POLIMER KOMPOZIT HAJÓK TERVEZÉSE ÉS ÉPÍTÉSE

Átírás

1 Csoportosítási szempontok POLIMER KOMPOZIT HAJÓK TERVEZÉSE ÉS ÉPÍTÉSE Tipikus vagy speciális termékek (bármilyen geometria, vagy csak sajátos geometria gyártható) Nyitott vagy zárt szerszám Száraz vagy nedves technológia (az alakadáskor folyékony-e a gyanta) Gyártási eljárások 1. Anyagok Szálak Gyanták 2. Szerszámok, gépek Sablonok Kéziszerszámok Gépek Minőségellenőrzés 5. Az egyes technológiák részletes ismertetése (Tipikus kompozit termékek): Kézi laminálás (nedves rétegelés) Szálszórás Vákuumzsák használata Gyanta infúzió (száraz rétegelés) Gyanta injektálás (RTM Light, VARTM és RTM) Gyanta film infúzió Préselés Automatizált szál/szalagfektetés Anyagok Szálak Szálak: E-üveg, S-üveg, aramid, szén, bazalt Nyitott technológiáknál a szál sűrűsége nagyobb legyen, mint a gyanta sűrűsége! Szálak igénybevétele (pl. szálszórásnál a lecsévélés) Szálak hőállósága, vegyszerállósága Szálak hőtágulása!!! Low-tech technológiáknál nem érdemes high-tech anyagot használni Low-tech anyagnál is érdemes lehet high-tech technológiát használni 3 4 Használható edényidő Kompatibilitás a szállal Szakító szilárdság és szakadási nyúlás Zsugorodás (pl. rázsugorodás ) Ár, költségek Kémiai ellenállóság Üvegesedési hőmérséklet (Tg) Anyagok Gyanták Szerszámok- Sablonok Jellemzően negatív sablonok/szerszámok (pozitív ősmintáról vagy mesterdarabról készítve, levéve ) Vannak pozitív szerszámok is pl. egyedi gyártásnál Az angol male/femalenem felel meg a pozitív/negatív szerszámnak, mert az csak arra utal, hogy a domború vagy homorú felület az A felület. Anyaguk: Üvegszálas poliészter/epoxi Fa (fa, MDF, rétegelt lemez, laminált bútorlap) Gipsz Szilikon Fém (acél, alumínium) Modellező tömb műfa bármi egyéb 5 6 1

2 Kézi szerszámok Gépek Szálak vágása: (aramid) olló, penge, elektromos vágó, plotter Keverés: keverőedény, mérleg és/vagy adagolók, keverőpálca/keverőszár Impregnálás: ecset, teddy henger, szivacs henger Tisztítás: oldószerek, papírtörlő, rongy Szélezés: gyémánt vágókorong, fűrészlap, csiszolópapírok, reszelők stb. Kompresszor+fényezőpisztoly/rücsiszóró Gélszóró Szálszóró RTM/VARTM gép Vákuumszivattyú Hőlégfúvó/hőkezelő kamra Speciális technológiák gépei 7 8 Szerszám előkészítés Szerszám tisztítás Gyantamaradékokeltávolítása az utoljára kibontottdarab után Plexi darab a legalkalmasabb nem karcol Ne sérüljön a szerszám felülete Kissérülések hibákkijavítandóak: Végleges javítás Ideiglenes javítás gyurmával vagy hasonló anyaggal Kiemelkedések elcsiszolása finompapírral Formaleválasztózás Szerszám formaleválasztózása Újvagybejáratott betört szerszám? Betörtszerszámnálnemmindenesetben szükséges, csakha márnehézvolt kibontania darabot El kell kerülni a formaleválasztó lerakódását, kicsapódását El kell kerülni a túlzott leválasztózást Szükség esetén teljes csiszolás, polírozás, új szerszámként leválasztózás 9 10 Környezet alkalmassá tétele 1. Hőmérséklet 1. A hőmérséklet hatása a legtöbb gyanta rendszer térhálósodására: A laminát belsejében ideális esetben fokos hőmérsékletnek kellene lenni. 15 fok alatti hőmérséklet drasztikusan lelassítja a térhálósodást 10 fok alatti hőmérsékleten a vékony falú laminátok akár napokig nem térhálósodnak A gyantákat legalább szobahőmérsékleten illik feldolgozni, a kondenzáció elkerülése érdekében 2. A hőmérséklet hatása a feldolgozására: A hőmérséklet növekedése: Csökkenti az edényidőt Csökkenti a viszkozitást (folyósabb gyanta) A hőmérséklet csökkenése: Növeli a feldolgozási időt Növeli a viszkozitást (főleg az epoxi gyanták folyóképessége romlik le) A szálak nedvesíthetősége is romlik Környezet alkalmassá tétele 3. A kissé emelt feldolgozási hőmérséklet előnyei: Kézi laminálásnál gyorsabb munkavégzés a jobb impregnálás miatt Kevesebb gyanta elegendő olcsóbb, könnyebb termék Jobb tapadás az egyes rétegek között Infúziónál, injektálásnál gyorsabb gyantaáramlás kevesebb betápláló cső, vékonyabb gyantavezető rétegek elegendőek kisebb gyantafelhasználás Ideális esetben nem (csak) a gyanta vagy a környezeti hőmérséklet emelésével érhető el ez, hanem a szerszám fűtésével 2. Páratartalom A levegő relatív páratartalma nyitott eljárásoknál 70% alatt legyen 3. Levegő minőség Pormentes levegő szükséges. A por a felületminőségre rossz hatással van, a laminátban hibahelyként jelentkezik és a gépeket is károsítja

3 Gyártás és térhálósodás A következő lépés a termék gyártása ennek sajátosságait a későbbiekben technológiánként ismertetem A térhálósodása legtöbb esetben szobahőmérsékleten megy végbe Bizonyos technológiáknál emelt hőmérsékleten (pl. meleg préselés) A magasabb hőmérsékletű térhálósodásminden kétkomponensű anyagnak előnyös, egyes anyagoknál kötelező. Az epoxiknála magasabb hőmérsékletű térhálósítás a Tg(üvegesedési hőmérséklet) emelkedését vonja maga után Az emelt hőmérsékleten térhálósodáshozhasonló eredményre vezet a szobahőmérsékleten térhálósodás+ utóhőkezelés. Ennek előnye: kevesebb időt tölt a termék a szerszámban, termelékenyebb. Hátránya: A nem sablonban történő hőkezelésnél kilágyul az anyag, könnyen eldeformálódik. Ezért nagyon lassan, szabályozottan kell utótérhálósítani! Szerszám bontás Általában a még nem teljesen megkötött anyagnál, ami sérülékennyésteszi, könnyen eldeformálódik Óvatosan kell: az ütögetéstől csillagrepedések keletkezhetnek a szerszámban, terméken Ahol csak lehet, inkább fel kell úsztatni a terméket (pl. hajótesteknél) A kibontott darabon utómunkák (szélezés, csiszolás, összeragasztás stb.) Minőségellenőrzés Minőségellenőrzés Az állandó minőség szempontjábóla legfontosabba feltételek, körülmények állandósága (hőmérséklet, anyagtípusstb.) Ugyanakkormivel kémiai folyamata munkavégzés alapja, ugyanazaz anyagsoha nem viselkedikkétszerugyanúgy. Minden egyes szállítmánybólpróbakeverést kell csinálni Ami próbakeveréssel legalább a munkavégzés szempontjábóllegfontosabbat, az edényidőt ellenőrizni kell, tekintettelarra, hogya nagyélőmunka-igénymiattazemberitényező a legfontosabbbefolyásoló. Az edényidő esetleges változását többféleképpen lehet korrigálni: Más típusú B komponens használata Katalizátor arányának megváltoztatása Környezet megváltoztatása Inhibitor, gyorsító alkalmazása Jobban gépesített technológiáknál a beavatkozás finomabb, érzékenyebb lehet Főleg a nagyobb teljesítményű szálakból készülő, drágább termékeknél fontos az ellenőrzés, mert ezek kevesebb biztonsági ráhagyással készülnek Sok egyszerű ellenőrzési lehetőség van, pl. infúzió után a csőben maradó gyanta hajlítása, vagy a karc-teszt, esetleg keménységmérés, ridegség ellenőrzése. Feszültségfehéredés a nem kellően térhálósodottgyanta jellemzője. Egyes termékeknél érdemes lehet menet közben próbatesteket készíteni a konkrét anyaggal, rétegrenddel Jellemzők Az erősítő szálakat a termékgyártás során, kézzel itatjuk át a gyantával Legrégebbi Legegyszerűbb Legelterjedtebb Kis/közepes sorozatok, kb 1000-es darabszámig Egyszerűbb geometriák Alacsony szerszámköltség Kis beruházási igény Érzékeny a bérköltségre magas élőmunka igény Gélezés Ecsettel: két lépésben egymás után, közte hagyni tárhálósodniaz anyagot, amíg kézszáraz nem lesz. A két kenés iránya egymásra merőleges legyen. Szórás: egy lépésben (bár sokszor szükséges rájavítani) Szerepe: esztétika, UV és nedvesség előli védelem. Üvegszálas felület mikropórusainak lezárása. Alap további festéshez/fényezéshez

4 Az első réteg Puffer réteg, nyitó stb. Szerepe: jól kidolgozható, tartsa meg a gélt és adjon jó felületet. A gél zsugorodása még nem látványos, az első réteg viszont jelentős hatással van a szálátnyomódásra. Kompatibilizálás poliészter és epoxi között. Paplan esetén nem lehet vágott él, szövet esetén ne legyen roving szövet! Felhordása: Éles sarkaknál bevágni/alá gittelni szálas/mikroballonos/pamut szálas tixotropizált gyantával A sok gitt meghúzza a felületet! A túl dús laminát meghúzza a felületet! Kötés után csiszolás, a levegős részek feltárása Alá kell kenni, nem csak felülről impregnálni! Bonyolult termékeknél érdemes pontos szabásmintával dolgozni Az üveg és aramid szálak kellő impregnáláskor megváltoztatják a színüket, de a karbonhoz nagy gyakorlat/fejlettebb technológia kell. Sok réteget nagy exotermű gyantával egy lépésben nem szabad feltenni. Szerkezeti rétegek felhordása A magas száltartalomra kell törekedni, de ha nem kellően impregnáltak a szálak, akkor a szilárdság is csökken. Nagyon fontos a kigörgőzés! Különben sok a légzárvány. A laminálást bizonyos helyzetekben célszerű tépőszövettel zárni. Előnyei: jobb felületet ad, tisztán tartható a következő lépésig. Ragasztáskor könnyebb eldolgozni a rétegeket. Aranyszabályok: Poliésztergyanta esetén annak alacsony nyírószilárdsága miatt: Szövetet szövetre poliészterrel NE! Egy már kikeményedett rétegre további rálaminálást mindig paplannal kell kezdeni Vákuumozásés/vagy vinilészter, epoxihasználata esetén a fentiek nem érvényesek Szálszórás Jellemzők Gélszóró berendezéshez hasonló kétkomponensű szórógéppel a sablonra szórjuk a gyantát és a vágott szálat Termelékeny folyamat, nem kell az erősítő anyag szabásával bajlódni A kiszórt anyagmennyiség könnyen követhető, emiatt viszonylag jól reprodukálható termékek Akár robotizálva is szórható, ha az egyenletes minőség nagyon fontos Utólag kompaktálnikell, ami már kézi munka Hátránya, hogy csak rövid szálak alkotják a vázszerkezetet Hátránya, hogy nem irányíthatóaka szálak Vákuumzsák használata Az erősítő szálakat a termékgyártás során, kézzel itatjuk át a gyantával, majd egy zsák/fólia segítségével levákuumozzuk A kézzel laminált termékek minősége javítható vákuum használata esetén. Előnye: préselés akár 10 tonna/m2 Veszélye: szárazra lehet szívni a laminátot Fontos: a vákuumnak is terjednie kell. A levegő útját legjobban a gyanta zárja el, ezért ügyelni kell rá, hogy kellő vastagságú/szerkezetű legyen a levegőt vezető réteg Ha túl hamar megtelik a szívás környéke gyantával, a távolabbi részeken nem lesz kellő vákuum! Ha túl vastag a levegőt vezető réteg, átkerülhet ebbe a gyanta nagy része a laminátból. Vákuumzsák használata Vákuumozás segédanyagai Letépő szövet vagy fleece Perforált fólia Bleeder gyanta felszívó réteg. Vastagsága függ a felszívó képességétől, a termékben lévő gyanta mennyiségétől és az elérni kívánt száltartalomtól. Breather a levegő szállítása, a vákuum egyenletességének biztosítása a célja. Megfelelő Bleeder esetén nem szükséges, az is vezeti a levegőt. (Extrém esetben a bleeder és breather között egy lélegző fóliát, barriert használnak) Spirál cső Nyomásálló cső Csapok Csőidomok Bekötések, csőcsonkok Vákuumtömítő szalag Stb

5 Az erősítő szálakat a termékgyártás során szárazon helyezzük a sablonba, egy zsák/fólia segítségével levákuumozzuk, és a nyomáskülönbség hatására telik meg gyantával a szerszámüreg. Elrendezése Az erősítő rétegeket és a szendvics magot (nem méhsejt!!!) szárazon betesszük a sablonba, ideiglenesen összeragasztva Habmag esetén a hab perforálása (és esetleg gyantavezető csatornák kialakítása) szükséges Más maganyagok (pl. parafa, LantorSoricstb.) vezetik a gyantát A rétegekre letépő réteg kerül (szövet vagy fleece) Erre jönnek a technológiai rétegek: gyantavezető háló, csövek) Vákuumfóliával lefedjük a szerszámot, és a nyomáskülönbséggel a szerszámüregbe juttatjuk a gyantát. Nagyon jó mag/héj adhézió Tömör, jó minőségű laminát Alacsony szerszámköltség Feleslegesen sok gyanta használat a sok segédanyag miatt. Sok hulladék Forrás: Tipikus elrendezése A gyakorlatban A gyakorlatban A gyakorlatban

6 Light RTM vagy VARTM Vacuum Assisted Resin Transfer Molding Az erősítő szálakat a termékgyártás során szárazon helyezzük a kétoldalas sablonba, ahol a másik szerszámfél nem túl merev. Levákuumozzuk, és a nyomáskülönbség hatására telik meg gyantával a szerszámüreg. Light RTM vagy VARTM Vacuum Assisted Resin Transfer Molding Elrendezése Az erősítő rétegeket és a szendvics magot (nem méhsejt!!!) szárazon betesszük a sablonba Habmag esetén a hab perforálása (és esetleg gyantavezető csatornák kialakítása) szükséges Más maganyagok (pl. parafa, LantorSoricstb.) vezetik a gyantát Zárjuk a szerszámot, vákuum alá helyezzük A technológiai rétegek a szerszámba vannak beépítve Alacsony túlnyomással (és a vákuum segítségével) a szerszámüregbe juttatjuk a gyantát. Minimális gyantaveszteség Jól reprodukálható Termelékeny nál magasabb szerszámköltség Alacsony száltartalom RTM Resin Transfer Molding Az erősítő szálakat a termékgyártás során szárazon helyezzük a kétoldalas sablonba, ahol mindkét szerszámfél nagyon merev. Nagy túlnyomás hatására telik meg gyantával a szerszámüreg RTM Resin Transfer Molding Elrendezése Az erősítő rétegeket és a szendvics magot (nem méhsejt!!!) szárazon betesszük a sablonba Habmag esetén a hab perforálása (és esetleg gyantavezető csatornák kialakítása) szükséges Más maganyagok (pl. parafa, LantorSoricstb.) vezetik a gyantát Zárjuk a szerszámot Technológiai rétegek a magas nyomás miatt nincs szükség Magas túlnyomással a szerszámüregbe juttatjuk a gyantát. Minimális gyantaveszteség Nagyon jól reprodukálható Nagyon termelékeny Nagyon jó minőség Sorozatgyártásra alkalmas Nagyon magas szerszámköltség Az erősítő szálakat előre át vannak itatva nagyon lassú edényidejűgyantával, amelynek a gyors térhálósodása emelt hőmérsékleten megy végbe A fagyasztóból ki vell venni a prepreget, hogy szobahőmérsékletre melegedjen A teríték kiszabása után a hordozó réteget eltávolítjuk, majd a rétegeket elhelyezzük a sablonban, szükség esetén melegítéssel ragasztva egymáshoz Fontos a kompaktálása légzárványok kiküszöbölése miatt Hőkezelő kamrában vákuum alatt, vagy autoklávban túlnyomáson térhálósítható Fontos a felfűtési és nyomás rámpák betartása, mert a viszkozitás változását a nyomás változtatásával le kell kövtni Jellemzői Nagyon pontos száltartalom Nagyon jól reprodukálható Legjobb minőségű termék prepregből készíthető (legalacsonyabb tömeg) Sorozatgyártásra alkalmas Méhsejttel is használható Nagyon magas gépköltség, ha autoklávban térhálósítanánk Magas szerszámköltség (hőállóság) itt már a hőtágulás is komoly veszély Korlátozott beszerezhetőség/eltarthatóság, drága tárolás Belső légzárványok lehetnek csak komoly roncsolásmentes anyagvizsgáló berendezésekkel lehet kiszűrni

7 Forrás: aerospaceengineeringblog.com Gyantafilm infúzió Préselés, SMC, BMC Az erősítő szálakat és egy lassú edényidejűgyantafilmet a termékgyártás során szárazon helyezzük a sablonba, egy zsák/fólia segítségével levákuumozzuk. Hő hatására a gyanta viszkozitása leeseik, és impregnálás után térhálósodik kockázatai itt nem jelentkeznek Tömör, jó minőségű laminát Alacsony szerszámköltség A gyantafilm kezelése a prepreghez hasonlóan problémás Sok hulladék A gyantával átitatott szálat két oldalas présszerszámba helyezzük. A nagy nyomóerő hatására a gyantafelesleg távozik. Nagyon termelékeny, főleg fűtött szerszám esetén Kevés szélezési, finiselési munka Nagyon jó reprodukálhatóság Több tízezres darabszám egy szerszámból Nagyon drága szerszám Méretek korlátozottak, a géphez kell igazodni Köszönöm a figyelmet!