প্রচলিত কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ মোল্ডিং পদ্ধতি

উচ্চ-প্রযুক্তির বিমান ও উন্নত প্রস্তুতকরণের জগতে, কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ মোল্ডিং প্রযুক্তি একটি "অদৃশ্য শিল্পী" এর মতো, যা অত্যন্ত দক্ষতার সঙ্গে হালকা ও শক্তিশালী উচ্চমানের উপকরণ তৈরি করে। কম্পোজিট ক্ষেত্রের একটি ক্লাসিক প্রক্রিয়া হিসাবে, ঐতিহ্যবাহী কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ মোল্ডিং পদ্ধতি কয়েক দশক ধরে বিবর্তিত হয়েছে এবং আজও উচ্চপর্যায়ের উৎপাদনের "মেরুদণ্ড" হিসাবে রয়ে গেছে। আজ, আমরা এই প্রযুক্তির মূল যুক্তি খুলে দেখব, কীভাবে এটি রজন-আর্দ্র কার্বন ফাইবার কাপড়ের একটি টুকরো থেকে মহাকাশযানের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ এবং রেস কারের দেহের কাঠামোতে রূপ নেয় তা জানব।

কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ কী?

মোল্ডিং পদ্ধতি বোঝার জন্য, আমাদের প্রথমে "প্রিপ্রেগ"-এর মৌলিক ধারণা বুঝতে হবে। সহজ ভাষায় বললে, কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ হল কার্বন ফাইবার টো এবং রেজিনের একটি "নিখুঁত সমন্বয়" - কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত তাপমাত্রা ও চাপের পরিবেশে, এপোক্সি রেজিন, ফেনলিক রেজিন এবং অন্যান্য ম্যাট্রিক্স উপাদানগুলি কার্বন ফাইবার কাপড়ে সমানভাবে প্রবেশ করানো হয়, যা নির্দিষ্ট আসঞ্জন সহ একটি আঠালো কম্পোজিট উপাদানের কুণ্ডলী বা পাত তৈরি করে।
এই "পূর্ব-আর্দ্রতা" বৈশিষ্ট্যটি এটিকে শুষ্ক তন্তু মোল্ডিং প্রক্রিয়া থেকে আলাদা করে: রেজিনের পরিমাণ এবং বন্টন আগাম নির্ধারিত থাকে, এবং পরবর্তী মোল্ডিংয়ের সময় শুধুমাত্র উপাদানটিকে ছাঁচে সঠিকভাবে ফিট করা এবং সম্পূর্ণরূপে কঠিন করা নিয়ে মনোযোগ দেওয়া হয়, যা স্থানীয় কাজের জটিলতা উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়। এটি বেকিংয়ের আগে তৈরি করা ময়দার মতো, রেসিপি ইতিমধ্যে ঠিক করা হয়েছে, বাকি শুধু বেকিংয়ের তাপ এবং সময় নিয়ন্ত্রণ করা।

সাধারণ মোল্ডিং পদ্ধতি

（1）অটোক্লেভ মোল্ডিং
উচ্চ-কার্যকারিতার কম্পোজিটের জন্য এয়ারোস্পেস গ্রেড উৎপাদনের স্বর্ণমান। এতে কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ লেআউট এবং ছাঁচকে ভ্যাকুয়াম ব্যাগে সীল করে একটি বড়, উচ্চ-তাপমাত্রা, উচ্চ-চাপ পাত্র, হট প্রেস ট্যাঙ্কে রাখা হয়। কিউরিং প্রক্রিয়ার সময়, ট্যাঙ্কের উপর সমানভাবে উচ্চ চাপ (কয়েক বায়ুমণ্ডলীয়) এবং উচ্চ তাপমাত্রা একযোগে প্রয়োগ করা হয়, যা রজঃ পুরোপুরি প্রবাহিত হতে এবং তন্তুগুলি সংকুচিত হতে দেয়, ফলস্বরূপ অত্যন্ত উচ্চ তন্তু সামগ্রী এবং কম স্ফীতি সহ অংশগুলি তৈরি হয়।
এই প্রক্রিয়ার সুবিধা হল যে এটি অসাধারণ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং সামঞ্জস্যের সাথে অতুলনীয় গুণমানের জটিল কাঠামোগত অংশগুলি উৎপাদন করে। তবে, অসুবিধাগুলি অত্যন্ত স্পষ্ট: হট প্রেস সরঞ্জামটি নিজেই অত্যন্ত দামী, অনেক শক্তি খরচ করে এবং উৎপাদন চক্রগুলি দীর্ঘ ও ব্যয়বহুল হয়, তাই এটি সাধারণত এয়ারোস্পেস এবং F1 রেসিং কারের মতো ক্ষেত্রেই সীমাবদ্ধ থাকে, যেখানে চরম কার্যকারিতার প্রয়োজন হয়।
（2）কম্প্রেশন মোল্ডিং
মাঝারি থেকে উচ্চ পরিমাণের উৎপাদনের জন্য একটি অত্যন্ত কার্যকর প্রক্রিয়া। এটি একটি আগে থেকে উত্তপ্ত ধাতব ছাঁচে প্রিপ্রেগ বা মোল্ডিং কম্পাউন্ড (যেমন SMC) এর নির্দিষ্ট পরিমাণ ঢোকায়, তারপর ছাঁচটি বন্ধ করে উচ্চ চাপ এবং তাপমাত্রা প্রয়োগ করে, যাতে উপাদানটি ছাঁচের গহ্বরের ভিতরে প্রবাহিত হয়ে গহ্বরটি পূরণ করে, এবং তাপ-নিরোধকতা ও চাপ সংরক্ষণের পর কঠিন হয়ে গঠিত হয়।
এই প্রক্রিয়ার সুবিধাগুলি হল স্বয়ংক্রিয়তার উচ্চ মাত্রা, দ্রুত উৎপাদন, পণ্যের উচ্চ মাত্রার নির্ভুলতা এবং উভয় পৃষ্ঠতল মসৃণ। তবে, উচ্চ চাপ সহ্য করার জন্য কঠোর ছাঁচের প্রয়োজন হওয়ায় প্রাথমিক বিনিয়োগের খরচ বেশি। এটি অটোমোবাইল বডি প্যানেল, ব্যাটারি কেস এবং উচ্চ কার্যকারিতা সম্পন্ন ক্রীড়া সরঞ্জামের মতো ভালো পৃষ্ঠের গুণমান প্রয়োজন হয় এমন বড় পরিমাণে কাঠামোগত অংশ তৈরির জন্য খুবই উপযুক্ত।
（3）ভ্যাকুয়াম ব্যাগ মোল্ডিং
একটি মৌলিক এবং সাধারণভাবে ব্যবহৃত প্রক্রিয়া যা কম্পোজিট উপকরণগুলি সংকুচিত করতে বায়ুমণ্ডলীয় চাপ ব্যবহার করে। একটি শ্রেণীর সহায়ক উপকরণের উপর হাতে আঠা দিয়ে লেপ দেওয়া বা প্রিপ্রেগ স্তর দিয়ে ঢেকে দেওয়া হয় এবং পুরো ব্যবস্থাটিকে একটি ভ্যাকুয়াম ব্যাগ দিয়ে সীল করা হয়, যা অবিরতভাবে একটি ভ্যাকুয়াম পাম্প দ্বারা চালিত হয়ে নেতিবাচক চাপ তৈরি করে, যাতে পণ্যের পৃষ্ঠের উপর বায়ুমণ্ডলীয় চাপ সমানভাবে প্রয়োগ করা যায়, ফলে বাতাস অপসারণ করা যায় এবং কাঠামো সংকুচিত হয়।
এই পদ্ধতি তন্তুর পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করতে পারে, ছিদ্রতা হ্রাস করতে পারে এবং রজন বন্টনের সমানভাব উন্নত করতে পারে, এবং এর খরচ তাপীয় চাপ ট্যাঙ্কের তুলনায় অনেক কম। তবে, এটি প্রায় 0.1 MPa চাপের সর্বোচ্চ সীমা প্রদান করতে পারে, এবং কর্মক্ষমতার ঊর্ধ্বসীমা উচ্চচাপ প্রক্রিয়ার মতো ভালো নয়, যা জাহাজ নির্মাণ, প্রোটোটাইপিং এবং মাঝারি কর্মক্ষমতা প্রয়োজনীয়তা সহ কম্পোজিট অংশগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
（4）রোল ওয়্যাপিং
একটি দিকনির্দেশমূলক প্রক্রিয়া যা উচ্চ-প্রদর্শনীয় পাতলা প্রাচীরযুক্ত টিউব উৎপাদনের জন্য বিশেষায়িত। কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগকে একটি নির্দিষ্ট কোণে কাটা হয় এবং তারপর একটি ম্যান্ড্রেলের উপর টান দিয়ে সঠিকভাবে পেঁচানো হয়, সাধারণত কম্প্রেশন ব্যান্ড দিয়ে মোড়ানো হয় যাতে চাপ প্রয়োগ করে সঙ্কুচিত করা যায়, এবং তারপর ওভেনে উত্তপ্ত ও কিউর করা হয় এবং খাঁচা খুলে নেওয়া হয় যাতে পাইপ পাওয়া যায়।
এই প্রক্রিয়াটি ফাইবারের দিক নির্ধারণ (যেমন, 0°, ±45° সংমিশ্রণ) নিয়ন্ত্রণ করতে সহায়তা করে, ভালো মাত্রার নির্ভুলতা এবং পৃষ্ঠের গুণমান সহ চমৎকার অক্ষীয় যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য অর্জন করে। তবে, এটি প্রিপ্রেগ এবং ম্যান্ড্রেলের উপর নির্ভরশীল, উৎপাদন দক্ষতা সীমিত এবং মূলত গলফ ক্লাবের শ্যাফট, মাছ ধরার রড এবং সাইকেলের ফোর্ক লেগের মতো উচ্চ-পর্যায়ের খেলাধুলার পণ্যে ব্যবহৃত হয়।
（5）ফিলামেন্ট উইন্ডিং
ঘূর্ণনশীল উচ্চ শক্তির সদস্যদের উৎপাদনের জন্য একটি স্বয়ংক্রিয় প্রক্রিয়া। ক্রমাগত কার্বন ফাইবার টোকে আরেজিন গুদামে ভিজিয়ে তোলা হয় এবং তারপর একটি কম্পিউটার-নিয়ন্ত্রিত ওয়াইন্ডিং মাথা দ্বারা একটি ঘূর্ণনশীল ম্যান্ড্রেলের উপর পূর্বনির্ধারিত প্রোফাইল এবং কোণে সঠিকভাবে ছড়িয়ে দেওয়া হয়, যতক্ষণ না এটি নকশাকৃত পুরুত্বে পৌঁছায়, এবং তারপর আকৃতি ধারণ করার জন্য চিকিত্সা করা হয়।
এই প্রক্রিয়ার সবচেয়ে বড় সুবিধা হল যে তন্তুগুলি ক্রমাগত এবং সমানভাবে টানা থাকে, যা অত্যন্ত উচ্চ তন্তুর আয়তন এবং শক্তি ব্যবহারের অনুমতি দেয়, বিশেষ করে অভ্যন্তরীণ চাপের মুখোমুখি পাত্রগুলির ক্ষেত্রে। তবে, এটি উত্তল রোটোমোল্ডেড আকৃতি এবং দামী সরঞ্জামের জন্য সীমিত। সাধারণ পণ্যসমূহ উচ্চ চাপের গ্যাস সিলিন্ডার (CNG/হাইড্রোজেন), পাইপিং এবং রকেট মোটর কেস অন্তর্ভুক্ত।
（6）পালট্রুশন
ধ্রুবক অনুদৈর্ঘ্য কম্পোজিট প্রোফাইলের অবিরত উৎপাদনের জন্য একটি অত্যন্ত দক্ষ প্রক্রিয়া। "স্প্যাগেটি"-এর মতো, এটি অবিরত কার্বন ফাইবার টো বা কাপড়গুলিকে আর্দ্রতার জন্য একটি রজন গুদামের মধ্য দিয়ে টানে, তারপর তাদের একটি উত্তপ্ত সূক্ষ্ম ইস্পাত ছাঁচের মধ্য দিয়ে প্রেরণ করা হয় যেখানে তাদের পূর্বাকার দেওয়া হয়, চাপ দেওয়া হয় এবং অবিরতভাবে পাকা করা হয়, এবং শেষ পর্যন্ত একটি ট্র্যাক্টর দ্বারা টেনে বের করে ধ্রুবক দৈর্ঘ্যে কাটা হয়।
এই প্রক্রিয়াটি অত্যন্ত উৎপাদনশীল, যা স্বয়ংক্রিয় অবিরত উৎপাদন, উচ্চ কাঁচামাল ব্যবহার এবং উল্লেখযোগ্য খরচের দক্ষতা অনুমোদন করে। তবে, এর পণ্যগুলি রৈখিক ধ্রুবক অনুদৈর্ঘ্য প্রোফাইলগুলিতে সীমাবদ্ধ, এবং দৈর্ঘ্যবরাবর শক্তি আনুভূমিকের চেয়ে অনেক বেশি। সাধারণ পণ্যগুলির মধ্যে রয়েছে ট্রাস ব্রিজের সদস্য, কেবল ব্রিজ, মইয়ের খুঁটি এবং বিভিন্ন রড এবং প্রোফাইল।
（7）প্রেশার ব্যাগ মোল্ডিং
এটিকে ভ্যাকুয়াম ব্যাগ মোল্ডিংয়ের একটি উন্নত সংস্করণ হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে। ভ্যাকুয়াম ব্যাগ সিস্টেমের উপর ভিত্তি করে, সম্পূর্ণ এনক্যাপসুলেটেড ছাঁচটি একটি সীলযুক্ত চাপ ট্যাঙ্কে রাখা হয়, যা শুধু অভ্যন্তরটি শূন্য করে না, বরং ট্যাঙ্কে সংকোচিত বাতাস প্রবাহিত করে, ভ্যাকুয়াম ব্যাগের বাইরের দিকে একটি উচ্চতর ধনাত্মক চাপ (সাধারণত 0.4-0.6MPa) প্রয়োগ করে, ফলে শুদ্ধ ভ্যাকুয়ামের চেয়ে বেশি মোল্ডিং চাপ পাওয়া যায়।
এই পদ্ধতিটি হট প্রেস ট্যাঙ্কে বড় বিনিয়োগের প্রয়োজন ছাড়াই অংশের তন্তু ঘনত্ব এবং সঙ্কোচন উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে এবং শুধুমাত্র ভ্যাকুয়াম ব্যাগ প্রক্রিয়াকে ছাড়িয়ে যায়। ছোট থেকে মাঝারি আকারের জাহাজের ডেঙ্গা, ট্রেনের গাড়ির অংশ এবং বড় র‍্যাডোমগুলির মতো হট প্রেস ট্যাঙ্কে যাওয়া যায় না এমন বড় অংশগুলি তৈরি করার জন্য এটি আদর্শভাবে উপযুক্ত।

কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ ফরমিং পদ্ধতির তুলনা

ভবিষ্যত: ঐতিহ্যে উদ্ভাবন

ঐতিহ্যের মানে স্তব্ধতা নয়। আজ, শিল্প ক্ষেত্রটি "সূক্ষ্ম-উদ্ভাবন"-এর মাধ্যমে বোতলের গ্রীবা অতিক্রম করছে: উদাহরণস্বরূপ, কম তাপমাত্রায় দ্রুত পাকানো রজনের উন্নয়ন যা পাকানোর সময় 2 ঘন্টা থেকে কমিয়ে 30 মিনিটে নামিয়ে আনে; দক্ষতা বাড়ানোর জন্য হাতে করে স্তর দেওয়ার পরিবর্তে স্বয়ংক্রিয় ল্যামিনেটিং সরঞ্জাম ব্যবহার করা; এবং এমনকি ছাঁচ ডিজাইনে চাপ বন্টন অনুকূলিত করে ত্রুটি কমাতে AI অ্যালগরিদম প্রবর্তন করা।
এই উন্নতিগুলির ফলে ঐতিহ্যবাহী প্রক্রিয়াগুলি তাদের কার্যকারিতার সুবিধা বজায় রেখে ধীরে ধীরে "উচ্চ দক্ষতা এবং কম খরচ"-এ রূপান্তরিত হচ্ছে, এবং কম্পোজিট ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা প্রত্যাশা করে চলেছে।
মহাকাশযান থেকে শুরু করে খেলার সরঞ্জাম পর্যন্ত, ঐতিহ্যবাহী কার্বন ফাইবার প্রিপ্রেগ মোল্ডিং পদ্ধতি দৃঢ় দক্ষতার মাধ্যমে "ধীরে এবং স্থিতিশীল কাজ"-এর উৎপাদন দর্শনকে ব্যাখ্যা করে। এটি সবচেয়ে উন্নত হতে পারে না, কিন্তু চরম নির্ভরযোগ্যতা প্রয়োজন হয় এমন পরিস্থিতিতে, এই "ঐতিহ্য" ঠিক তাই সবচেয়ে মূল্যবান গুণগত নিশ্চয়তা।