Wsparcie techniczne | Szczegółowe omówienie procesu formowania włókna szklanego metodą ręczną

                                           

I. Nanoszenie żelu powłokowego metodą natryskową i pędzlem

Aby poprawić i uatrakcyjnić stan powierzchni produktów z tworzywa włóknistego (FRP), zwiększyć ich wartość, chronić wewnętrzną warstwę FRP przed erozją oraz wydłużyć czas eksploatacji produktów, na powierzchni roboczej tworzyw często tworzy się warstwę żelową o wysokiej zawartości żywicy, zmieszanej z pastą pigmentową. Warstwa ta może być wykonana z czystej żywicy lub wzmocniona matą powierzchniową i nazywa się ją warstwą żelową (znaną również jako warstwa powierzchniowa lub dekoracyjna). Jakość warstwy żelowej ma bezpośredni wpływ na jakość wyglądu, odporność na warunki atmosferyczne, odporność na działanie wody oraz odporność na erozję przez medium chemiczne. Dlatego przy natrysku lub nanoszeniu warstwy żelowej należy zwrócić uwagę na następujące punkty:

(1) Podczas przygotowywania żywicy do warstwy żelowej konieczne jest dokładne wymieszanie, szczególnie przy stosowaniu pasty barwiącej. Nierównomierne mieszanie powoduje powstawanie plam i smug na powierzchni produktu, co nie tylko wpływa na wygląd, ale również obniża właściwości fizyczne. Dlatego należy w miarę możliwości stosować mieszanie mechaniczne, najlepiej mieszadło, które nie tworzy wirów, aby uniknąć wprowadzania powietrza.

(2) Warstwę żelową można nanosić pędzlem lub specjalnym pistoletem natryskowym. Podczas natrysku należy dodać 5-7% styrenu w celu regulacji lepkości żywicy i uzupełnienia styrenu utraconego podczas procesu natrysku.

(3) Grubość warstwy żelowej należy dokładnie kontrolować w zakresie 0,3-0,5 mm, zazwyczaj kontrolowaną przez masę warstwy żelowej zużytej na jednostkę powierzchni, czyli zużycie warstwy żelowej wynosi 350-550 g/㎡, co umożliwia osiągnięcie powyższych wymagań dotyczących grubości.

Grubość warstwy żelowanej powinna być odpowiednia: nie może być ani zbyt cienka, ani zbyt gruba. Jeżeli warstwa żelowa jest zbyt cienka, może nie ulec całkowitemu utwardzeniu, a włókna szklane znajdujące się pod warstwą żelową mogą zostać odsłonięte, co negatywnie wpływa na jakość wyglądu i uniemożliwia estetyczne oraz ochronne działanie na wyrobie z tworzywa wzmacnianego włóknem szklanym (FRP). Jeżeli warstwa żelowa jest zbyt gruba, istnieje ryzyko jej pękania i niskiej odporności na uderzenia, szczególnie niemożność wytrzymywania uderzeń od strony przeciwnej do strony produktu. Nierównomierne nanoszenie żelu może również łatwo spowodować powstawanie rys podczas demontażu, na skutek naprężeń w żywicy spowodowanych nierównomierną prędkością utwardzania się powierzchni.

(4) Żel powinien być nanoszony równomiernie, a jak najsilniej należy unikać lokalnego gromadzenia się żelu.

(5) Stopień utwardzenia warstwy żelowej należy odpowiednio kontrolować.

Najlepszym sposobem na sprawdzenie, czy warstwa żelowana jest odpowiednio utwardzona, jest metoda dotykowa: dotknij powierzchni warstwy żelowej czystym palcem. Jeżeli jest lekko lepka, ale nie kleista, oznacza to, że warstwa żelowa jest już w zasadzie utwardzona i można przystąpić do kolejnej operacji nakładania, aby zapewnić integralność warstwy żelowej i warstwy podporowej.

II. Ustalenie trasy technologicznej

Trasa technologiczna wiąże się z jakością produktu, jego kosztem, cyklem produkcji (efektywnością produkcji) oraz innymi czynnikami. Dlatego przed organizacją produkcji należy dokładnie poznać wymagania techniczne dotyczące eksploatacji produktu (środowisko, temperatura, ośrodek, obciążenie itp.), strukturę produktu, ilość produkcji oraz warunki budowy. Po analizie i przestudiowaniu można określić plan procesu wytwarzania. Ogólnie należy uwzględnić następujące aspekty:

(1) Zgodnie z wymaganiami dotyczącymi zastosowania produktu, należy racjonalnie dobierać materiały i składniki oraz metody układania.

(2) Wyznaczyć konstrukcję i materiał formy w zależności od kształtu geometrycznego produktu oraz ilości produkcji.

(3) Ustalić metodę utwardzania w zależności od warunków klimatycznych i pilności zadania.

III. Główne treści projektowania procesu technologicznego

(1) Dobrać odpowiednie materiały (materiały wzmacniające, konstrukcyjne oraz inne materiały pomocnicze) zgodnie z wymaganiami technicznymi produktu. Dobierając surowce, należy przede wszystkim wziąć pod uwagę następujące aspekty:
① Czy produkt ma kontakt ze środowiskiem kwaśnym lub zasadowym, w tym rodzaj, stężenie, temperaturę pracy i czas kontaktu.
② Czy występują wymagania dotyczące takich właściwości jak przepuszczalność światła czy trudnopalność.
③ W zakresie właściwości mechanicznych – czy obciążenie jest dynamiczne czy statyczne.
④ Czy istnieją wymagania szczelności oraz inne wymagania specjalne.

(2) Określenie struktury i materiału formy.

(3) Dobór środka separującego.

(4) Określenie receptury żywicy oraz systemu utrwalania.

(5) Zgodnie z podaną grubością produktu i wymaganiami wytrzymałościowymi należy określić typ, specyfikację, liczbę warstw oraz sposób układania materiałów zbrojących.

(6) Opracowanie regulaminu technologii formowania.

IV. Układanie warstw FRP

Układanie jest ważnym procesem w ręcznym procesie formowania. Należy zachować ostrożność przy obsłudze, aby zapewnić szybkość, dokładność, jednolitość zawartości żywicy, brak widocznych pęcherzyków powietrza, brak niedostatecznego przesiąknięcia, brak uszkodzeń włókien oraz gładką powierzchnię produktu, co zagwarantuje jakość produktu. Jakość ta w dużej mierze zależy od biegłości i postawy pracownika. Dlatego mimo że praca przy układaniu jest prosta, to uzyskanie dobrego produktu nie jest łatwe i należy do tego podejść z należytą powagą.

(Ⅰ) Kontrola grubości

Kontrola grubości produktów z tworzywa sztucznego wzmacnianego włóknem (FRP) to problem techniczny występujący zarówno w procesie projektowania, jak i produkcji metodą nagniatania ręcznego. Gdy znana jest wymagana grubość produktu, należy wykonać obliczenia pozwalające określić zawartość żywicy i wypełniacza oraz parametry i liczbę warstw materiałów wzmacniających. Następnie można obliczyć przybliżoną grubość według poniższego wzoru:

t＝(G1n1＋G2n2＋……)×(0,394＋0,909k1＋0,4×k1k2)

Gdzie:
t — obliczona grubość FRP (mm);
G1, G2 — masa powierzchniowa różnych rodzajów tkanin lub mat (kg/㎡);
n1, n2 — liczba warstw różnych rodzajów tkanin lub mat;
0,394 — stała grubości materiału bazowego włókna;
0,909 — stała grubości żywicy poliestrowej;
0,400 — stała grubości wypełniacza;
k1 — stosunek zawartości żywicy do zawartości włókna szklanego;
k2 — stosunek zawartości wypełniacza do zawartości żywicy.

(Ⅱ) Obliczanie dawki żywicy

Dawka żywicy w tworzywie wzmacnianym włóknem szklanym (FRP) jest ważnym parametrem procesu, którą można obliczyć dwiema poniższymi metodami:

(1) Obliczenie na zasadzie wypełnienia wolnych objętości, wyprowadzenie wzoru na zawartość żelu. Wystarczy znać masę powierzchniową i równoważną grubość tkaniny szklanej (grubość produktu odpowiadającą jednej warstwie tkaniny szklanej), aby obliczyć zawartość żelu w tworzywie FRP.

(2) Obliczenie poprzez ustalenie najpierw masy produktu, a następnie procentowej masy włókna szklanego:
① Powierzchnia produktu × grubość × gęstość tworzywa wzmacnianego włóknem = masa produktu;
Masa produktu × procentowa zawartość włókna szklanego = masa włókna szklanego;
Masa produktu － masa włókna szklanego = masa żywicy.

② Powierzchnia produktu × liczba warstw włókna szklanego × masa powierzchniowa włókna szklanego = masa włókna szklanego;
Masa włókna szklanego ÷ procentowa zawartość włókna szklanego = masa produktu;
Masa produktu － masa włókna szklanego = masa żywicy.

Ilość żywicy potrzebnej do nakładania można oszacować na podstawie masy włókna szklanego. Jeżeli stosuje się matę z poszczególnych nici, jej zawartość żelu jest zazwyczaj kontrolowana w zakresie 65-75%; jeżeli jako materiału wzmacniającego użyto tkaniny szklanej, zawartość żelu jest zazwyczaj kontrolowana w zakresie 45-55%, aby zapewnić jakość produktu.

(III) Nakładanie tkaniny szklanej

W przypadku produktów z warstwą żelową nie powinny być mieszane żadne zanieczyszczenia do żelu. Przed nałożeniem należy zapobiegać zanieczyszczeniu między warstwą żelową a warstwą podkładową, aby uniknąć słabego przylegania warstw, co wpływa na jakość produktu. Warstwę żelową można wzmocnić matą powierzchniową.

Podczas przechowywania należy zwrócić uwagę na impregnowanie włókien szklanych żywicą. Najpierw należy doprowadzić do przeniknięcia żywicy na całkowitą powierzchnię wiązek włókien, a następnie całkowicie zastąpić powietrze znajdujące się wewnątrz wiązek włókien żywicą. Istotne jest, aby pierwsza warstwa materiału wzmacniającego była całkowicie przesiąknięta żywicą i dokładnie scementowana, szczególnie w przypadku niektórych produktów, które będą używane w wyższych temperaturach. Złe przesiąknięcie i scementowanie pozostawi powietrze wokół warstwy żelowej, a to pozostałe powietrze rozszerzy się w wyniku ciepła podczas utrwalania i eksploatacji produktu, co spowoduje powstawanie pęcherzyków.

Podczas kładzenia ręcznego najpierw równomiernie nałóż warstwę przygotowanego żywicy na warstwę żelową lub powierzchnię formującą za pomocą narzędzi do kładzenia ręcznego, takich jak pędzle, szpachelki lub wałki impregnujące, następnie ułóż warstwę wyciętego materiału wzmacniającego (np. skośnych pasków, cienkiej tkaniny lub maty powierzchniowej), a następnie użyj narzędzi formujących, aby wyrównać i dobrze przygładzić, zapewniając ciasne przyleganie. Należy zwrócić uwagę na usuwanie pęcherzyków powietrza, aby w pełni przesiąknąć tkaninę szklaną. Nie nakładaj jednocześnie dwóch lub więcej warstw materiału wzmacniającego. Powtarzaj powyższe operacje, aż do osiągnięcia zaprojektowanej grubości.

Jeśli wymiary geometryczne produktu są dość skomplikowane, a w niektórych miejscach materiały wzmacniające nie chcą się dobrze położyć, a pęcherze powietrza są trudne do usunięcia, można użyć nożyczek, aby przyciąć te miejsca, umożliwiając lepsze przyleganie. Należy zwrócić uwagę, aby miejsca cięcia w każdej warstwie były przesunięte względem siebie, aby uniknąć utraty wytrzymałości.

Do wypełniania części o określonym kącie można stosować włókna szklane i żywicę. Jeżeli niektóre części produktu są stosunkowo duże, można je odpowiednio pogrubić lub wzmocnić żebrami w tych miejscach, aby spełnić wymagania użytkowe.

Ze względu na różne kierunki włókien w tkaninie, ich wytrzymałość również się różni. Kierunek ułożenia i sposób nakładania stosowanej tkaniny włókninowej powinny odpowiadać wymaganiom technologicznym.

(IV) Obróbka zakładu

Włókna w tej samej warstwie układania powinny być możliwie ciągłe, należy unikać przypadkowego cięcia lub łączenia. Jednak ze względu na ograniczenia, takie jak rozmiar i złożoność produktu, jest to trudne do osiągnięcia. Podczas układania można stosować układanie z zakładem, a zakładki poszczególnych warstw muszą być rozmieszczone w sposób przesunięty, aż do osiągnięcia wymaganej grubości produktu. Podczas układania należy stosować narzędzia, takie jak pędzle, wałki wełniane i wałki do usuwania pęcherzy powietrza, w celu nasycenia żywicą i usunięcia pęcherzy powietrza.

Jeśli wymagana jest duża wytrzymałość, aby zapewnić wytrzymałość produktu, dwie tkaniny należy nałożyć na siebie z zakładem o szerokości około 50 mm. W tym samym czasie zakładów poszczególnych warstw należy jak najbardziej możliwe rozstawić w sposób przesunięty.

(V) Nakładanie maty z krojonych włókien

Podczas stosowania maty z krojonych włókien jako materiału wzmacniającego, najlepiej używać rolek do impregnacji w różnych specyfikacjach, ponieważ rolki do impregnacji są szczególnie skuteczne w usuwaniu bąbelków powietrza z żywicy. Jeśli takie narzędzia nie są dostępne i do impregnacji trzeba użyć pędzli, należy stosować metodę kroplową do nakładania żywicy; w przeciwnym razie włókna mogą się pomieszać i przesunąć, co spowoduje nierównomierne rozłożenie i różną grubość. Dla materiałów wzmacniających ułożonych w głębokich wewnętrznych narożnikach, jeśli trudno dopasować je szczelnie za pomocą pędzli lub rolek do impregnacji, można je wygładzić i docisnąć ręcznie.

Podczas nakładania należy nanieść klej na powierzchnię formy za pomocą wałka do nakładania kleju, następnie ręcznie ułożyć wycięte kawałki maty na formie i je wygładzić, a następnie ponownie zastosować klej za pomocą wałka do kleju, przesuwając wałek tam i z powrotem, aby zapewnić pełne przeniknięcie kleju żywicznego w matę. Następnie użyj wałka do usuwania pęcherzy z klejem, aby wycisnąć znajdujący się w macie klej na powierzchnię i usunąć pęcherze powietrza, po czym ułóż drugą warstwę. W przypadku obszarów narożnych, matę można ręcznie rozrywać, aby ułatwić owinięcie, zachowując zakład około 50 mm między dwiema warstwami maty.

Wiele produktów może również wykorzystywać naprzemienne metody nakładania maty z tasiemki i tkaniny szklanej. Na przykład łodzie wędkarskie produkowane przez różne japońskie firmy wykorzystują tę naprzemienną metodę, co jak się podaje, pozwala uzyskiwać produkty o dobrej wytrzymałości.

(VI) Nakładanie wyrobów o dużej grubości ścianki
Produkty o grubości mniejszej niż 8 mm można formować jednoetapowo, natomiast produkty o grubości przekraczającej 8 mm powinny być formowane wieloetapowo. W przeciwnym razie, zła odprowadzalność ciepła podczas utwardzania może spowodować przypalenie i wypalenie produktu, co wpłynie na jego właściwości. Dla produktów formowanych wieloetapowo, podczas drugiego układania należy usunąć zadziory i pęcherzyki powstałe po pierwszym ułożeniu i utwardzeniu, zanim przejdzie się do dalszego nakładania kolejnej warstwy. Ogólnie zaleca się, aby grubość jednorazowego formowania nie przekraczała 5 mm. Oczywiście istnieją również żywice o niskim wydzielaniu ciepła i niskiej skurczliwości, które zostały opracowane specjalnie do formowania produktów o grubych ściankach i pozwalają osiągnąć większą grubość przy jednorazowym formowaniu.