Produkcja kompozytów z użyciem worka próżniowego

Przedstawiamy metodę produkcji kompozytów z użyciem worka próżniowego. Łączy ona w sobie cechy ręcznego laminowania i prasowania ciśnieniowego w formach zamkniętych. Dzięki niej możliwe jest stworzenie mechanicznego docisku kompozytu w czasie jego utwardzania.

Do głównych zalet omawianej technologii należy możliwość usuwania powietrza zamkniętego pomiędzy warstwami laminatu, zagęszczenie udziału zbrojenia w laminacie zwiększające wytrzymałości, lepsza zwilżalność włókien zbrojenia i uśrednienie struktury laminatu, a także redukcja emisji szkodliwych substancji lotnych podczas utwardzania laminatu oraz izolacja powierzchni laminatu od otaczającego powietrza. T ostatnia właściwość przekłada się na lepsze dotwardzenie laminatu i eliminację kontaktu żywicy z wilgocią zawartą w powietrzu.

Prezentowana metoda umożliwia zastosowanie prawidłowo wykonanych form używanych w procesach laminowania ręcznego. Istotnym parametrem jest tutaj wielkość wyrobu i stopień jego skomplikowania. Stanowi to podstawę do projektu struktury worka próżniowego. Mimo występujących wielkich sił dociskających, konstrukcja form nie wymaga specjalnych wzmocnień, gdyż siły te są równoważone i nie powodują deformacji form. W ramach realizacji projektu dużą uwagę trzeba zwrócić na zaprojektowanie właściwej półki uszczelniającej o szerokości 10-15 cm, na której przy pomocy specjalnej taśmy uszczelnia się membranę worka próżniowego. Warto wiedzieć, że technologia produkcji kompozytów z użyciem worka próżniowego nie jest zbyt trudna.

Jak dokładnie krok po kroku wygląda produkcja kompozytów z użyciem worka próżniowego?

Zacząć należy oczywiście od systemu próżniowego. Pierwszym zadaniem, które stoi na drodze stworzenia prawidłowego systemu worka próżniowego jest konieczność wyboru pompy próżniowej o wysokiej jakości. Może to być pompa tłokowa, wirnikowa, membranowa lub inżektorowa.

Ta ostatnia pompa jest rozwiązaniem przeznaczonym głownie do tych zakładów, w których znajduje się sprężarka. Dzięki zasilaniu powietrzem pompy inżektorowe mogą być stosowane w strefach, gdzie występuje ryzyko wybuchu.

Dobór pompy jest zależny od rozmiaru formy, żądanej szybkości tworzenia próżni i ostatecznego podciśnienia. Mniejsze pompy mogą zazwyczaj uzyskiwać żądany poziom próżni również w dużych systemach jednak dużo dłużej trwa tam otrzymanie zadanego poziomu.

Jeżeli pompa nie osiąga nominalnej próżni w czasie krótszym niż 5-8 minut to prawdopodobnie jest za mała. Podstawą do doboru prawidłowej pompy jest powierzchnia formy, którą należy otoczyć workiem próżniowym. Usuwając największą możliwą ilość powietrza spod worka tuż przed jego uszczelnieniem i zastosowaniem próżni, można znacznie zredukować czas pracy pompy. Warto tez zdawać sobie sprawę, że w ramach budowy systemu próżniowego zaleca się stosowanie manometru lub manometru z regulatorem. Niekiedy jest to nawet niezbędne. Jest tak gdyż manometr pozwala na wizualne wykrywanie nieszczelności. Dodatkowo dokładnie pokazuje narastające podciśnienie podczas operacji, które można dokumentować.

Rejestracja danych przemijającego czasu w każdym poziomie próżni pomaga dokładnie powtarzać proces produkcji. Zastosowanie próżni przy produkcji laminatów poliestrowych wymaga bezwzględnie wykorzystania manometru ze względu na nieprzekraczalne wartości podciśnienia. Najkorzystniejszym pomiarem podciśnienia próżni jest pomiar przez manometr, wskazujący podciśnienie wewnątrz worka. Jest to szczególnie pomocne w sytuacji gdy worki pracują na zmiennych poziomach próżni.

Jak wygląda struktura budowy worka próżniowego?

Laminat nieutwardzony ułożony metodą ręczną na formie negatywowej zamykany jest wielowarstwową powłoką worka próżniowego. Pierwszą warstwę, którą jest materiał delaminacyjny należy więc ułożyć tak, aby przylegała ona w każdym miejscu do mokrego laminatu. Kolejną warstwę stanowi folia oddzielająca, zwykle perforowana. Są wprawdzie systemy, w których folia tego typu stanowi pierwszą warstwę, a materiał delaminacyjny nie jest stosowany, ale należą one do mniejszości.

Folia musi szczelnie pokrywać całość powierzchni. W miejscach trudno dostępnych, głębokich przetłoczeń powinna być ona luźno ułożona, aby zagwarantować właściwy docisk w każdej części powierzchni. Jeżeli powierzchnia laminatu jest większa od dostępnej szerokości folii, to należy miejsce łączenia wykonać na zakładkę. Omawiana opcja warstwy oddzielającej jest uzależniona od oczekiwanej powierzchni wyrobu, udziału żywicy w laminacie i specjalnej tekstury powierzchni.

Jeżeli uzyskana tą metodą powierzchnia laminatu będzie malowana lub pokrywana kolejną warstwą laminatu, to należy stosować materiał delaminacyjny, który po utwardzeniu laminatu i zerwaniu tworzy oczekiwaną powierzchnię. Jeśli natomiast oczekujemy powierzchni gładkiej, wówczas można wyeliminować materiał delaminacyjny i stosować tylko folię oddzielającą.

Specyfika zaistniałej sytuacji polega na tym, że folia perforowana odbierze nadmiar żywicy, natomiast nie perforowana zatrzyma żywicę w laminacie. Kolejna warstwa worka to materiał przepuszczalny oddychający i jednocześnie odbierający nadmiar żywicy. Jej głównym zadaniem jest równomierny rozkład próżni wzdłuż całej powierzchni worka próżniowego. Różnicowanie grubości (wielowarstwowość) warstwy przepuszczalnej oddychającej w trudno dostępnych miejscach formy, krawędziach, narożnikach wewnętrznych itp. umożliwia zwiększenie podciśnienia i wzrost efektywnego docisku worka. Należy pamiętać również o powiększeniu grubości tej warstwy pod podstawą wentyla odciągającego powietrze z worka. Zazwyczaj potrójna warstwa chroni przyłącze przed przyklejeniem się do elementu. Ostatnią warstwę stanowi właściwa membrana próżniowa z zamontowanym wentylem i opcjonalnie złączem do odczytu podciśnienia.

Wyróżnia się trzy główne sposoby założenia worka próżniowego.

Pierwszy z nich polega na tym, że forma z mokrym laminatem umieszczona zostaje w worku próżniowym. Worek w formie rękawa jest uszczelniany po założeniu wentyla na dwóch krawędziach specjalną taśm. Jeżeli wyrób z formą jest większy, to można wykonać rękaw z folii przez sklejenie trzech krawędzi.

Druga metoda stosowana jest wtedy, gdy wyrób jest dużo większy. Należy wówczas rozważyć położenie folii tylko na górnej powierzchni formy i uszczelnianie jej taśmą bezpośrednio na kołnierzu formy. Forma przygotowana do pracy tą metodą powinna posiadać gładką półkę uszczelniającą o szerokości 10-15 cm. Bardzo ważne jest takie ułożenie worka, aby jego powłoka przylegała do każdego punktu powierzchni laminatu, gdyż to właśnie ta warstwa zapewnia oczekiwany docisk laminatu.

Ostatnia z istniejących - metoda worka próżniowego umożliwia również naprawy miejscowe laminatów w konstrukcjach o specjalnych, wysokich parametrach wytrzymałościowych np. powłoki płatów samolotowych. W takim przypadku pole działania ogranicza się taśmą uszczelniającą i stosuje się wszystkie wcześniej wymienione operacje założenia worka próżniowego.

Prezentowany tekst jest streszczeniem materiałów opracowanych i prezentowanych przez C-L sp. z o.o.