Technologie

RUČNÍ LAMINACE / SPRAY UP

Spray up a otevřená laminace (ruční laminace) v jednostranných formách jsou nejlevnější a nejběžnější procesy pro výrobu kompozitů ze skelných vláken. Typickým produktem jsou trupy a paluby lodí, součásti rekreačních vozidel, kabiny nákladních vozidel, nárazníky, vany a sprchy

Při typické otevřené laminaci je forma nejdříve navoskována a pak se aplikuje nástřik gelcoatem. Vytvrzení se může provádět ve vyhřívané peci ( 120 o F). U spray up technologie se po vytvrzení gelcoatu do formy stříká katalyzovaná pryskyřice (nejčastěji polyesterová nebo vinyl esterová) spolu se sekaným skelným vláknem. Pomocí speciální pistole je skelný roving nasekán přímo do pryskyřice. Všechny materiály jsou tedy aplikovány do formy současně.

Používání pryskyřic s nízkým nebo potlačeným obsahem styrenu, plniv a nízkotlakých stříkacích pistolí nebo tlakových válečkových aplikátorů pomáhá snižovat emise prchavých organických látek.

Pracovníci vyválejí nastříkanou vrstvu, aby došlo k spojení laminátu. U sendvičových konstrukcí se na první vrstvu laminátu přidá jádro ze dřeva, pěny nebo jiného materiálu. Druhá nastříkaná vrstva obklopí jádro a upevní ho mezi vrstvami laminátu. Celý kus je potom vytvrzen a po zchlazení vyjmut z formy (několikanásobné použití).

Při ruční laminaci jsou skelné rohože a/nebo tkaniny manuálně aplikovány do formy. Na každou vrstvu je nanesena (nastříkána) katalizovaná pryskyřice, která je do vláken zapracována pomocí štětců a válečků. Tím je dosaženo prosycení a spojení laminátu.

Ruční laminace a spray up jsou často používány společně. Balsová nebo pěnové jádro je možné použít v obou procesech.

Průměrný obsah vláken se pohybuje od 15% (spray up) do 35 % (ruční laminace).

Obsah vláken lze zvýšit až na 50% při použití tzv. vakuového tváření .

Systémy vakuového nanášení pryskyřice a infuse se začínají prosazovat u výrobců používajících otevřenou laminaci, kteří chtějí snížit emise. Použitím vakua dochází k stlačení předlisku a impregnaci vláken pryskyřicí. Obsah vláken může dosáhnout až 70 %.

RTM

Při použití technologie RTM (Resin Transfer Molding) dostaneme 2 upravené strany a zároveň nejlepší dosažitelnou kvalitu povrchu.

Sklolaminátové nebo galvanizované formy jsou dostačující až pro 10000 kusů a náklady na jejich pořízení nedosahují poloviny nákladů srovnatelných kovových forem.

Gelcoat se aplikuje většinou na obě poloviny formy, potom se pokládají kontinuální nebo sekané rohože a případně i jádro. Pryskyřice je do formy vstřikována nebo vháněna pod tlakem a to až do úplného prosycení výztuže a vyplnění celé dutiny formy pryskyřicí. Teplota pro vytvrzení je závislá na typu použité pryskyřice (většinou polyesterová, vinyl esterová, fenolická nebo epoxidová), Pomocí senzorů lze sledovat tok pryskyřice ve formě a monitorovat proces želatinace a vytvrzení.

TLAKOVÉ TVÁŘENÍ

Jednotkové náklady lze snižovat kratšími výrobními časy, které může být dosaženo tlakovým tvářením SMC = směsi pro plošné tváření. SMC sestávající ze skelných vláken a termosetové pryskyřice je vytvrzován za 30 až 150 sekund, celý výrobní cyklus tedy může trvat 60 sekund. Největší trhy pro použití SMC jsou velkoobjemové výroby pro elektrotechnický průmysl a dopravu.

Materiál pro plošné tváření se běžně skládá z 25% polyesterové pryskyřice, 25% sekaného rovingu, 45% plniv a 5 % aditiv.

SMC je vrstvený materiál ze sekaného rovingu mezi dvěma vrstvami pryskyřičné pasty. Pro vytvoření takovéhoto "sendviče" jsou na tenkou vrstvu pryskyřice nasypána sekaná skelná vlákna a na ně nanesena druhá vrstva pryskyřice. Pomocí válců je třeba spojit vlákna s pryskyřicí a vymáčknout zachycený vzduch. Pryskyřice začíná v konzistenci sirupu postupně zhoustne, za 3 až 5 dní má celá směs konzistenci kůže, což je ideální viskozita pro tváření. Takto hotové SMC je nařezáno na jednotlivé pláty a ty jsou vytvrzovány ve vyhřívané formě. Viskozita materiálu se sníží a SMC vteče do dutiny formy.

Technologie směsí pro nízkotlaké tváření (LPMC) slibuje výrobcům možnost tváření již při tlaku 150 psi, což je asi jedna třetina tlaku používaného u tváření SMC.

VSTŘIKOVÁNÍ

Během posledních 20 let převzala technologie tváření BMC (termosetová objemová směs pro tváření) podíly na trzích dříve držené výrobci termoplastů a kovových odlitků, jako je např: elektrotechnický a automobilový průmysl, opláštění spotřebičů a kryty motorů.

BMC je směs pryskyřice (termoset) obsahující mezi 15 až 20 % sekaných skelných vláken. Směs je velmi hustá (polyesterové a vinyl esterové BMC mají konzistenci lepkavého chlebového těsta), ale zahřátím až k teplotě vytvrzování ztrácí viskozitu a zkapalňuje.

Vstřikování je rychlý uzavřený výrobní proces, vhodný pro větší objemy výroby. Rychlost vstřikování je cca 1 až 5 sekund a za hodinu může být vyrobeno až 2000 malých částí. Odměřené dávky směsi jsou tlačeny pístem přes vyhřívanou nádržku a vstřikuje ji do uzavřené vyhřívané formy.

Ve formě směs zkapalní a snadno vteče kanálky do dutiny nebo dutin formy. Po vytvrzení a vyjmutí z formy už profily potřebují pouze minimální konečnou úpravu.

VINUTÍ

Vinutí je automatizovaný, rozsáhlý proces vhodný pro výrobu potrubí, cisteren, nádrží, tlakových nádrží a dalších výrobků válcového tvaru. Technologická náročnost zařízení na vinutí se liší. Začíná u základních dvouosých mechanických zařízení s řetězovým pohonem a končí u počítačem řízených systémů s několika osami a vřeteny.

Zařízení na vinutí vede skelné vlákno z cívečnice přes pryskyřičnou lázeň a to potom navíjí na vřeteno (jádro formy). Jádro se používá buď odnímatelné nebo zůstává s výrobkem.

Jádro rotuje a zároveň se po celé délce jádra pohybuje zařízení na vinutí vlákna. Rychlost recipročního pohybu a rotace jsou synchronizovány tak, aby byl dodržen přednastavený úhel navíjení. Osy pro pohyb navíjecího zařízení jsou nastavitelné a u počítačově řízených zařízení je možné zajistit až 11 os pro pohyb jednoduchých nebo vícenásobných vřeten.

Protože k spojení laminátu dochází již samotným procesem vinutí, není třeba dalšího stlačování.

PULTRUZE

Pultruze je kontinuální, automatizovaná metoda uzavřeného tváření. Tato metoda je efektivní pro větší objemy výroby produktů konstantního průřezu. Pultrudované profily standardních i zakázkových tvarů (tyče, pruty, nosníky, hrany, trubky a žlaby) již pronikly prakticky na všechny trhy.

Výrobní proces se opírá o tažné zařízení, které vede vlákna a později vlákna a pryskyřici všemi částmi výrobní linky. Výrobní proces začíná výztuží. Vlákna výztuhy jsou vedena z cívečnic do lázně, kde dochází k impregnaci pryskyřicí. Přebytečná pryskyřice je odstraněna ještě před vstupem do formy. Ve vyhřívané ocelové formě je laminát vytvrzen a v okamžiku, kdy profil opouští formu je plně tvarovaný a vytvrzený. Před uchopením tažným zařízením musí profil dostatečně vychladnout. K řezání profilu na potřebnou délku se používají řezačky s diamantovým zakončením.

Jako alternativa pro impregnaci v otevřené lázni bylo vyvinuto zařízení pro vstřikování pryskyřice přímo do ústí formy. Tímto zařízením jsou eliminovány emise z otevřené lázně a také usnadňuje čistící proces. Také odpadá zařízení pro spojení laminátu před vstupem do formy.

Při použití několikanásobných forem je možné táhnout určený počet profilů zároveň. Pro zformování dutých profilů, materiál obaluje vyhřívané jádro, které je vedeno vnitřní částí formy.

Pro dosažení lepších strukturálních vlastností (příčné pevnosti) profilu se k vláknům přidávají rohože a/nebo tkaniny. Toto však představuje značný nápor na tažný systém a kostru zařízení. Je třeba k tomuto přihlédnout již při návrhu a konstrukci pultruzního zařízení. Dnes jsou často používány hydraulické tažné systémy.

Určité procento výztuží musí tvořit roving (jednosměrná vlákna). Obsah výztuží v laminátu se liší: např. při kombinaci rohoží a rovingu je podíl rovingu cca 52%, přičemž celkový obsah skla v laminátu je 50% hmotnosti. Podíl skla v profilu pouze z rovingu může dosahovat až 75%.

Ve výrobním procesu je důležité sledování a dodržování přednastavených teplot v různých částech formy a případně i jádra. Rychlost tažení běžně dosahuje 50-52 cm/min.

Pro pultruzi se nejčastěji používají skelná vlákna a polyesterové, vinyl esterové, epoxydové nebo fenolické pryskyřice