastic Polymersپلیمرهای ترموپلاستیکنوعی پلیمر که در تزریق پلاستیک کاربرد دارد و با افزایش دما ذوب شده و با کاهش دما مجدداً به حالت جامد درمی‌آید.
Moldقالبقطعه‌ای غالباً فلزی که مواد مذاب در فرآیندهای قالب‌گیری در آن ریخته‌شده و شکل محصول نهایی را به خود می‌گیرد.
Cross-linked Materialsمواد اتصالات عرضیمواد مورد استفاده در RIM پس از اتمام واکنش و انجماد، ساختاری شبکه‌ای از زنجیره‌های پلیمری به خود می‌گیرند.
Critical Dimensionsابعاد بحرانیابعاد یک قطعه که به لحاظ عملکردی بسیار حیاتی هستند.
Meteredاندازه‌گیری شدهمونومرها در RIM با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری و به هد اختلاط تزریق می‌شوند
Homogenizedهمگن‌سازیعمل اختلاط کامل مونومرها در داخل هد
Cross-linking Polymerizationپلیمریزاسیون شبکه‌ایشکل‌گیری زنجیره‌های شبکه‌ای پلیمری از مونومرها طی واکنش RIM
Demoldingجداسازی قطعه از قالبخروج قطعه از قالب پس از انجماد نسبی و قبل از تکمیل واکنش‌ها
Hopper or Bin systemسیستم قیف یا بنبخشی از دستگاه RIM برای ذخیره مواد مایع شیمیایی پیش از اختلاط
PLC or CNC-type Control Systemسیستم کنترل PLC یا CNCبخشی از دستگاه RIM برای کنترل خودکار پارامترهایی مانند دمای مخزن، نسبت اجزا، فشار تزریق، زمان‌بندی و …
Structural Reaction Injection Molding (SRIM)تزریق واکنشی ساختارییک زیرگروه از RIM برای تولید قطعات ساختاری مستحکم
Reinforcing Materialمواد تقویت‌کنندهموادی همچون فیبر شیشه‌ای که در SRIM و RRIM برای بهبود استحکام به مخلوط اضافه می‌شوند
Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM)تزریق واکنشی تقویت‌شدهیک زیرگروه از RIM برای تولید قطعات مستحکم و مقاوم در برابر ضربه
Short-strand reinforcing materialsمواد تقویت‌کننده رشته-کوتاهموادی همچون فیبر شیشه‌ای که در ابعاد کوچک در فرآیند RRIM بکار می‌روند
Nyrim®Nyrimیکی از پلی‌آمیدهای مورد استفاده در فرایندهای RIM
Elastomerالاستومرنوعی ماده پلیمری با خاصیت انعطاف‌پذیری بالا
Viscosityویسکوزیتهمیزان روان‌روی یک مایع یا مقاومت آن در برابر جاری شدن
جدول واژه های تخصصی قالب گیری تزریق واکنشی

قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM) چیست؟

RIM فرآیندی است که در آن دو یا چند ماده مایع واکنش‌دهنده به داخل یک قالب تزریق می‌شوند و با واکنش شیمیایی با هم ترکیب شده و یک قطعه جامد را تشکیل می‌دهند.

تفاوت RIM با قالب‌گیری تزریقی معمولی چیست؟

در RIM از مواد مایع واکنش‌دهنده استفاده می‌شود که در داخل قالب با هم واکنش می‌دهند، در حالی که در قالب‌گیری تزریقی معمولی از مواد ترموپلاستیک استفاده می‌شود که با حرارت ذوب شده و سپس جامد می‌شوند.

مزایای اصلی RIM چیست؟

انعطاف‌پذیری در طراحی، سرعت تولید بالا، هزینه ابزارسازی پایین، وزن کم و استحکام بالا از جمله مزایای RIM هستند.

کاربردهای رایج RIM چیست؟

RIM در صنایع مختلفی از جمله خودرو، هوافضا، الکترونیک و کالاهای مصرفی برای تولید قطعاتی مانند سپر، داشبورد و محفظه استفاده می‌شود.

RIM چگونه کار می‌کند؟

مواد مایع واکنش‌دهنده به داخل قالب تزریق شده و با هم ترکیب می‌شوند. این واکنش منجر به ایجاد گرما و جامد شدن مواد می‌شود.

خلاصه

تزریق واکنشی (RIM) یک فرآیند تولید انعطاف‌پذیر و مقرون به صرفه است که برای تولید قطعات با هندسه‌های پیچیده، ضخامت‌های دیواره متغیر و برش‌های پایینی، از مواد مختلفی مانند پلی‌اورتان، اپوکسی و سیلیکون استفاده می‌شود. RIM مزایای متعددی مانند انعطاف‌پذیری در طراحی، ابزارسازی مقرون به صرفه، تولید سریع، وزن سبک، استحکام بالا و قابلیت بازیافت را ارائه می‌دهد. با این حال، RIM معایبی مانند هزینه مواد، کیفیت سطح، بوی نامطبوع و حساسیت به رطوبت را نیز دارد. RIM در طیف وسیعی از کاربردها از جمله صنعت خودرو، هوافضا، الکترونیک، پزشکی و کالاهای مصرفی استفاده می‌شود.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.

نوشته‌های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *