آشنایی با ژلکوت ها

سالانه هزینه های زیادی بابت تعمیرات و نگهداری تجهیزات کامپوزیتی مختلف شامل ساخت تجهیزات و قطعات جدید و بعضا تعویض آن ها می گردد. معضلاتی همچون جذب آب و نفوذ آن در لایه ها، اشعه UV نور خورشید و مقاومت پایین در برابر سایش و خراش از جمله عوامل آسیب زننده به قطعات کامپوزیت می باشد. برای مثال در سازه­ های آبی مانند کشتی ها، قایق ها و سایر وسایل تفریحی هزینه های تعمیر و نگهداری با افزایش سن این سازه ها می تواند تا دو الی سه برابر افزایش یابد. از این رو در این سازه های کامپوزیتی از لایه محافظی در سطوح بیرونی تحت عنوان ژلکوت استفاده می­ گردد.

دوام یک قطعه پلیمری(کامپوزیتی) عمدتا به کیفیت سطوح بیرونی آن بستگی دارد. از این روست که در حین تولید قطعه می-بایست نهایت دقت را به عمل آورد تا از نزدیکی الیاف شیشه لایه­ گذاری شده به سطح جلوگیری نمود، چراکه با نفوذ رطوبت هوا به الیاف به مرور زمان قطعه در خطر تخریب قرار خواهد گرفت. به این منظور در سطوح بیرونی قطعه یا سازه لایه گذاری شده یک لایه غنی از رزین به نام ژلکوت اعمال می­ کنند. از بسیاری از جهات پوشش ژل کوت با اهمیت ترین بخش یک قطعه کامپوزیتی می باشد، چرا که ضمن ایجاد محافظت، زیبایی و دوام، به عنوان یک مانع در برابر عوامل محیطی، اشعه ماوراء بنفش و سایش عمل می­ کند. اما از آنجاییکه ژلکوت به عنوان پوشش سطح بیرونی قطعه اعمال شده است، در صورت طراحی یا روش اعمال نامناسب، می تواند آسیب­ پذیرترین بخش قطعه کامپوزیتی باشد. بنابراین هنگام فرمولاسیون و نیز اعمال آن بر روی قالب می بایست نهایت دقت را به عمل آورد.

پوشش ژلکوت را می توان به صورت دستی و از طریق دستگاه پاشش اعمال نمود. در جدول ذیل به مزایا و معایب این روش ها پرداخته شده است.

مطابق جدول فوق، مزایای روش پاشش با دستگاه ژلکوت پاش بیشتر از روش دستی می ­باشد، اما باید توجه نمود در این تکنیک استفاده از تجهیزات مناسب (تفنگ و نازل اسپری)، انتخاب ژلکوت با ویسکوزیته بهینه، فشار و دمای مناسب هوا و الگوی صحیح پاشش مهم است. ضخامت پوش ژلکوت نیز می بایست در محدوده 400 الی 600  میکرون کنترل شود. چنانچه ضخامت پوشش ژلکوت کمتر از این میزان باشد ممکن است لایه های الیاف شیشه نمایان شوند و چنانچه ضخامت آن بیشتر از میزان قید شده باشد ممکن است قطعه به طور کامل پخت نشده، ترک برداشته و در مقابل ضربه (به خصوص پشت قطعه) آسیب پذیر باشد. از این رو هرگونه تفاوت ضخامت موجب ایجاد تنش در سطح ژلکوت و ترک­زایی خواهد شد و در ژلکوت های رنگی نیز به صورت سطوح ناهموار خود را نشان خواهد داد.

ژلکوت از بستر رزین که شامل یک یا چند رزین ترموست مانند رزین پلی استر غیر اشباع، رزین وینیل استر، رزین اپوکسی و مواد افزودنی می باشد، تشکیل شده است. از جمله مواد افزودنی مورد استفاده در این پوشش ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• عامل شتابدهنده همچون کبالت و DMA
• آغازگر MEKP
• عامل تیکسوتروپ کننده (Thixotropy agent)
• پرکننده های معدنی (کربنات کلسیم  CaCo3 و تالک Talk)
• نانو ذرات

تنوع زیادی از مواد اولیه برای تولید رزین های پلی استر غیر اشباع وجود دارد. انتخاب اسیدهای دی کربوکسیلیک مختلف، دی الکل ها و مونومرها منجر به تولید طیف وسیعی از محصولات با خواص بسیار گسترده می ­شود که برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند صنعت قایق سازی، صنعت حمل و نقل یا ساختمان و مقاوم دربرابر خوردگی مناسب هستند. رزین پلی استر به دلیل مقرون به صرفگی، چسبندگی خوب به زیرلایه، ایجاد پوشش صاف و براق، مقاومت در برابر ضربه و انعطاف پذیری رایج ترین رزین مورد استفاده در ژل کوت هستند. ژلکوت های پلی استر بیشتر مناسب کاربردهایی است که نیازی به مقاومت شیمیایی بالا نداشته و در معرض محیط های خشن مانند صنایع دریایی، خودروسازی و ساخت و ساز قرار ندارند. این نوع از ژلکوت ها براساس سه مونومر اصلی این رزین ها یعنی اورتوفتالیک، ایزوفتالیک و نئوپنتیل گلایکول (NPG) دسته بندی می شوند.

• ژلکوت پلی استر غیر اشباع اورتوفتالیک

ژلکوت های ارتوفتالیک در کاربردهای عمومی که نیاز به مقاومت شیمیایی بالا ندارند و فضاهای بسته ای که نور آفتاب کمتری در آن وجود دارد، استفاده می شود. این نوع از ژلکوت ها از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه می باشند. رزین اورتوفتالیک UP761 شرکت رزیتان تمامی ویژگی های مناسب کاربرد ژلکوت را دارا می باشد.

اگر اسید ایزوفتالیک به جای انیدرید فتالیک در رزین جایگزین شود، پوشش ژل ساخته شده از رزین، هوا پذیری بهتر، انعطاف پذیرتر و سخت تر می باشد و در برابر آب و مواد شیمیایی نیز مقاومت بهتری نشان می دهد.  ژلکوت های ایزوفتالیک در کاربردهای تخصصی استفاده می شوند، بنابراین این ژلکوت ها برای ساخت قایق های کوچک، حمل و نقل، مبلمان در فضای باز و نمای ساختمان مناسب می باشند. رزین ایزوفتالیک UP772/4 شرکت رزیتان تمامی ویژگی های مناسب کاربرد ژلکوت را دارا می باشد.

استفاده از این ماده خام به جای گلیکول‌های رایج‌تر مانند پروپیلن یا دی اتیلن، مقاومت بالایی در برابر آب و خواص شیمیایی و نیز هوازدگی ایجاد می‌کند، به ویژه هنگامی که با اسید ایزوفتالیک همراه باشد. از این نوع ژلکوت ها در کاربردهایی استفاده می شود که بالاترین کیفیت و کارایی را می طلبد. این کاربرد ها شامل استخرهای شنا، قایق های تفریحی غوطه ور دائمی، قایق های بزرگ و لوازم بهداشتی می باشد.

از جمله دلایل متعددی که باعث می‌شود رزین‌های اپوکسی نسبت به رزین‌های وینیل استر و پلی‌استر عملکرد بهتری داشته باشند می توان به نفوذ ناپذیری بیشتر در برابر آب، چسبندگی عالی به آرامید (کولار)، فیبر کربن و فایبرگلاس، مقاومت شیمیایی و خواص مکانیکی عالی اشاره نمود. این نوع از ژلکوت ها برای استفاده در کاربردهایی خاص مانند هواپیما و هوا فضا مناسب می باشند. از آنجاییکه در رزین اپوکسی از استایرن یا هیچ حلال دیگری استفاده نمی­ شود، تغییر وزنی در قطعات تهیه شده با این رزین حتی پس از پخت ایجاد نمی­ گردد.

رزین های وینیل استر از نظر خواص مکانیکی و قیمت، جایگاهی مابین رزین های پلی استر غیر اشباع و اپوکسی دارند. یکی از مهمترین مزایای آنها مقاومت بالاتر دربرابر جذب رطوبت و حمله هیدرولیتیک باتوجه به گروه های استری کمتری که دارند، مقاومت بیشتر در براربر خوردگی، انعطاف پذیری و چقرمگی نسبت به انواع پلی استر غیر اشباع است. این بدان معنی است که بهتر می تواند در برابر اثرات خستگی که می تواند باعث ایجاد ترک در سازه های بدنه و عرشه سخت کار شده مقاومت کند. تمایل وینیل استرها به مقاومت در برابر رطوبت، آنها را به گزینه ای جذاب برای مناطق زیر آب بدنه قایق ها تبدیل می-کند. همچنین مقاومت بالای آن ها دربرابر خوردگی شیمیایی به علت مکان های واکنش پذیر کمتر نسبت به پلی استرها آن ها را برای کاربردهایی مانند خطوط لوله و مخازن ذخیره مواد شیمیایی مناسب  می کند.