Предварительное формование армирующих материалов.

Предварительное формование армирующих материалов.

Нарезка и укладывание армирующих материалов, матов и рогожи, является довольно длительным процессом, который к тому же сопровождается большим количеством отходов. Однако, используя так называемые предформовочные методы, можно существенно увеличить производительность.
Сотни тысяч шлемов и осветительных приборов производится, но технологии компрессионного формования с использованием предформоваиного армирующего материала.
Существует ряд способов для производства предформованного армирующего материала.
Предварительное формование матов.

Обычно используется мат, состоящий из длинных волокон, удерживаемых в единой структуре с помощью термопластичного фиксирующего агента. Перед формованием мат нагревается, для размягчения фиксирующего агента. Далее мат прессуется до желаемой формы в матрице. Когда волокна и фиксирующий агент остывают, матрица открывается, и структура из волокон переносится в матриц) такой же формы. Далее она пропитывается жидкой смолой (обычно, полиэфирной) и затем отверждается. Недостатком этого метода является то, что в случае фор¬мования изделий сложной формы процент отходов может быть высок.
Сухое предварительное формование

Другой способ, который также использовался для ранее упомянутых шлемов, - сухое предварительное формование. Здесь волокна равномерно распределяются на сетку или перфорированную матрицу, а затем затягиваются вакуумом с поверхности. Волокна соединяются друг с другом с помощью напыляемого фиксирующего агента. Когда этот фиксирующий агент высыхает, волоконная структура, в виде однородного мата, снимается с матрицы.
Во всех технологиях производства стеклопластика важно эффективно использовать армирующие материалы. Наряду с другими мерами, следует направлять волокона, насколько это возможно, вдоль линии напряжения. Волокнам задают направление либо сразу же после их выхода из чоппера (ножа) или же с помощью перегородок и топографического предформовочного устройства.
Картинка показывает предварительное формование армирующего материала, где волокна направлены в соответствии с методом, указанным на предыдущей картинке. В данном случае, матричный материал - пенополиуретан.
Роботизированная технология сухого предварительного формования, Р4

За последние несколько лет, роботизированная технология сухого предварительного формования продвинулась вперед благодаря применению роботов. Используя данные методы можно производить изделия с предварительно заданной схемой нанесения армирующих волокон (волокна адаптируются к преобладающей линии напряжения в различных частях конечного изделия).


Сырое формование

Рубленные волокна распыляются в воду или пену. Затем смесь, содержащая фиксирующий агент, выливается на матрицу. Волокна собираются на верхней поверхности матрицы, где они создают единую структуру, в то время как излишки воды или пены стекают через сетку.
Затем армирующая структура (преформа) высыхает и те¬перь она готова к дальнейшему использованию. Многочисленные изделия производятся с применением подобного способа, например поддоны для яиц, которые производятся путем распределения бумажных волокон, растворенных в воде, на матрицу. Часто структура матрицы может быть видна на поверхности.
С помощью методов сырого формования можно создавать наиболее сложные схемы армирования. Данный метод также подходит для изделий с термопластичными связующими.
Ручное формование и напыление

Краткое описание:
Данный метод представляет собой укладку армирующего материала напрямую на поверхность матрицы. Обычно, вначале на поверхность матрицы наносится слой цветной смолы. Затем данный поверхностный слой - также называемый гелькоут - отверждается. Далее на него наносится не¬сколько слоев смолы и армирующего материала, такого как маты или рогожа (ткань). Данный метод в основном применяется для одиночных изделий или небольших партий.
Важно, чтобы армирующий материал можно было легко расположить на матрице. Перед началом работ необходимо заранее выкроить заготовки из армирующего материала. Для более крупных партий лучше нарезан, целые комплекты заготовок, использую специальный инструмент.
В некоторых случаях более практично пропитывать заготовки перед их укладкой на матрицу. Если для армирования используются маты, для их переноски можно использовать рогожу, которая предотвратит расползание сырого мата на куски.
С помощью различных валиков можно добиться эффективного смачивания армирующих волоком, одновременно удаляя пузырьки воздуха из сырою лам и па та. Ручное формование может быть более эффективным при авсоматической подаче смолы на валики.
При производстве сложных и ответственных деталей, ручной метод может быть более предпочтителен. В качестве примера можно привести кузов SAAB Sonett, произведенные всего из двух деталей, одной передней и одной задней. Это удалось реализовать, используя матрицу из 4-х частей.
Использование ручных методов формования нельзя полностью отвергать. Например, большая часть работ в текстильной и строительной отраслях, выполняется вручную.
Разделительные агенты

В большинстве случаев, процесс ручного формования начинается с нанесения воска на матрицу. При нанесении воска и полировке можно обрабатывать не более 0,25 м кв. В ином случае, соблюдайте инструкции производителей. Перед использованием новой матрицы ее необходимо обработать воском несколько раз. Затем, после обработки воском, на нее необходимо нанести разделительную пленку водного раствора поливинилового спирта. В случае если разделительный агент плохо пристает к обработанной воском поверхности, слегка промойте матрицу с мылом или добавьте немного мыльного раствора в разделительный агент.

Нанесение гелькоута

После тщательного высыхания разделительного агента (проверьте внутренний радиус), С помощью кисти, валика или распылительного оборудования можно наносить гелькоут. Подходящая толщина - 0,5 мм. Однако более толстый слой гелькоута предпочтительнее слишком гонкого. Правда и то, что риск растрескивания наиболее вероятен при слишком толстом слое гелькоута, но тонкий слой может привести к следующим дефектам. В худшем случае, последующие армирующие слои могут размягчить гелькоут, который растянется и создаст складки (морщины). Тонкий слой гелькоута, отверждающийся более медленно и эффективно, чем толстый слой, в сочетании с излишками испарения стирола, вызывает подобное. В дополнение, тонкий слой гелькоута - ненадежный защитник поверхности и существует риск плохого качества поверхности с эффектом «пропечатывания» армирующего слоя.

Ламинирование

Ламинирование можно начинать, когда гелькоут отвердится. Поверхность гелькоута смачивается смолой, на который слой за слоем укладывается армирующий материал. Смачивание и удаление воздуха легче выполнять снизу вверх. Для пропитывания смолой и удаления воздуха можно использовать различные валики.
Во время ручного формования необходимо прорабатывать небольшие участки изделия. Эффективное удаление воздуха затруднительно, если за один раз уложено слишком много слоев армирующего материала. Если используется рогожа, ее но рекомендуется укладывать одним единым куском на несколько внутренних радиусов, так как могут возникнуть проблемы, такие как поднятие ламината в одной точке радиуса при прикатке его в другой точке.
При ручном формование необходимо избегать внутренних радиусов менее 12 мм. (Все зависит от эластичности волокон). Это связано с тем, что армирующие материалы не будут повторять контуры поверхности матрицы. Результатом могут стать пузыри, влекущие за собой длительный ремонт.
Соответственно, обратные (внешние) радиусы могут быть чуть меньше; минимум 8 мм. Маленькие радиусы могут вызвать эффекты, изображенные на картинке.
Плоские или слетка выпуклые поверхности ламината с верхним слоем гелькоута показывают тенденцию к изгибанию. В этом случае удобно немного выгибать прототип стеклопластиковой матрицы. Например, придавать ей форму, принимая во внимание изменения, которые обычно возникают из-за усадки гелькоута.
Визуально, выпуклая поверхность более приемлема, чем вогнутая.
Ламинат, произведенный ручным формованием, заканчивается слоем топкоута, то есть неармированным слоем связующего, который обычно содержит воск или парафин.
Иногда подобный слой топкоута может снизить риск искривления ламината.
Если используются глубокие матрицы, лучше всего предварительно смочить армирующий материал вне матрицы. С тех случаях, когда существует риск отслоения армирующих волокон от поверхности матрицы, целесообразно использовать деревянные «подушки», с помощью которых прижимаются участки ламината.
Неважно, использовалось ли ручное формование или напыление, материал можно прижать с помощью обрешетки, как указано ниже.
Композиционные материалы на основе термореактивных смол для ручного формования обычно дают небольшую усадку после снятия с матрицы. Размер усадки зависит от типа связующего, содержания волокон, наполнителя и направления волокон.
Чем больше содержание чистой смолы, тем больше будет усадка. Перед производством изделий с четкими требованиями по точности размеров, рекомендуется проверить усадку при отверждении путем производства тестового образца ламината.
Для полного отверждения полиэфирного ламината, его необходимо дополнительно отвердить при повышенных температурах, например в течение нескольких часов при 80оС.
Напыление

Метод напыления означает, что смола и волокна наносятся с помощью распылительного пистолета, оборудованного чоппером (ножом для резки волокон).
При напылении на поверхность матрицы волокна и смола образуют рыхлую массу. Данная смесь прижимается с помощью валика тем же самым образом, что и в методе ручного формования. Метод напыления позволяет достаточно просто набирать различные толщины и резко увеличить производительность. Данный метод особенно эффективен для крупных изделий, например лодок.
Один недостаток - напыление вдоль краев матрицы может быть чрезмерным. Испарение растворителя (обычно, стирола) может быть достаточно сильными, что требует более тщательного оборудования рабочей зоны. Проблему испарения можно понизить, если использовать сопла, че¬рез которые выходят либо поток, либо крупные капли, а не происходит распыление компаунда. Доступны системы для роботизирования процесса или даже полностью автоматические способы нанесения.
Практически закрытое устройство для производства всех внутренних деталей кабины грузовика показаны ниже.
Предварительным условием для ручного формования и / или напыления является соблюдение требований к окружающей среде. Подходящие решения включают в себя использование быстро отверждающихся смол с низким уровнем эмиссии растворителя.

Фиксация

Для сокращения вероятности искривления матрицы, возможно применение специальных фиксаторов для сохранения окончательной формы во время последнего отверждения при повышенных температурах.
Принудительное отверждение
Время отверждения может быть сокращено, если подвергать ламинат инфракрасному излучению или ультрафиолету. Также возможно сократить время отверждения при температуре окружающей среды, используя специальную систем у отверждения.
Тиксотропия

Если ламинат находится на вертикальной поверхности или «вверх ногами», существует риск того, что ламинат нач¬нет соскальзывать или терять адгезию с матрицей, особен но в случае с тяжелым ламинатом. Этого можно избежать, добавив в солу очень мелкий кварцевый песок (Aerosil). Он используется в качестве загустителя в шпаклевках, тиксо-тропных красках и смолах.