| Kot | Дата: Суббота, 17.12.2011, 15:52 | Сообщение # 1 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 98
Статус: Offline
| 1. Основные понятия
СТЕКЛОПЛАСТИК
Система из стеклянных нитей, связанных реактопластами (необратимо твердеющими смолами).
МЕХАНИЗМ ПРОЧНОСТИ
Адгезия между единичным волокном и полимером (смолой).
Основные задачи для усиления адгезии:
- тщательная очистка поверхности волокна от аппрета и загрязнений.
- удаления адсорбированной воды с поверхности волокна.
- тщательная пропитка стеклоткани связующей смолой.
- удаление воздуха из композита.
ПРОЧНОСТЬ
Зависит от процентного соотношения волокна и связующего. Максимальная прочность достигается при 60-и процентах волокна в композите, но получить такое наполнение в домашних условиях без применения специальных технологий нереально. Требуется нагрев и высокое давление.
АППРЕТЫ
Вещества, используемые в производстве волокна и материалов из него.
Транспортный аппрет (полиэтиленовые воски, парафин) наносится в процессе производства волокна или стеклотканей и для предотвращения расслаивания при транспортировке и технологических операциях. Проверить наличие этого аппрета достаточно просто. Поднесите кусок стеклоткани к зажженой газовой комфорке и неторопливо нагревайте. Если пошел белый дым и запахло парафином - аппрет есть и его надо удалить. Для изготовления композитов в промышленности используется стеклоткань марки СТФ (стеклоткань формовочная), она не пропитывается ничем. Цвет кремовый, есть небольшая шершавость. Если стеклоткань белоснежная и гладкая - пропитка есть однозначно. Если ткань пропитана парафином, то по одному её краю вплетают цветную нить.
Технологические (адгезионные) аппреты используются для увеличения адгезии смолы к волокну, но их применение в домашних условиях затруднено. На заводе можно заказать стеклоткань, пропитанную аппретом для конкретного связующего, но адг. аппреты быстро разлагаются на воздухе и время хранения таких тканей ограничено.
ПОЛИМЕРЫ (смолы)
Связующее вещество. Существуют 3 основных типа смол, применяемых при производстве стеклопластика: эпоксидные, полиэфирные и винилэфирные.
ПОЛИЭФИРНЫЕ СМОЛЫ.
Основное и единственное преимущество – крайняя дешевизна. В остальном полностью оправдывают свою цену. Плохая адгезия, сильная усадка, сильная фильтрация воды и высокое содержание вредных веществ. Да еще и воняют. Клеят более-менее только стекловолокно. Если надо сделать что-то быстро, без особых требований к прочности и водоскойкости - подойдет.
Сильная усадка приводит к возникновению сильных внутренних упругих напряжений в полученном композите, к образованию микротрещин и, как правило, к короблению тонких изделий большой площади. Коробление незначительно, но на обработанной гладкой поверхности появляются вполне заметные блики. Композит на этой основе страдает осмотическим пузырением, если его не покрыть защитным слоем эпоксидной смолы.
ВИНИЛЭФИРНЫЕ СМОЛЫ.
Смесь полиэфирных и эпоксидных смол. Повышенная адгезия к поверхности волокна. Усадка при отверждении умеренная, но за счет повышенной прочности микротрещины не образуются. Водостойка в разумных пределах. Минусы - сложность приготовления смеси, вредный стирол, зависимость от температуры. Использовать для приготовления стеклопластика в домашних условиях не рекомендуется.
ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ. (это наше!)
Основа смолы - диглицидиловый эфир бисфенола А. Отвердители, применяемые с эпоксидной смолой - полиамины. Недостаток отвердителя в силу химических процессов, происходящих при полимеризации, приводит к уменьшению прочности смолы в обычных условиях (при комнатной температуре).
Эпоксидные смолы прочнее полиэфирных, обладают незначительной усадкой и более высокой термостойкостью. Идеально подходят для изготовления точных форм. Минусы - медленная полимеризация и высокая стоимость.
Эпоксидная смола может использоваться в качестве защитного слоя, обладает низким водопоглощением (<0.5%).
Для изготовления композитов рекомендуется использовать смолы ЭД20 или ЭД6, в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин, ПЭПА. Не забывайте, смола хранится не более 6 месяцев с момента изготовления, полиамид - не более 3 месяцев (к импортным смолам не относится).
Смолу в бутылочках покупать не стоит, она с добавлением дибутилфталата. Купите сразу несколько литров смолы высшего качества и отвердитель (10% от этого объема) в специализированной фирме.
Не рекомендуется замешивать более 200-250 гр. смолы, иначе смесь разогреется и застынет мгновенно. Охлаждение смолы и прочие методы понижения температуры в больших объемах не работают, тут зависимость площадь/объем. Если необходимо максимально задержать полимеризацию большого количества смолы, используйте емкости большой площади. Протвень, например. В холодной воде.
Время отверждения до 60-80% прочности - 24 часа. Можно считать, что максимальную прочность смола набирает через 72 часа. На самом деле процесс идет несколько недель. Обрабатывать и нагружать раньше, чем через 72 часа не рекомендуется. При низкой температуре (<12град) смола может вообще не схватится. Реакция начнется, если ее подогреть.
Если между отверждением слоя и наклейкой следующего прошло больше 72-х часов, поверхность необходимо промыть водой от аминной пленки, обезжирить и зашкурить.
Перемешивать, перемешивать и еще раз перемешивать. Хотите сделать хорошую деталь - мешайте эпоксидку. Заливаем медленно, помешивая, отвердитель. Мешаем...мешаем... не забываем плоским шпателем снимать смолу со стенок и дна. Дали постоять 5-7 минут. Снова перемешали.
Смолу после смешивания надо избавить от пузырьков воздуха. Это, к сожалению, обязательная процедура, если вы хотите получить качественное изделие. Для вакуумирования в домашних условиях можно сделать простое приспособление: металлическая пластина с приклееным с одной стороны резиновым кольцом нужного диаметра (от камеры) и закрепленным посередие ниппелем от бескамерного диска без начинки. В качестве источника вкауума - ручной автомобильный насос с перевернутым поршнем. В шланг насоса, в разрез (замените на потолще) вставляется кусок работающего автомобильного ниппеля со спиленной шляпкой (зафиксируйте хомутиками).
Процедура откачки - емкость с замешанной смолой поставьте в емкость с ровным верхним краем, закройте изготовленной крышкой, присоедините шланг от насоса и сделайте несколько качков. Процесс исхода пузырьков контролируется визуально. Постарайтесь найти емкость с максимальной площадью поверхности, чтобы избежать нагрева смолы.
ТИКСОТРОПЫ (ЗАГУСТИТЕЛИ)
В качестве тиксотропной добавки (смола теряет текучесть и становится желеобразной) применяется аэросил. Количество добавки определяется экспериментально, по желаемому результату. В среднем от 1-й чайной до 2-х столовых ложек на 200-300 гр. (1-2 грамма аэросила). Продается в 10-и килограммовых мешках, хватит на всю жизнь. Перед добавлением аэросил обязательно просушить в печке или термофеном для удаления влаги. При применении тиксотропных добавок желательно уменьшить количество отвердителя (-2-3%) и использовать подогрев детали для полного схватывания смолы.
ПЛАСТИФИКАТОРЫ
Делает готовую смолу пластичной (в небольших пределах).
Внимание! Дибутилфталат не добавлять! Ядовит и потихоньку испаряется из смолы и пластичность исчезает.
В качестве пластификаторов можно использовать эпоксидные смолы ДЭГ-1, ТЭГ-1, 5-10%.
Или касторовое масло, от 1/4% до 1%.
Если вы-таки решитесь добавлять дибутилфталат, учтите, что в промышленном производстве его добавляют в подогретую до 50-60 град. смолу при постоянном перемешивании в течение 2-3 часов.
РАСТВОРИТЕЛИ
Ортоксилол, ксилол, денатур. спирт. Добавляется в необходимом количестве. Добавление растворителя отрицательно сказывается на прочности композита и увеличивает усадку, постарайтесь не злоупотреблять им. Смола при использовании растворителя становится пористой. 5% растворителя - 60% снижения вязкости и 35% снижения прочности. Лучше применять тепловой способ снижения вязкости для лучшей пропитки, холодная смола на нагретую поверхность.
НАПОЛНИТЕЛИ
Вообще сыпать можно всё, что под рукой, например, сушеных муравьев или мелкие древесные опилки, но это больше подходит для изготовления артефактов или корпусов сабвуферов. В нашем случае влага в материале недопустима и рекомендовать к применению можно следующие материалы:
Алюминевая пудра - позволяет скрыть стеклосетку и уменьшить усадку и, соответственно, деформацию верхнего слоя. Применяется только в поверхностных слоях. Добавляется в количестве 20-40% объема смолы, до консистенции сметаны. Прочность смолы уменьшается. Цвет получается грязно-серый.
Двуокись титана - всё как с алюминием, но дает белый цвет. Удобно, когда надо красить изделие в светлые тона.
Активированный уголь - добавление размолотых в кофемолке таблеток активированного угля окрашивает готовый композит в благородный черный цвет. Прочность эпоксидки немного уменьшается, поэтому использовать лучше в финальный слоях.
Вот что получается с углем
Все наполнители перед засыпкой обязательно прогреть или прокалить прогреть, чтобы избавиться от влаги.
Стекломатериалы
Стеклоткань или стеклорогожа, какую найдете. На рынке иногда появляются препреги, листы стеклоткани, пропитанные смолой с недостатком отвердителя, их необходимо положить под пресс и нагреть, получится стеклопластик. В домашних условиях малоприменимы, не покупайте.
Стекломаты
Не рекомендуется. Связующее в стекломате - на стирольной основе, т.е. стекломаты предназначены для использования с полиэфирными смолами. Эпоксидные смолы не растворяют стирол, мат качественно не пропитывается.
2. Подготовка к работе
Как и при любой операции склеивания важно обеспечить максимальную чистоту склеиваемых поверхностей, т.е. тщательное обезжиривание (удаление аппрета) и удаление адсорбированной воды. Существует 2 способа подготовки волокна:
Химический.
В первом случае аппрет или жировые загрязнения вымываются из материала растворителями (бензин БР2, ксилол, толуол или их смеси). Ацетон не рекомендуется, т.к. он связывает атмосферную влагу и вызывет "намокание" поверхности волокон. Данный способ не удаляет влагу из материала.
Термический.
Для обезжиривания и одновременного обезвоживания применяется нагрев волокна до температуры 300-400 градусов и выдержка в течение 6-8 часов. В любительских условиях можно использовать самодельное устройство в виде трубы доступного диаметра и длины и ТЭН-а на подходящую температуру. Подготовленная стеклоткань наматывается на ТЭН и помещается в трубу. Небольшие количества материала можно обработать строительным феном.
Можно отжигать ткань при температуре 130-150 град в течение 2-3 часов. Этот способ удаляет только аппрет, влага удаляется частично. Для любительского использования вполне подходит.
Использовать материал необходимо сразу, т.к. волокно быстро адсорбирует влагу из воздуха.
Удаление аппрета и сушка - необходимые и обязательные условия для получения качественного композита. Если кто-то утверждает, что можно клеить без этих операций - плюньте ему в лицо 
3. Подготовка формы.
Материал формы должен отвечать двум требованиям: не давать усадки при застывании и легко обрабатываться. Можно делать формы из стеклопластика, но это долго и дорого. Оптимальным решением является применение современных штукатурных материалов. Они легко обрабатываются в застывшем состоянии, хорошо пропитываются укрепляющими составами, не дают усадки и при нанесении на исходную форму не стекают с нее даже на вертикальных поверхностях.
Как делать саму форму - вопрос отдельный. Можно воспользоваться оригинальной деталью, сделав с нее форму для тиражирования, можно выклеить деталь с нуля (например, бампер для машины). Материалов и технологий для этого огромное количество. Важные моменты: в первую очередь продумайте элементы крепления детали (кронштейны, опорные плоскости). Их желательно сделать из металла. Конструкция и расположение крепежных элементов надо продумывать очень тщательно, с учетом возможности формирования ответных частей в изделии в процессе выклейки детали по созданной матрице. Затем к этим элементам крепится несущее основание формы из толстой фанеры, к примеру. Если вы делаете бампер, то основания должны быть как минимум снизу и сверху. Чем больше, тем лучше. Затем между горизонтальными основаниями закладываются вертикальные лонжероны, формирующие форму бампера. Вся эта конструкция хорошо проклеивается полиэфиркой с армированием швов для обеспечения жесткости. Промежутки в "сотах" заполняются мелкоструктурной нерасширяющейся (!) строительной пеной. Если использовать расширяющуюся пену, деталь может "повести", когда вы снимете ее с машины. Для выклейки ответственных частей (воздухозаборы, сложные элементы) лучше использовать плотный пенопласт. Когда грубая форма готова, переходим к чистовой обработке. Поверхность шпаклюется (можно применять автомобильные шпаклевки или строительные), шлифуется, устраняются неровности и блики. Фактически подготовка поверхности формы ничем не отличается от подготовки под покраску. Используются те же материалы и технологии. После окончательной отделки форма обязательно покрывается "разделительным слоем".
Рекомендую активно использовать шаблоны для соблюдения симметрии, применять "базирование" - т.е. неподвижно закреплять машину (на треножниках, строго горизонтально) и использовать пол в качестве базы, отмеряя от него высоты, шаги шаблогов и горизонтали.
Будем считать, что форму мы сделали. Теперь надо по этой форме сделать матрицу.
Для наших целей хорошо подходит штукатурка "ротбанд" для грубых заполнений и ветонит для тонкой отделки. Минусы - долго сохнут, плюсы - не дают усадки и прекрасно обрабатываются. Для армирования на больших формах используйте обычную штукатурную сетку (синтетическую).
После застывания формы и устранения дефектов форма пропитывается следующим составом:
эпоксидная смола с отвердителем - 40%, ксилол - 60%. После полимеризации поверхность формы можно отполировать.
Если вы планируете делать форму с большого изделия (бампер, например), позаботтесь о дополнительной фиксации формы (подставка или короб). Короб можно сделать из брусочков и листовой фанеры (оргалита), готовую форму закрепить в раме с помощью нерасширяющейся (!) пены, пенопласта или алебастра. Не забывайте о доступе к отверстиям для подачи сжатого воздуха (см. ниже).
Для успешного отделения готового композита от формы необходимо покрыть ее тонким "разделительным слоем", который не имеет адгезии ни к материалу формы, ни к готовому композиту. Наиболее подходит для этого водяной раствор поливинилового спирта (20 грамм на литр воды, консисенция густого сиропа). Раствор наносится пульверизатором и после застывания образует на поверхности формы гладкую эластичную пленку. В качестве разделительного
слоя можно использовать различные воски (обязательно проверяйте совместимость, иначе есть шанс потерять и форму и изделие, особенно с использованием растворителей) и силиконовый вазелин "КВ".
Для облегчения отделения готового изделия от формы рекомендуется предусмотреть в форме ниппель или несколько отверстий для подключения сжатого воздуха. Во время выклейки дырочки заклеиваются тонким скотчем, после полимеризации смолы в них подается струя сжатого воздуха, изделие мгновенно отделяется от формы.
Высоту формы по краю можно сделать миллиметров на 5 больше, чем высота оригинального изделия, чтобы после полимеризации всех слоев ровно в размер срезать хвосты ткани.
4. Выклейка формы.
Полоски смолы пропитываются эпоксидкой на стекле, излишки смолы удаляются резиновым скребком, полоска укладывется в форму и прикатывается резиновым роликом. Излишки смолы удаляются, воздушные пузыри "выкатываются" роликом или прокалываются иголкой. Укладывать куски одного
слой в нахлест не обязательно, достаточно совместить торцы и удалить излишки клея. Размер кусков выбирается по месту и удобству выклейки и прикатки.
При укладке стеклоткани рекомендуется поворачивать каждый слой на 45 град. относительно предыдущего.
Если необходимо получить толстый композит (быстро набрать толщину) используется следующая технология: первые несколько слоев из плотной и хорошо прикатанной стеклоткани, полимеризация, потом набор толщины с помощью стеклорогожи, полимеризация ,затем снова несколько слоев плотной стеклоткани. Стеклорогожу также рекомендуется укладывать с поворотом 45 град. на слой.
На любых этапах постарайтесь максимально избавится от излишков клея, т.к. они уменьшают прочность готового изделия.
Если нужно сделать объемное изделие или нужна большая толщина, можно использовать пенопласт и другие вспененные материалы в качестве наполнителя. Проверьте только, не растворяется ли пенопласт смолой.
Внутренние элементы формы и крепежная арматура.
Часто необходимо предусмотреть в готовом изделии различные крепежные элементы. Как вариант, можно использовать металлические детали из алюминия или титана. Сталь, нержавейку и другие металлы применять не рекомендуется.
Технология подготовки алюминия и его сплавов: деталь обезжирить растворителем, протравить в кипящей смеси стиральной соды и стирального порошка или в горячем 5% растворе едкого натра или калия, высушить, нагреть до 300-400 град. После остывания вклеивать как можно быстрее.
Установка внутреннего усилителя отверстия
Деталь покрыть очень тонким слоем силиконового герметика (ацетатной группы, должен пахнуть уксусом (например, КЛТ75), прижать к нему хорошо отожженный кусок стеклоткани, чтобы она прилипла, но герметик не должен пропитать стеклотань. Через 20 минут смочить ткань смолой без отвердителя и клеить остальные слои как обычно. Соединение вибро- и термо-стойко, устойчиво к агрессивным средам и морозу.
Ребра жесткости и выступающие внутрь элементы крепления.
Несущие нагрузку ребра можно делать из стеклотекстолита, содрав с него слой фольги. Поверхность зашкурить и обезжирить. Ребра устанавливаются после укладки 3-4 слоев стеклоткани, после полимеризации и в процессе работы оклеиваются как основная форма. Быстро зафиксировать ребра можно суперклеем. Для прочности можно положить несколько дополнительных слоев вокруг ребра. Ненагруженные ребра можно делать из плотного пенопласта, нерастворимого в смоле.
Углы
Иногда необходимо сделать ребро жесткости или внутренний угол по краю изделия. Сформировать такой угол в процессе подготовки формы возможно, но вот вытащить изделие из формы не получится. Такие детали формы делаются съемными. Например, у вас в бампере есть воздухозаборное отверстие, которое необходимо изнутри закрыть сеткой.
Вакуумизация.
Из полученного "пирога" необходимо удалить воздух и излишки смолы. Процедура примерно следующая. После укладки стеклоткани форма плотно накрывается тонким полиэтиленом с множеством маленьких дырочек (сложите кусок полиэтилена несколько раз и проткните насквозь иголкой с шагом 2-5 см.). Поверх полиэтилена укладывается слой прошитого ватина (продается как утеплитель на строительных рынках) или любого пористого нетканного материала. Сверху покрывается слоем полиэтилена, края которого которого герметизируются на форме пластилином или скотчем. Для равномерного отсоса воздуха по контуру изделия прокладывается тонкая (3-5 мм.) веревка. Подается вакуум и изделие остается под ним до конца полимеризации. Важно! Тщательно удаляйте излишки смолы при укладке слоев, иначе изделие в процессе полимеризации нагреется, смола станет текучей и ватная прокладка высосет эпоксидку из изделия.
5. Всякие хитрости.
-Для ускорения полимеризации смолы деталь можно нагреть теплым воздухом или ТЭН-ом.
-При выклейке больших плоскостей уменьшайте количество отвердителя и применяйте нагрев детали. Это поможет избежать коробления детали.
-Работать лучше в перчатках.
-Всегда имейте запас растворителя для промывки инструмента и емкостей.
-Если вы не уследили и в застывшем слое обнаружился пузырь воздуха - сошлифуйте стеклоткань дремелем и приклейте заплатку. Пузыри воздуха постепенно разрушают изделие.
-Если на поверхности образовалась раковина или трещинка, залейте ее смолой и заклейте скотчем, выровняв поверхность пальцем или прижав упругую форму. После застывания удалите скотч.
|
| |
| |
