technologie

Laminowanie ręczne, natryskowe, RTM i Infuzja

W jaki sposób przebiega laminowanie?

Laminowanie to jedna z najstarszych i zarazem najpopularniejszych technologii wytwarzania kompozytów polimerowych. Sam proces sprowadza się do trwałego łączenia kilku kolejnych warstw nośnika przy wykorzystaniu spoiwa, na które składa się polimer. We wcześniej przygotowanej formie układane jest zbrojenie (forma zostaje pokryta wcześniej środkiem rozdzielającym), które następnie pokrywa się żelkotem przy wykorzystaniu metody ręcznej lub natryskowej. Po wstępnym utwardzeniu żelkotu, nanosi się kolejne warstwy żywicy*, jakie przesącza się żywicą miękkimi i twardymi wałkami lub pędzlami.
* Żywicę miesza się wcześniej z utwardzaczem.

W zależności od projektu i spodziewanego projektu końcowego stosuje się różnego rodzaju żywice, w tym głównie żywice poliestrowe i epoksydowe. Ich wybór to wypadkowa oczekiwań co do wytrzymałości fizycznej oraz odporności chemicznej i cieplnej gotowego elementu. Laminowanie może przebiegać w temperaturze pokojowej lub podwyższonej (jako dodatkowe źródła ciepła wykorzystuje się tzw. promienniki podczerwieni), jednak nie wyższej niż 100° – 150° C.

Materiały zbrojeniowe wykorzystywane do laminowania

Przyjmuje się, że przy technologii laminowania ręcznego i natryskowego podstawowymi materiałami zbrojeniowymi są maty szklane, chociaż stosuje się także tkaniny szyte lub plecione oraz włókna:

  • węglowe
  • krzemowe
  • aramidowe

 

Dlaczego właśnie laminowanie?

Wyróżniamy przynajmniej kilka podstawowych argumentów, dla których stosowanie laminowania ręcznego i natryskowego jest uzasadnione.

Laminowanie ręczne i natryskowe to:

  • niskie nakłady finansowe szczególnie dla krótkich, jednostkowych produkcji,
  • niska bariera wejścia (relatywnie niski koszt uruchomienia produkcji),
  • odpowiednia technologia przy wyrobie prototypów
  • skrócony czas realizacji formy i samego modelu.

Poza tym laminowanie pozwala na wytwarzanie gotowych elementów o złożonych, nieregularnych kształtach oraz ponadprzeciętnych gabarytach.

Czym różni się laminowanie ręczne od natryskowego?

1. Sposób nakładania zbrojenia i żywicy

Różnice w wytwarzaniu elementów sprowadzają się do samego sposobu nakładania zbrojenia oraz żywicy. Do technologii laminowania natryskowego wykorzystuje się dedykowane aplikatory żywicy. Zbrojenie jest cięte automatycznie przez krajarkę wbudowaną w pistolet i natryskiwane na powierzchnię roboczą razem ze strumieniem żywicy lub na chwilę przed jej aplikacją.

2. Wydajność pracy i powtarzalność gotowych elementów

Z kolei laminowanie ręczne jest bardziej czasochłonne i nieco mniej precyzyjne (jakość odtworzenia każdego kolejnego elementu jest uzależniona od indywidualnych kompetencji specjalisty). Przy laminowaniu ręcznym przyjmuje się 0,5milimetrową tolerancję grubości, a wydajność pracy szacuje się na około 5 do maksymalnie 25 kilogramów wytwarzania laminatu na każdą 1 roboczogodzinę; laminowanie natryskowe jest średnio dziesięciokrotnie bardziej wydajne.

Uwaga: niezależnie od wybranej technologii (laminowania ręcznego lub natryskowego) laminat wymaga ręcznego odpowietrzenia.

RTM [inaczej: Resin Transfer Molding]

Czym jest technologia RTM?

RTM jest szczególną i wymagającą technologią wytwarzania kompozytów polimerowych, na którą składają się trzy pomniejsze podgrupy:

● RTM lekki (inaczej LRTM)
● RTM klasyczny
● RTM wspomagany próżniowo (inaczej: VARTM)

RTM wykorzystuje się do wytwarzania różnego rodzaju elementów, ale głównie w większych nakładach, co wynika z relatywnie wysokich kosztów uruchomienia produkcji.

W jaki sposób przebiega proces technologii RTM?

Proces sprowadza się do wtłoczenia mieszanki żywicznej do wcześniej przygotowanej formy, w jakiej układa się tzw. materiał przekładkowy i wzmocnienie. W zależności od spodziewanego efektu, w technologii RTM wykorzystuje się nie tylko ciśnienie, ale i podciśnienie, które pozwala na znacznie bardziej precyzyjne domykanie formy, co z kolei ułatwia przesycenie zbrojenia żywicą.

Dlaczego właśnie RTM?

Ze względu wysokie ciśnienie, RTM to technologia, za pośrednictwem której można osiągnąć znacznie lepsze efekty od tych, jakie zapewnia klasyczne laminowanie ręczne i natryskowe.

RTM wykorzystuje się przy produkcji elementów o najwyższym priorytecie, gdzie poza samymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi kluczową rolę odgrywa także efekt wizualny; gotowy element jest bowiem idealnie gładki po obu stronach powierzchni.

RTM zapewnia m.in.:

● niski koszt jednostkowy przy produkcji większych serii
● obniżoną emisję substancji chemicznych w pomieszczeniu roboczym
● precyzyjną powierzchnię wykończeniową po obu stronach
● maksymalne nasycenie zbrojenia żywicą
● uzyskanie wysokiej powtarzalności kolejnych elementów

Należy dodać, że sam proces wytwarzania kompozytów polimerowych przy wykorzystaniu RTM przebiega znacznie szybciej niż przy metodach kontaktowych, a także ogranicza zużycie materiałów, np. w porównaniu do laminowania ręcznego.

Infuzja żywicy

Gdzie wykorzystuje się infuzję żywicy?

Infuzja żywicy to jedna z najbardziej zaawansowanych technologii wykorzystywanych do wytwarzania kompozytów polimerowych. Stosowana od połowy lat 70. ubiegłego wieku infuzja znalazła swoje zastosowanie pierwotnie m.in. w przemyśle wojskowym oraz kosmicznym i przez wiele lat nie była obecna w tradycyjnym przemyśle.
Dzisiaj infuzja jest podstawową technologią, która pozwala na wytwarzanie bardzo precyzyjnych i wytrzymałych elementów wykorzystywanych do budowy elementów konstrukcyjnych samochodów osobowych i ciężarowych, pociągów, lekkich jachtów, a także elektrowni wiatrowych oraz wielu innych.

W jaki sposób przebiega infuzja żywicy?

Infuzja żywicy łączy łączy w sobie kilka innych, dobrze znanych technologii stosowanych do wytwarzania kompozytów polimerowych, a w tym m.in. metody stosowane przy RTM. Proces infuzji obwodowej rozpoczyna się do pokrycia formy żelkotem i przygotowania zbrojenia na sucho. W kolejnym etapie układana jest tzw. tkanina delaminacyjna oraz specjalna siatka, która ma za zadanie ułatwić swobodny napływ żywicy i przesączenie jej przez zbrojenie.
Po pomyślnym ułożeniu instalacji żywica zostaje zassana przez pompę i tłoczona między formę a worek próżniowy precyzyjnie pokrywając całą powierzchnię.

Żywice i zbrojenia stosowane przy technologii infuzji

Przy infuzji stosuje się przede wszystkim żywice:

● poliestrowe
● epoksydowe
● ortoftalowe
● winyloestrowe

Żywica powinna charakteryzować się obniżoną lepkością tak, aby nie utrudniała procesu przesączania zbrojenia i samego przepływu przez instalację. Samo zbrojenie może być w zasadzie dowolne, a w tym m.in. aramidowe, szklane i węglowe jednak z wykluczeniem typowych mat z włókien ciętych, które mogą skutecznie utrudniać swobodny napływ żywicy pod ciśnieniem.
Nie ma przeciwwskazań do stosowania pianek PUR/PU i PCV.

Dlaczego technologia infuzji żywicy?

Ze względu na charakterystyczny sposób przesączania żywicy pod wysokim ciśnieniem, infuzja żywicy pozwala na wytwarzanie laminatów o bardzo dobrych parametrach wytrzymałościowych. Stosowanie tej technologii jest uzasadnione także ze względu na wysoką optymalizację czasu uzyskiwania gotowych elementów o ponadprzeciętnych gabarytach.
Infuzja żywicy należy także do najczystszych technologii wytwarzania kompozytów polimerowych ze względu na ograniczenie emisji lotnych substancji chemicznych, jakie towarzyszą przede wszystkim przy procesach otwartych (m.in. laminowanie ręczne i natryskowe).

Ponadto – technologia infuzji żywicy pozwala na:

● uzyskanie wysokiej jakości elementu o powtarzalnej strukturze
● przyspieszenie procesów produkcyjnych elementów o dużych gabarytach
● ograniczenie deformacji kompozytu do minimum
● wyeliminowanie emisji szkodliwych środków chemicznych (styren), obniżenie ciężaru gotowego kompozytu w porównaniu np. do laminowania ręcznego
● wytwarzanie jednolitych kompozytów o podwyższonej wytrzymałości

Ze względu instalację, infuzja żywicy sama w sobie jest nadal relatywnie kosztowym (wysoki koszt uruchomienia produkcji) i dość skomplikowanym procesem. Stosowanie infuzji wymaga pewnej wprawy i doświadczenia praktycznego; niewłaściwie przygotowana instalacja może być powodem, dla którego zbrojenie nie zostanie przesączone w na całej powierzchni w 100%.