کمپوزٹ اور کمپوزٹ میٹریل مینوفیکچرنگ

سادہ الفاظ میں بیان کیا جائے تو، مرکب یا مرکب مواد وہ مواد ہیں جو دو یا ایک سے زیادہ مواد پر مشتمل ہوتے ہیں جن میں مختلف طبعی یا کیمیائی خصوصیات ہوتی ہیں، لیکن جب ان کو ملایا جائے تو وہ ایک ایسا مواد بن جاتا ہے جو اجزاء کے مواد سے مختلف ہوتا ہے۔ ہمیں اس بات کی نشاندہی کرنے کی ضرورت ہے کہ ساختی مواد الگ الگ اور الگ رہتے ہیں۔ ایک جامع مواد تیار کرنے کا مقصد ایک ایسی مصنوعات کو حاصل کرنا ہے جو اس کے اجزاء سے اعلیٰ ہو اور ہر جزو کی مطلوبہ خصوصیات کو یکجا کرتا ہو۔ ایک مثال کے طور؛ مضبوطی، کم وزن یا کم قیمت کسی مرکب کو ڈیزائن کرنے اور تیار کرنے کے پیچھے محرک ہوسکتی ہے۔ ہم جس قسم کی کمپوزٹ پیش کرتے ہیں وہ ہیں پارٹیکل ریئنفورسڈ کمپوزٹ، فائبر سے مضبوط کمپوزٹ بشمول سیرامک-میٹرکس/پولیمر-میٹرکس/میٹل-میٹرکس/کاربن-کاربن/ہائبرڈ کمپوزٹ، سٹرکچرل اور لیمینیٹڈ اور سینڈوچ-سٹرکچرڈ کمپوزٹ اور نینو کمپوزٹ۔

 

ہم مرکب مواد کی تیاری میں جو فیبریکیشن تکنیکیں لگاتے ہیں وہ ہیں: Pultrusion، prepreg پروڈکشن کے عمل، جدید فائبر پلیسمنٹ، filament winding، tailored fiber placement، fiberglass spray lay-up process، tufting، lanxide process، z-pinning۔
بہت سے مرکب مواد دو مرحلوں سے مل کر بنتے ہیں، میٹرکس، جو مسلسل ہے اور دوسرے مرحلے کو گھیرے ہوئے ہے۔ اور منتشر مرحلہ جو میٹرکس سے گھرا ہوا ہے۔
ہمارا مشورہ ہے کہ آپ یہاں کلک کریں۔AGS-TECH Inc کی طرف سے کمپوزٹ اور کمپوزٹ میٹریل مینوفیکچرنگ کی ہماری اسکیمیٹک عکاسی ڈاؤن لوڈ کریں۔
اس سے آپ کو ان معلومات کو بہتر طریقے سے سمجھنے میں مدد ملے گی جو ہم آپ کو ذیل میں فراہم کر رہے ہیں۔ 

 

• پارٹیکل-مضبوط مرکبات: یہ زمرہ دو قسموں پر مشتمل ہے: بڑے ذرہ مرکبات اور بازی سے مضبوط مرکبات۔ سابقہ قسم میں، ذرہ-میٹرکس تعاملات کو جوہری یا سالماتی سطح پر علاج نہیں کیا جا سکتا۔ اس کے بجائے تسلسل میکانکس درست ہے۔ دوسری طرف، بازی کو مضبوط بنانے والے مرکبات میں ذرات عام طور پر دسیوں نینو میٹر کی حدود میں بہت چھوٹے ہوتے ہیں۔ بڑے پارٹیکل کمپوزٹ کی ایک مثال پولیمر ہے جس میں فلرز شامل کیے گئے ہیں۔ فلرز مواد کی خصوصیات کو بہتر بناتے ہیں اور کچھ پولیمر والیوم کو زیادہ اقتصادی مواد سے بدل سکتے ہیں۔ دو مراحل کے حجم کے حصے جامع کے رویے کو متاثر کرتے ہیں۔ دھاتوں، پولیمر اور سیرامکس کے ساتھ بڑے پارٹیکل کمپوزٹ استعمال کیے جاتے ہیں۔ CERMETS سیرامک / دھاتی مرکبات کی مثالیں ہیں۔ ہمارا سب سے عام سرمیٹ سیمنٹڈ کاربائیڈ ہے۔ یہ ریفریکٹری کاربائیڈ سیرامک پر مشتمل ہوتا ہے جیسے کوبالٹ یا نکل جیسی دھات کے میٹرکس میں ٹنگسٹن کاربائیڈ کے ذرات۔ یہ کاربائیڈ کمپوزٹ بڑے پیمانے پر سخت سٹیل کے کاٹنے کے اوزار کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ سخت کاربائیڈ ذرات کاٹنے کے عمل کے ذمہ دار ہیں اور ان کی سختی کو ڈکٹائل میٹل میٹرکس سے بڑھایا جاتا ہے۔ اس طرح ہم ایک ہی مرکب میں دونوں مواد کے فوائد حاصل کرتے ہیں۔ ایک بڑے پارٹیکل کمپوزٹ کی ایک اور عام مثال جسے ہم استعمال کرتے ہیں کاربن بلیک پارٹیکولٹس کو وولکنائزڈ ربڑ کے ساتھ ملایا جاتا ہے تاکہ اعلی تناؤ کی طاقت، سختی، آنسو اور کھرچنے کی مزاحمت کے ساتھ مرکب حاصل کیا جا سکے۔ بازی کو مضبوط بنانے والے مرکب کی ایک مثال دھاتیں اور دھاتی مرکبات ہیں جو بہت سخت اور غیر فعال مواد کے باریک ذرات کے یکساں پھیلاؤ سے مضبوط اور سخت ہوتے ہیں۔ جب ایلومینیم میٹل میٹرکس میں بہت چھوٹے ایلومینیم آکسائیڈ فلیکس شامل کیے جاتے ہیں تو ہم سنٹرڈ ایلومینیم پاؤڈر حاصل کرتے ہیں جس میں اعلی درجہ حرارت کی طاقت ہوتی ہے۔ 

 

FIBER-REINFORCED Composites : مرکبات کا یہ زمرہ درحقیقت سب سے اہم ہے۔ حاصل کرنے کا مقصد فی یونٹ وزن اعلی طاقت اور سختی ہے۔ ان مرکبات میں فائبر کی ساخت، لمبائی، واقفیت اور ارتکاز ان مواد کی خصوصیات اور افادیت کا تعین کرنے میں اہم ہے۔ ریشوں کے تین گروہ ہیں جو ہم استعمال کرتے ہیں: سرگوشیاں، ریشے اور تاریں۔ WHISKERS بہت پتلے اور لمبے سنگل کرسٹل ہوتے ہیں۔ وہ مضبوط ترین مواد میں سے ہیں۔ کچھ مثال کے طور پر سرگوشی کے مواد گریفائٹ، سلکان نائٹرائڈ، ایلومینیم آکسائڈ ہیں. دوسری طرف  FIBERS زیادہ تر پولیمر یا سیرامکس ہیں اور پولی کرسٹل لائن یا بے ساختہ حالت میں ہیں۔ تیسرا گروپ باریک تاروں کا ہے جن کا قطر نسبتاً بڑا ہوتا ہے اور اکثر اسٹیل یا ٹنگسٹن پر مشتمل ہوتا ہے۔ وائر ری انفورسڈ کمپوزٹ کی ایک مثال کار کے ٹائر ہیں جو ربڑ کے اندر سٹیل کے تار کو شامل کرتے ہیں۔ میٹرکس مواد پر منحصر ہے، ہمارے پاس مندرجہ ذیل مرکبات ہیں:
پولیمر-میٹرکس کمپوزائٹس: یہ ایک پولیمر رال اور ریشوں سے بنی ہوتی ہیں بطور انفورسمنٹ جزو۔ ان کا ایک ذیلی گروپ جسے Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) کمپوزٹ کہتے ہیں ایک پولیمر میٹرکس کے اندر مسلسل یا منقطع شیشے کے ریشے پر مشتمل ہوتا ہے۔ شیشہ اعلی طاقت پیش کرتا ہے، یہ اقتصادی ہے، ریشوں میں گھڑنے میں آسان ہے، اور کیمیائی طور پر غیر فعال ہے۔ نقصانات ان کی محدود سختی اور سختی ہیں، سروس کا درجہ حرارت صرف 200 - 300 سینٹی گریڈ تک ہے۔ فائبر گلاس آٹوموٹو باڈیز اور ٹرانسپورٹیشن کا سامان، سمندری گاڑیوں کی باڈیز، اسٹوریج کنٹینرز کے لیے موزوں ہے۔ یہ محدود سختی کی وجہ سے نہ ایرو اسپیس اور نہ ہی پل بنانے کے لیے موزوں ہیں۔ دوسرے ذیلی گروپ کو کاربن فائبر ریئنفورسڈ پولیمر (CFRP) کمپوزٹ کہا جاتا ہے۔ یہاں، پولیمر میٹرکس میں کاربن ہمارا فائبر مواد ہے۔ کاربن اپنے اعلی مخصوص ماڈیولس اور طاقت اور اعلی درجہ حرارت پر ان کو برقرار رکھنے کی صلاحیت کے لیے جانا جاتا ہے۔ کاربن فائبر ہمیں معیاری، انٹرمیڈیٹ، ہائی اور انتہائی ہائی ٹینسائل موڈیولی پیش کر سکتے ہیں۔ مزید برآں، کاربن فائبر متنوع جسمانی اور مکینیکل خصوصیات پیش کرتے ہیں اور اس لیے مختلف اپنی مرضی کے مطابق تیار کردہ انجینئرنگ ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہیں۔ CFRP کمپوزٹ کو کھیلوں اور تفریحی سامان، پریشر ویسلز اور ایرو اسپیس ساختی اجزاء کی تیاری کے لیے سمجھا جا سکتا ہے۔ پھر بھی، ایک اور ذیلی گروپ، ارامڈ فائبر ریئنفورسڈ پولیمر کمپوزائٹس بھی اعلیٰ طاقت اور ماڈیولس مواد ہیں۔ وزن کے تناسب سے ان کی طاقت بہت زیادہ ہے۔ ارامڈ ریشوں کو تجارتی ناموں KEVLAR اور NOMEX سے بھی جانا جاتا ہے۔ تناؤ کے تحت وہ دیگر پولیمرک فائبر مواد سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں، لیکن وہ کمپریشن میں کمزور ہیں۔ ارامڈ ریشے سخت، اثر مزاحم، رینگنے اور تھکاوٹ کے خلاف مزاحم، اعلی درجہ حرارت پر مستحکم، مضبوط تیزاب اور اڈوں کے علاوہ کیمیائی طور پر غیر فعال ہوتے ہیں۔ آرامڈ فائبر کھیلوں کے سامان، بلٹ پروف واسکٹ، ٹائر، رسی، فائبر آپٹک کیبل شیٹس میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ دیگر فائبر کو تقویت دینے والے مواد موجود ہیں لیکن کم حد تک استعمال ہوتے ہیں۔ یہ بنیادی طور پر بوران، سلکان کاربائیڈ، ایلومینیم آکسائیڈ ہیں۔ دوسری طرف پولیمر میٹرکس کا مواد بھی اہم ہے۔ یہ مرکب کے زیادہ سے زیادہ سروس درجہ حرارت کا تعین کرتا ہے کیونکہ پولیمر میں عام طور پر پگھلنے اور انحطاط کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے۔ پولیسٹر اور ونائل ایسٹرز بڑے پیمانے پر پولیمر میٹرکس کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ رال بھی استعمال ہوتی ہے اور ان میں نمی کے خلاف مزاحمت اور مکینیکل خصوصیات ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر پولیمائیڈ رال تقریباً 230 ڈگری سیلسیس تک استعمال کی جا سکتی ہے۔ 
میٹل-میٹرکس کمپوزائٹس: ان مواد میں ہم ڈکٹائل میٹل میٹرکس استعمال کرتے ہیں اور سروس کا درجہ حرارت عام طور پر ان کے اجزاء سے زیادہ ہوتا ہے۔ پولیمر-میٹرکس کمپوزائٹس کے مقابلے میں، ان کا آپریٹنگ درجہ حرارت زیادہ ہو سکتا ہے، غیر آتش گیر ہو سکتا ہے، اور نامیاتی سیالوں کے خلاف انحطاط کی بہتر مزاحمت ہو سکتی ہے۔ تاہم وہ زیادہ مہنگے ہیں۔ کمک کرنے والے مواد جیسے سرگوشی، ذرات، مسلسل اور منقطع ریشے؛ اور میٹرکس میٹریل جیسے کاپر، ایلومینیم، میگنیشیم، ٹائٹینیم، سپر ایلوائیز عام طور پر استعمال ہو رہے ہیں۔ مثال کے طور پر ایپلی کیشنز ایلومینیم الائے میٹرکس سے بنے ہوئے انجن کے پرزے ہیں جو ایلومینیم آکسائیڈ اور کاربن ریشوں سے تقویت یافتہ ہیں۔ 
سیرامک-میٹرکس کمپوزائٹس: سیرامک مواد ان کی شاندار اعلی درجہ حرارت کی قابل اعتمادی کے لیے جانا جاتا ہے۔ تاہم وہ بہت ٹوٹنے والے ہیں اور فریکچر کی سختی کے لیے کم قدر رکھتے ہیں۔ ایک سیرامک کے ذرات، ریشوں یا سروں کو دوسرے کے میٹرکس میں شامل کرکے ہم زیادہ فریکچر سختی کے ساتھ مرکبات حاصل کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ یہ سرایت شدہ مواد بنیادی طور پر میٹرکس کے اندر شگاف کے پھیلاؤ کو کچھ میکانزم کے ذریعے روکتا ہے جیسے کریک ٹپس کو ہٹانا یا کریک چہروں پر پل بنانا۔ مثال کے طور پر، ایلومیناس جو SiC سرگوشیوں سے تقویت یافتہ ہوتے ہیں سخت دھاتی مرکبات کو مشینی بنانے کے لیے کاٹنے والے آلے کے داخلوں کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ یہ سیمنٹڈ کاربائیڈز کے مقابلے میں بہتر کارکردگی کو ظاہر کر سکتے ہیں۔  
کاربن-کاربن مرکبات: کمک اور میٹرکس دونوں کاربن ہیں۔ ان میں 2000 سینٹی گریڈ سے زیادہ درجہ حرارت پر اعلی ٹینسائل ماڈیولی اور طاقت ہوتی ہے، رینگنے کی مزاحمت، زیادہ فریکچر سختی، کم تھرمل ایکسپینشن گتانک، اعلی تھرمل چالکتا۔ یہ خصوصیات انہیں ایپلی کیشنز کے لیے مثالی بناتی ہیں جن میں تھرمل جھٹکا مزاحمت کی ضرورت ہوتی ہے۔ کاربن کاربن مرکبات کی کمزوری تاہم اعلی درجہ حرارت پر آکسیکرن کے خلاف اس کی کمزوری ہے۔ استعمال کی عام مثالیں گرم دبانے والے سانچوں، جدید ترین ٹربائن انجن کے اجزاء کی تیاری ہیں۔ 
ہائبرڈ کمپوزائٹس: دو یا دو سے زیادہ مختلف قسم کے ریشوں کو ایک میٹرکس میں ملایا جاتا ہے۔ اس طرح کوئی بھی خصوصیات کے امتزاج کے ساتھ ایک نیا مواد تیار کرسکتا ہے۔ ایک مثال یہ ہے کہ جب کاربن اور شیشے کے ریشوں دونوں کو پولیمرک رال میں شامل کیا جاتا ہے۔ کاربن فائبر کم کثافت کی سختی اور طاقت فراہم کرتے ہیں لیکن مہنگے ہیں۔ دوسری طرف گلاس سستا ہے لیکن کاربن ریشوں کی سختی کی کمی ہے۔ گلاس کاربن ہائبرڈ مرکب زیادہ مضبوط اور سخت ہے اور اسے کم قیمت پر تیار کیا جا سکتا ہے۔
فائبر سے تقویت یافتہ مرکبات کی پروسیسنگ: ایک ہی سمت میں یکساں تقسیم شدہ ریشوں کے ساتھ مسلسل فائبر سے تقویت یافتہ پلاسٹک کے لیے ہم درج ذیل تکنیکوں کا استعمال کرتے ہیں۔
PULTRUSION: مسلسل لمبائی اور مسلسل کراس سیکشن کی سلاخیں، شہتیر اور ٹیوبیں تیار کی جاتی ہیں۔ مسلسل فائبر روونگز کو تھرموسیٹنگ رال سے رنگین کیا جاتا ہے اور انہیں اسٹیل ڈائی کے ذریعے کھینچا جاتا ہے تاکہ انہیں مطلوبہ شکل میں پیش کیا جا سکے۔ اس کے بعد، وہ اپنی حتمی شکل حاصل کرنے کے لیے ایک درست مشینی کیورنگ ڈائی سے گزرتے ہیں۔ چونکہ کیورنگ ڈائی کو گرم کیا جاتا ہے، یہ رال میٹرکس کو ٹھیک کرتا ہے۔ کھینچنے والے ڈیز کے ذریعے مواد کھینچتے ہیں۔ داخل شدہ کھوکھلی کور کا استعمال کرتے ہوئے، ہم ٹیوبیں اور کھوکھلی جیومیٹریاں حاصل کرنے کے قابل ہیں۔ pultrusion طریقہ خود کار ہے اور ہمیں اعلی پیداوار کی شرح پیش کرتا ہے. مصنوعات کی کسی بھی لمبائی کی پیداوار ممکن ہے۔ 
پری پریگ پروڈکشن کا عمل: پری پریگ ایک مسلسل فائبر ریانفورسمنٹ ہے جو جزوی طور پر ٹھیک شدہ پولیمر رال کے ساتھ پہلے سے تیار کیا جاتا ہے۔ یہ بڑے پیمانے پر ساختی ایپلی کیشنز کے لئے استعمال کیا جاتا ہے. مواد ٹیپ کی شکل میں آتا ہے اور اسے ٹیپ کے طور پر بھیجا جاتا ہے۔ مینوفیکچرر اسے براہ راست ڈھالتا ہے اور بغیر کسی رال ڈالنے کی ضرورت کے اسے مکمل طور پر ٹھیک کرتا ہے۔ چونکہ پری پریگس کمرے کے درجہ حرارت پر علاج کے رد عمل سے گزرتے ہیں، اس لیے انہیں 0 سینٹی گریڈ یا اس سے کم درجہ حرارت پر محفوظ کیا جاتا ہے۔ استعمال کے بعد بقیہ ٹیپس کو کم درجہ حرارت پر واپس محفوظ کیا جاتا ہے۔ تھرمو پلاسٹک اور تھرموسیٹنگ رال استعمال کی جاتی ہے اور کاربن، ارامیڈ اور شیشے کے ری انفورسمنٹ ریشے عام ہیں۔ پری پریگس کو استعمال کرنے کے لیے، پہلے کیریئر بیکنگ پیپر کو ہٹایا جاتا ہے اور پھر پری پریگ ٹیپ کو ٹول والی سطح پر بچھا کر تیار کیا جاتا ہے (بچھائی کا عمل)۔ مطلوبہ موٹائی حاصل کرنے کے لیے کئی پلائیاں رکھی جا سکتی ہیں۔ کراس پلائی یا اینگل پلائی لیمینیٹ تیار کرنے کے لیے فائبر اوریئنٹیشن کو بار بار استعمال کرنا ہے۔ آخر میں علاج کے لیے گرمی اور دباؤ کا اطلاق ہوتا ہے۔ ہینڈ پروسیسنگ کے ساتھ ساتھ خودکار عمل دونوں کا استعمال پری پریگس اور لیٹ اپ کے لیے کیا جاتا ہے۔
فلیمینٹ وائنڈنگ: مسلسل مضبوط کرنے والے ریشوں کو ایک کھوکھلی  اور عام طور پر چکر دار شکل کی پیروی کرنے کے لیے پہلے سے طے شدہ پیٹرن میں درست طریقے سے رکھا جاتا ہے۔ ریشے پہلے رال کے غسل سے گزرتے ہیں اور پھر خودکار نظام کے ذریعے مینڈریل پر زخم لگائے جاتے ہیں۔ کئی بار سمیٹنے کے بعد مطلوبہ موٹائی حاصل کی جاتی ہے اور کیورنگ یا تو کمرے کے درجہ حرارت پر یا تندور کے اندر کی جاتی ہے۔ اب مینڈریل کو ہٹا دیا گیا ہے اور مصنوعات کو توڑ دیا گیا ہے۔ فلیمینٹ وائنڈنگ ریشوں کو گردشی، ہیلیکل اور قطبی نمونوں میں سمیٹ کر بہت زیادہ طاقت سے وزن کا تناسب پیش کر سکتی ہے۔ پائپ، ٹینک، کیسنگ اس تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیے جاتے ہیں۔ 

 

• ساختی مرکبات: عام طور پر یہ یکساں اور جامع مواد دونوں سے مل کر بنتے ہیں۔ لہٰذا ان کی خصوصیات کا تعین اجزاء کے مواد اور اس کے عناصر کے جیومیٹریکل ڈیزائن سے ہوتا ہے۔ یہاں اہم اقسام ہیں:
لامینار کمپوزائٹس: یہ ساختی مواد دو جہتی شیٹس یا پینلز سے بنائے گئے ہیں جن میں ترجیحی اعلی طاقت کی سمت ہے۔ تہوں کو ایک ساتھ اسٹیک اور سیمنٹ کیا جاتا ہے۔ دو کھڑے محوروں میں اعلی طاقت کی سمتوں کو تبدیل کرکے، ہم ایک ایسا مرکب حاصل کرتے ہیں جس کی دو جہتی جہاز میں دونوں سمتوں میں زیادہ طاقت ہوتی ہے۔ تہوں کے زاویوں کو ایڈجسٹ کرکے کوئی بھی ترجیحی سمتوں میں طاقت کے ساتھ ایک مرکب تیار کرسکتا ہے۔ جدید سکی اس طرح تیار کی جاتی ہے۔ 
سینڈوچ پینلز: یہ ساختی مرکبات ہلکے ہیں لیکن پھر بھی ان میں سختی اور طاقت زیادہ ہے۔ سینڈوچ پینل دو بیرونی شیٹس پر مشتمل ہوتے ہیں جو ایک سخت اور مضبوط مواد سے بنی ہوتی ہیں جیسے ایلومینیم کے مرکب، فائبر سے تقویت یافتہ پلاسٹک یا اسٹیل اور بیرونی چادروں کے درمیان ایک کور۔ کور کو ہلکا ہونا ضروری ہے اور زیادہ تر وقت میں لچک کا کم ماڈیول ہوتا ہے۔ مقبول بنیادی مواد سخت پولیمرک جھاگ، لکڑی اور شہد کے چھتے ہیں۔ سینڈوچ پینل بڑے پیمانے پر تعمیراتی صنعت میں چھت سازی کے مواد، فرش یا دیوار کے مواد کے طور پر اور ایرو اسپیس صنعتوں میں بھی استعمال ہوتے ہیں۔  

 

NANOCOMPOSITES : یہ نیا مواد میٹرکس میں سرایت شدہ نانوائزڈ پارٹیکلز پر مشتمل ہوتا ہے۔ نانوکومپوزائٹس کا استعمال کرتے ہوئے ہم ربڑ کا ایسا مواد تیار کر سکتے ہیں جو ہوا کے داخلے میں بہت اچھی رکاوٹیں ہیں اور ربڑ کی خصوصیات کو برقرار رکھتے ہوئے بغیر کسی تبدیلی کے۔