AMU efteruddannelse Kompendium Bådkomposit - enkle glasfiberemner (41390) - håndoplæg i åben form (41391 Erhvervsskolen Nordsjælland Januar 2011 1
Indholdsfortegnelse Kompositmaterialer 3 Harpiks/hærdeplast 3 Det tekniske datablad 4 Vinylester og Epoxy 6 Armeringsmateriale 7 Fibertyper 8 Sandwichlaminat 9 Kvalitets bådlaminat 12 Arbejdsforberedelse 13 Beregninger 14 Kontrol 15 Laminategenskaber 16 Værkstedskultur 17 2
Kompositmaterialer Ved betegnelsen kompositmaterialer forstås et materiale som er sammensat af 2 eller flere materialer som er forskellige fra hinanden, og som tilsammen danner et nyt materiale med egenskaber, som er forskellige fra deres egne egenskaber. Bådkomposit består typisk af en harpiks (polyester, vinylester eller epoxy) og et armeringsmateriale (glasfiber, kulfiber eller aramidfiber). Laminatet er oftest dækket af et lag gelcoat, dvs. polyester med farvepigmenter, som danner den udvendige beskyttelse mod sol og vand. De særlige krav der stilles til bådkomposit i forhold til andre kompositmaterialer er: - Modstandsdygtighed mod vandoptagelse og vejrbestandighed. - Lille deformation i forbindelse med efterhærdning. - Stor vedhæftningsevne mellem lag og til eventuelt kærnemateriale. Harpiks = hærdeplast Den typiske harpiks også kaldet matrix eller resin er en hærdeplast. Hærdeplast er i modsætning til termoplast en plasttype, som hærder efter tilsætning af en initiator (hærder), hvorefter plasten kun kan anvendes i den form som den stivner i. Termoplast kan ved opvarmning formes til nye emner og således genbruges. Hærdeplasten er formuleret fra producenten til et vist anvendelsesområde og en vis bearbejdningsform. Der findes harpiks til forskellige processer, f. eks. varmehærdende systemer, men vi skal her se på den mest almindelige proces, nemlig hånd-laminering i åben form. Til bådlaminater anvendes især harpikstyper som har en god modstand mod vandoptagelse og kemikalier (saltvand), f. eks. ISO-polyelster (isophtalsyrepolyester), vinylester og epoxy. 3
DET TEKNISKE DATABLAD Indholdet i det tekniske datablad brugsanvisningen varierer, men under alle omstændigheder giver det dig en mængde informationer om den harpiks du anvender. Sæt dig ind i betydningen af disse informationer. Brug dem. Respekter dem! Efterfølgende listes de mest almindelige informationer i et datablad for polyester/gelcoat som har betydning for kvaliteten af det laminat der skal produceres: Polyestertype: Polyester er en kombination af syre og glykol. Ofte er det syren som giver navn til polyesteren, f.eks. Ortophtalsyrepolyester, Isophtalsyrepolyester, men også andre typer kan nævnes (dicyclopendatien, neopentylglykol) Anvendelsesområde: kan være opgivet som håndoplæg, sprøjtestøbning, infusion etc. Viskositet: træghed i flydeevne. Lavviskos betyder tyndtflydende, højviskos betyder tyktflydende. Viskositeten har bl.a. betydning for evnen til at gennemvæde fibrene. Inhibitor: Stof, som forhindrer utilsigtet hærdning f. eks. ved lagring i længere tid eller ved høre temperaturer. Accelerator: Foraccellereret betyder at polyesteren er formuleret til at hærde ved stuetemperatur idet den er tilsat en såkaldt accelerator. Hvis den er uaccelereret skal accelerator tilsættes før tilsætning af hærder. Accelerator-tilsætningen kan variere i mængde og type, og der skelnes mellem højreaktiv, middelreaktiv og lavreaktiv alt efter hvor lang tid det tager før polyesteren stivner. Typisk anvendes en cobolt-salt som accelerator. Hærder: Der kan anvendes forskellige hærdesystemer, men oftest anvendes MEKP (Metyl Etyl Keton Peroxid) Tixotropisk: betyder at polyesteren er tilsat silica for at forhindre at den løber bort fra lodrette flader men i stedet gelerer en smule et stykke tid efter påføringen. Styrenafdampning: Af hensyn til arbejdsmiljøet har man ofte for at reducere afdampningen af styren tilsat polyesteren en paraffinopløsning, som efter påføring på emnet vil danne en hinde i overfladen. Gelcoat er ikke tilsat paraffin. Gennemhærdning/godstykkelse: Visse polyestere egner sig til forholdsvis tynde laminater, hvorimod de ikke vil være egnede til tykke laminater på grund af en høj varmeudvikling. Andre vil ikke hærde ordentligt ud, hvis ikke de lægges i en vis minimumstykkelse fordi der afdamper for meget styren til at udhærdningen kan blive total. Varmebestandighed: Lille varmebestandighed kan medføre trækninger og fiberaftegninger under hærdningen og ved opvarmning senere hen, f. eks. grundet sollys. 4
Overlamineringstid: Af hensyn til molekylebindinger mellem lagene bør man observere kortest mulige interval mellem overlaminering af hærdede lag. For lang tid vil give ringere vedhæftning, hvorimod kortest mulige tid vil give flest mulige interlaminare molekylebindinger. Grovslibning mellem lagene: anbefales altid ligesom aftørring af paraffin inden overlaminering. Arbejdstemperatur: Husk at polyesteren er formuleret til at hærde i stuetemperatur (20-23 o C), så de fleste kræver min. 15 og maks. 28 grader for at opnå et kvalitetslaminat. Lagring: Hærdeplast bør opbevares køligt og beskyttet mod sollys. Beholderen holdes lukket af hensyn til styrenindholdet. Under lagring kan gel- og hærdetid ændre sig. Producenten lover en begrænset holdbarhedstid. Omrøring: Af hensyn til eventuel bundfældning af indholdsstoffer (f.eks. paraffin) bør polyester omrøres jævnlig i beholderen inden den tappes for at tages i anvendelse. Vægtfylde: Opgives sædvanligvis ved både u-hærdet og hærdet tilstand. Styrenindhold: Ligger oftest mellem 40 og 50%. Kun en lille del af styrenen afdamper, resten reagerer med polyestermolekylerne og bliver en del af det faste materiale. For stor styrenafdampning nedsætter hærdeevnen og dermed kvaliteten af laminatet. Geltid: Tiden fra hærdertilsætning til polyesteren begynder at gelere. Oplyses sædvanligvis for et bæger med 100 g polyester i en given temperatur med en vis mængde hærder tilsat. Jo større mængde polyester jo kortere geltid på grund af varmeudvikling. Hærdetid: Tidsrummet fra gelningstidspunktet til varmeudviklingen er toppet. Afhænger af hærdermængde, temperatur og laminattykkelse. Hærdetiden kan f. eks. være oplyst som den tid der går før laminatet opnår en vis hårdhed, eventuelt udtrykt i Barcol-skalaen. Efterhærdning: Hårdhed og rest-styren er 2 udtryk for udhærdningsgraden. For meget reststyren kan være udtryk for manglende udhærdning og nedsætter styrken væsentligt. Det kan vare uger før emnet opnår den optimale hårdhed, men processen kan fremskyndes ved at hæve temperaturen under efterhærdningen. Hærdertilsætning: Følg fabrikantens anbefalinger for hærdertilsætning. Hærderen indgår ikke i de molekyler, som danner den hærdede polyester. For megen hærder nedsætter styrken og kan udvaskes og give adgang for vand, som igen reducerer styrken. Temperatur Max: Maksimal temperatur som opstår under hærdningen. Styrkeegenskaber i hærdet stand. Kan være oplyst uarmeret og med armering. I sidstnævnte tilfælde bør armeringstype og procent være oplyst for at gøre sammenligning mulig. 5
Varmebestandighed (HDT Heat Distortion Temperature). Den højeste temperatur polyesteren kan tåle under hærdeprocessen. Glasovergangstemperatur: Den temperatur hvor den hærdede polyester ændrer sig fra en fast sprød tilstand til en mere blød gummiagtig tilstand. Volumenkrymp: Angivelse af det procentvise svind under hærdningen, forårsaget af styrenafdampning og molekylernes tættere forbindelse. Barcol: Talmæssigt udtryk for hårdhed. Måles ved instrument, som presser en nål ind i laminatet. Jo dybere indtrængen desto lavere hårdhed. Jo højere Barcol-tal desto hårdere laminat. Sammenligning mellem polyester, vinylester og epoxy: Polyester Fordele Kendt let at anvende Vinylester Fordele Meget høj modstandsevne over for saltvand Bedre mekaniske egenskaber. Epoxy Fordele Høje mekaniske og termiske egenskaber Meget vandtæt Lille svind under hærdningen Meget god vedhæftning Mindre behov for udsugning Ulemper Styrenafdampning Moderate mekaniske egenskaber Svind under hærdningen Ulemper Efterhærdning ved forhøjet temperatur ønskelig. Højt styrenindhold ingen styrendæmper Svind under hærdningen Dyrere end polyester Ulemper Dyrest Kræver meget omhyggelig blanding Allergifremkaldende Efterhærdning ved forhøjet temperatur ønskelig 6
Armeringsmaterialer De mest almindelige armeringsmaterialer i bådlaminater er glasfiber, kulfiber og aramidfiber. Blandt glastyper skelnes mellem: E-glas oprindelig udviklet til elektronik. R- eller S-glas stærkere og stivere end E-glas. Kulfiber inddeles især i forhold til stivhed (elasticitetsmodul) og betegnes evt.: High strength (HS) Intermediate Modulous (IM) High Modulous (HM) Ultra High Modulous (UHM) Aramid omtales ofte som Kevlar og inddeles f. eks. i Kevlar 29 ballistisk kevlar til skudsikre emner Kevlar 49 konstruktionskevlar Materiale Fordele Ulemper E-glas Billigst Ingen særlige fortrin Vægtfylde R- og S-glas Gode allround egenskaber Vægtfylde Lidt dyrere end E-glas Kulfiber Let Stift Stærkt Ringe slagstyrke Dyr Aramidfiber Let Stor brudforlængelse Ringe kompressionsstyrke Dyr Lys- og fugtfølsom 7
Fibertyper Strands: Glasfiber produceres i lange tynde bundter kaldet Strands. Hugget måtte: Hvis strands klippes i korte stykker og limes sammen med en binder har vi den almindelige huggede måtte, til dagligt kaldet CSM eller chopped strand mat. Anvendes kun i forbindelse med polyester. Binderen kan være emulsion (vandopløselig PVAc lignende lim) eller pulverbinder (delvis hærdet polyester) Roving: Strands kan også samles i et bundt kaldet en roving-tråd, som kan have forskellig tykkelse og vægt. Væv: Roving tråde kan væves på forskellige måder. kan bl.a. inddeles efter - Vævemåde - Vægt - Tæthed - Formbarhed - Forskellige mængder fibre i de forskellige retninger Kombimåtte: Et væv med et påsyet lag hugget måtte for optimal vedhæftning mellem lagene. Hybridvæv: Væv bestående af 2 armeringstyper, f.eks. glas/kulfiber, glas/aramidfiber, kul/aramidfiber. Uni-directional: Betegnelsen for et lag fibre, som alle ligger i samme retning, på nær de enkelte fibre, som skal holde sammen på laget. Bi-axial, multi-axial: 2 eller flere lag uni-directional, som er lagt i hver sin retning, f.eks. 0-90 o, +-45 o, eller andre kombinationer. Finish: Glasfiber kan have forskellige typer primer kaldet finish, for at sikre optimal vedhæftning til enten polyester eller epoxy. Volanfinish til epoxy, silanfinish til polyester. Visse producenter har fælles finish til begge dele. Finish må ikke forveksles med seize, som er en overfladebehandling glastrådene tilsættes under produktionen for at lette håndteringen og som fjernes ved en varmebehandling inden finishen påføres. 8
Sandwichlaminat Især stivhed og bøjningsstyrke for et laminat kan forøges væsentligt ved at tilføre et distancemateriale i midten af laminatet. Alternativt kan man dimensionere laminatet så det opnår samme styrke med en lavere vægt. Distancematerialer: Træ: Skrog, dæk og ruf limet op af træ kombineret med en forhudning af laminat. Balsa er især blevet anvendt i dæk, men ses også i skrog. Balsa er et naturmateriale og som følge heraf kan vægten ikke angives præcist, men den ligger på ca. 130 kg/m 3. Leveres i rudeskårede plader. Skåret af endetræ, så fibre står lodret, hvilket giver forholdsvis stor styrke. 9
PVC-skum mest anvendte i dag i dæk og skrog. Består af opskummet PVC med 90% lukkede celler. Kan leveres i vægt på 25-400 kg/m 3, som plader, planker og rudeskåret i forskellige tykkelser. Honeycomb letvægts dørk og skotter. Ikke egnet til dæk og skrog. Ved produktion af sandwichlaminat skal man observere: - Kærnematerialet skal limes sammen med en lim, som er kompatibel til den harpiks der skal anvendes - Overflader skal holdes tørre, rene for olie, fedt og andre urenheder. - Ved polyesterlaminater opnås bedste kontakt mellem laminat og kærne ved CSM. - Kærnematerialets overflade suge nogen harpiks, så den skal vædes og have lov til at trække lidt inden fibre pålægges. 10
- Hvis der skal monteres beslag med blot en minimal belastning skal kærnematerialet erstattes med f. eks. krydsfiner eller aluminium i det pågældende område. - Ved skroggennemføringer og langs samlinger af komponenter bør kærnemateriale fjernes, så laminatet i dette område er massivt. - Skarpe kanter på kærnematerialet afrundes eller udspartles inden overlaminering. 11
Kvalitets bådlaminat kontrol under arbejdet Temperatur Såvel polyester som forme skal have arbejdstemperaturen inden laminering. Observer temperaturen under og efter lamineringen. Vær opmærksom på at efterhærdningen kræver lang tid, med mindre temperaturen hæves. Nedkøling bremser udhærdningen og gør det svært at få den i gang igen. Luftfugtighed. Bør være 60-80% relativ luftfugtighed. Blandingsforhold. Tilsæt kun den mængde hærder som angives i databladet. Materialevalg. Brug gelcoat og polyester af høj kvalitet (ISO). Brug pulverbunden måtte i yderste lag. Brug et armeringsmateriale i det yderste lag (spærrelag), som ikke laver fiberaftegning i gelcoaten, f.eks. filt eller hugget måtte (CSM). Brug armering med den rette finish til den valgte harpiks. Lagtykkelser. Gelcoat påføres normalt i 2 lag. Hvert lag skal være tilstrækkeligt tykt for at sikre udhærdning fordi der fordamper en vis del af styrenen. Anbefalet vådfilmtykkelse 0,4-0,5 mm pr. lag ved påføring med pensel eller rulle. Bemærk at et 0,5 mm gelcoatlag svinder ca. 0,125 mm under hærdningen. Gelcoaten kan evt. sprøjtes på i 1 lag. Laminat lægges med respekt for databladets anbefalinger. Armerings-%. Yderste lag bør have forholdsvis lav armerings-% for at være sikker på at måtten er gennemvædet og der ikke er luftindeslutninger. For CSM tilrådes 25% glas. Indre lag bør have optimal armerings-% for højeste styrke. For CSM 33%, roving væv 50%, UD 60%. Fiberorientering. Vær bevidst om fibrenes retning ved væv og UD. Overlamineringstid. Læg et program, så tiden mellem de enkelte lag bliver kortest mulig, så vedhæftningen mellem lagene bliver den bedste (interlaminare molekylebinding). Fjern paraffinhinde inden slibning og overlaminering. Efterhærdning. Lad emnet blive i formen til udhærdningen er tilstrækkelig. Vær opmærksom på, at total udhærdning først forekommer efter flere uger med mindre temperaturen hæves. Kontrol. Når emnet er afformet bør gelcoat og laminat kontrolleres. Evt. reparationer bør foretages snarest af hensyn til vedhæftning. 12
Arbejdsforberedelse inden laminering Form Temperering Materialer Råvarekontrol Værktøjer Rengjort, efterset og evt. repareret Samlet hvis den består af flere dele Vokset og tapet af Form og materialer har samme temperatur som lokale Gelcoat i ønsket farve Polyester Glas, udskåret, tilpasset og mærket Hærder Målebæger/vægt Lagertid Geltid/hærdetid Gelcoat farve Lammeruller Udluftningsruller Bøtter Pensler Rørepinde Kniv Rensevæske Personlige værnemidler Handsker Dragt l Maske Ventilation Planlægning 1. lag gelcoat 2. lag gelcoat 1. laminat Øvrige laminater. 13
Beregninger Mængde pr. m 2 Gelcoat pr. lag f. eks.: 0,4 mm = 0,4 liter = 480 g ved vægtfylde 1,2 0,5 mm = 0,5 liter = 600 g ved vægtfylde 1,2. Spærrelag, 25% armering, eksempel 300 g pulverbunden CSM = 25% 900 g ISO polyester = 75% Styrkelag, 33% armering, eksempel 300 g CSM = 33% 600 g polyester = 67 % 450 g CSM = 33% 900 g polyester = 67% Styrkelag, 45% armering eksempel 1250 g kombimåtte = 45% 1525 g polyester = 55% Opgaver 1) Beregn vægten af et laminat på 2½ m2, bestående af 0,8 mm gelcoat 300 g CSM spærrelag 1350 g CSM styrkelag 0,8 mm topcoat 2) Beregn tykkelse og vægt af dette sandwichlaminat. 14
Kontrol efter afformning: Visuel kontrol Gelcoat Farve Krakelering Udhærdning/hårdhed Pinholes Krymp Glans Fejl i formen Tykkelse Luftindeslutninger Laminat Farve Udhærdning/hårdhed Luftindeslutninger Polyestermangel eller overskud Sugninger Tykkelse Destruktiv kontrol Gelcoat tykkelse Laminattykkelse Glas-% Styrke 15
Laminategenskaber Et kompositlaminats egenskaber afhænger af: Valg af fiber: Valg af harpiks: Armerings-%: Fibrenes egne egenskaber Fibrenes samarbejde med den valgte harpiks Harpiksens egne egenskaber Klæbeevne til den valgte fiber Vejrbestandighed (Vand/lys) Andel af fibre i forhold til harpiks Armeringens geometri: Fiberlængde Fiberretning Udhærdning: Efterhærdning vigtig. Personen som udfører laminatet: Respekt for temperatur Rene overflader Tidsintervaller Blandingsforhold Omhu med at rulle luft ud. Osv. 16
Værkstedskultur i glasfiberværkstedet Affald: Sorteres i 3 typer 1. Glasfiber, herunder rester og udhærdede laminater. 2. Brændbart, alt hvad der kan brænde som ikke er Giftigt og som ikke indeholder glasfiber. 3. Giftigt, affald som bliver ved med at være giftigt, og kun det! Sendes til Kommunekemi. Husk: Polyester- og gelcoatrester, som er tilsat hærder stilles til udhærdning i arbejdsbordet, så er det brændbart dagen efter. Lammeruller: Pensler: Del med din sidemand. Efter brug tager du dem af skaftet og lader dem hærde i arbejdsbordet. Smid dem i brændbart affald dagen efter. Kan aftørres og renses i Poly-Solve og genbruges Ruller til udluftning: Renses grundigt og stilles i Poly-Solve efter brug. Renses i acetone ved fyraften. Rensevæske: Bøtter: Blanding: Oprydning: Renlighed: Brugt Poly-Solve og acetone hældes i dunk som bortskaffes via Kommunekemi. Hærdet polyester/gelcoat fjernes med håndkraft eller trykluft. Bøtter kan genbruges. Afvejning og blanding af hærder og resin foregår i blanderum under udsugning. Hver morgen ryddes op i arbejdsbord og værktøj checkes. Efter endt kursus ryddes op, fejes og støvsuges efter behov. Alle hjælper til. Lad være at tage på dørhåndtag o.a. med forurenede handsker. 17