Støbning af Glasfiberarmeret Polyesteremner Udd. Nr. 45436 Uddannelsens indhold Efter gennemført uddannelse kan deltageren anvende grundlæggende materiale- og proceskendskab til støbning af mindre emner og udføre håndlaminering af plane og ukomplicerede mindre emner med gel- og topcoat under anvendelse af gængse armeringsmaterialer. Deltageren kan desuden opbygge simple sandwichkonstruktioner. Deltageren kan udføre planlægnings- og beregningsopgaver herunder opmåle og skitsere emner, udarbejde laminatbeskrivelse, beregne glasprocent og materiale forbrug. Deltageren kan visuelt og med egnet laboratorieudstyr gennemføre kontrolopgaver på råvarer og glasfiberarmerede polyesteremner fagligt og kvalitetsmæssigt korrekt. Endelig kan deltageren medvirke ved daglig form-vedligehold og kan med formplejemidler vedligeholde støbeforme, før, under og efter støbning. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 1
Indholdsfortegnelse STIKORD... 3 MATERIALELÆRE... 5 INTRODUKTION TIL KOMPOSITTER... 5 MATRIX (RESIN)... 5 POLYESTER... 6 STYREN... 7 HJÆLPESTOFFER... 8 INITIATOR (HÆRDER)... 8 GELCOAT... 10 PÅFØRING AF GELCOAT... 11 ARMERINGSMATERIALER... 12 GLASFIBER... 13 FIBRENES FORARBEJDNING... 16 KERNEMATERIALER... 22 FORMPLEJEMIDLER... 24 VÆRKTØJ... 26 HÅNDVÆRKTØJ... 26 AFRENSNING AF VÆRKTØJ... 28 SKÆRE- OG SLIBE VÆRKTØJ.... 29 VALG AF KORNSTØRRELSE... 30 FORMVÆRKTØJ... 31 EPOXY FORME... 31 AFFORMNING... 31 BEREGNING... 34 MATERIALESKEMA POLYESTER... 37 LAMINATOPBYGNING... 38 MASSIV LAMINAT... 38 KONTROL... 42 GELCOATEN... 43 DESTRUKTIV PRØVNING... 43 ORDFORKLARING... 44 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 2
Stikord A A glas... 15 Accelerator... 8;44 Aerosilpulver... 10;24 alkohol... 7 Aramid/Glas... 19 Arealvægt... 16;38;41 B Balanceret væv... 44 Balza træ... 22 biaxial... 20;21 Blære... 44 Blødgøringstemperatur... 7;8;44 Brudforlængelse... 7;8 C C glas... 15 colemanite... 13 CSM Chopped Strand Mat... 16 CSM måtter... 16 D D glas... 15 dibasisk syre... 7 E E glas... 15 Elefanthud... 11 Emulsionsbunden måtte... 17;38;41;44 engangssprøjter... 26 Epoxy forme... 31 EPS... 23 exotermvarme... 9 F Fiskeøje... 44 Fiskeøjne... 11 Fleksibelt gelcoat... 10 forestringen... 7 Fyldstoffer... 10;24 Færdigvarekontrol... 42 G Geltid... 42;44 Gennemslag... 11 Glasfiber flock... 16 Glossmaster... 43 H Hard points.... 24 HDT... 8;44 Hjælpestoffer... 8;10 Honeycomb... 23 Hugget måtte... 16 I inhibitor... 7 Initiator... 8;44 Isoftalsyre... 7 Isoftalsyregelcoat... 10 K kalksten... 13 kaolin... 13 Kemikalieresistens... 8;31 Krymp... 7;8 Kul/Aramid... 19 Kul/Glas... 19 Kæde og skud... 16 Køperbinding... 18 L Lagertid... 42 M Matrixbrud... 44 Micro-ballon... 24 Miljø forbedrende additiver... 9 Monomer... 44 N Neopentylgelcoat... 10 NPG-gelcoat... 10 O organisk syre... 7 Ortoftalsyre... 7 Ortoftalsyregelcoat... 10 Overlamineringsinterval... 39 P Paint scope.... 43 Pinhole... 45 Potlife... 45 Presse måtte... 17 Pressemåtte... 16 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 3
Proceskontrol... 42 Pulverbunden måtte... 17;38;41;45 PUR skum... 22 PVC skum... 22;31;41 Q quadroaxial... 20;21 R R og S glas... 15 Retningsorientering... 16 Roving garn... 16;17 Roving tråd... 16;17 Råvarekontrol... 42 S Sandwich laminat... 40;41 Satin... 18 sealer... 25 Slipmidler... 25 Stabilisatorer og inhibitorer... 8 Syet måtte... 17 Syet roving... 16;19;20 T Talkum... 24 Tex værdi... 16 tixotropi... 10;24 Tixotropi... 8 triaxial... 20;21 Tryk/trækstyrke... 7;8 Twill... 18 U UD væv.... 19 V Vandoptagelse... 7;8 Vinylester... 7;10 Vinylesterbaseret gelcoat... 10 Viskositet... 42 Visuel kontrol... 42 Vlies... 16;17 Vævede hybrider... 19 Vævet roving... 16;17 vådfilmsmåler... 38 W wipe on, wipe of... 25 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 4
Materialelære Introduktion til kompositter Glasfiberarmeret umættet polyester hører til den gruppe af hærdeplaster der benævnes kompositmaterialer. Umættet polyester er i sig selv uegnet som konstruktionsmateriale idet det er ret sprødt og har en ringe trækstyrke. Polyesteren skal derfor forstærkes, og til dette er tynde fibre af glas det mest anvendte. Kompositmateriale består af: Matrix (resin) + Armeringsmateriale Umættet polyester til at lime fibrene sammen, optage tryk-belastningen, og holde fibrene på plads. Glasfibre til at bære træk belastningen. Tilsammen kaldet glasfiberarmeret umættet polyester forkortet til GUP. I praksis er det opbygget som lag af glasfiber-måtter der lamineres sammen med polyester, og det kaldes derfor også et glasfiberlaminat. Et sådant glasfiberlaminats egenskaber er derfor helt afhængig af en række faktorer: Hvilke egenskaber har den anvendte matrix? Hvilke egenskaber har det anvendte armeringsmateriale? Hvordan er fordelingen mellem matrix og armeringsmaterialer i laminatet? Hvor god er forarbejdningen / håndværket under fremstillingen? Hvor optimal er den kemiske hærdeproces forløbet? Det er således nødvendig med en grundlæggende forståelse for disse forhold for at fremstille et godt laminat, der lever op til de ønskede specifikationer. Hærdeplast/Termoplast Den anvendte matrix til et glasfiberlaminat, vil som regel være en hærdeplast af typen: UP Umættet polyester EP Epoxy plast Disse plastmaterialer forarbejdes ved at blande to eller flere komponenter, hvorved der startes en kemisk proces. Denne proces skal sammenkoble de molekylekæder som plast materialerne består af, således at der opstår et tredimensionelt netværksstruktur, og plastmaterialet overgår fra flydende til fast form. Denne proces kaldes en hærdeproces. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 5
En hærdeplast er altså kendetegnet ved, at den forarbejdes kemisk, således at sammenkoblingerne eller tværbindingerne ikke kan opløses igen. Dette betyder derfor også, at hærdeplast materialer ikke kan genanvendes. Termoplast: Plastmaterialer som f.eks.: PE = Polyethylen PVC = Polyvinylchlorid PS = Polystyren osv er termoplaster, som forarbejdes ved hjælp af opvarmning og efterfølgende afkøling i en form eller i et værktøj. Disse plast materialer indeholder ikke tværbindinger og kan opvarmes eller smeltes igen og igen, hvilket betyder at termoplast materialerne kan genanvendes. Polyester Polyester er den ældste og mest kendte matrix, og specielt inden for bådbygning er den gennem tiden blevet kendt for produkter som joller, lystbåde, redningsbåde og erhvervsfartøjer. Det har bredt sig til andre industrier, specielt producenter af vindmøller og køletrailere bruger polyester i stort omfang. I den kemiske reaktion, hvor en base reagerer med en syre, produceres der et salt. Overført til den organiske kemi vil en reaktion mellem Skematisk oversigt over forestringsprocessen 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 6
en alkohol og en organisk syre producere ester og vand. Ved at benytte en speciel alkohol - en glykol i en reaktion med en dibasisk syre, produceres polyester og vand. Der kan yderligere tilsættes forbindelser med mættede dibasiske syrer og krydsbundne monomerer, som indgår i den basale polyesterfremstilling. I praksis fremstilles en bred vifte af forskellige typer polyester, der alle er sammensat af forskellige syrer, glykoler og monomerer - med meget varierende slut egenskaber. Figuren nedenfor viser polyesterens generelle struktur. Bemærk estergrupperne og de reaktive steder på molekylekæden. Disse reaktive steder betyder også at der her er tale om en umættet polyester, hvor dobbeltbindingerne, ved en tilsætning af en hærder, kan reagere med et andet stof. Styren De fleste polyestertyper har en høj viskositet. Ved tilsætning af helt op til 50 % styren nedsættes viskositeten og polyesteren bliver lettere at bearbejde. Styrenen er en monomer som hører til gruppen organiske opløsningsmidler og virker som en fortynder; men samtidig skal styrenen medvirke aktivt i hærdeprocessen, hvor polyesteren dannes og molekylekæderne krydsbindes i en tredimensionel gitterstruktur, uden der dannes nogen form for biprodukter. Polyester har en begrænset lagringstid, den vil i løbet af nogen tid hærde eller gelere. Polyesterproducenten vil derfor tilsætte små mængder inhibitor for at nedsætte denne reaktion. Tværbunden (hærdet) polyester Afhængig af hvilke glykoler, mættede syrer og umættede syrer der anvendes til forestringen, giver det polyester med forskellige egenskaber. Disse polyestertyper er tit navngivet efter hvilke glykoler eller syrer der er anvendt. Ortoftalsyre polyester også kaldet standard polyester. Isoftalsyre polyester også kaldet ISO polyester Vinylester Polyesters egenskaber Når man sammenligner forskellige typer af polyester og epoxy, vil man bruge de materialetekniske egenskaber som udgangspunkt. Uhærdet polyester Mekaniske egenskaber: Tryk/trækstyrke Brudforlængelse Blødgøringstemperatur Krymp Kemiske egenskaber Resistens overfor syrer og baser Vandoptagelse 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 7
Tryk/trækstyrke Ifølge standardiserede målemetoder kan værdier for tryk, træk og forskydningsstyrke, bruges som sammenligning for de enkelte materialers egenskaber. Brudforlængelse Brudforlængelsen er et udtryk for hvor elastisk materialet er, og som hovedregel skal matrix være mere elastisk end de fibre den skal armeres med, for at undgå brud / krakeleringer i matrix. Brudforlængelse måles i %. Blødgøringstemperatur Blødgøringstemperaturen eller HDT er et udtryk for hvor varmebestandigt materialet er. Over den angivne blødgørings temperatur vil materialets mekaniske egenskaber falde voldsomt. Krymp Hærdesvind eller krymp opgives i vol. % og opstår under hærdningen, hvorved materialet trækker sig sammen. Kemikalieresistens Alle hærdeplaster har forskellige kemikalieresistente egenskaber, og disse kan sammenlignes i leverandørernes tabeller. Vandoptagelse Vandoptagelse eller vandabsorption angiver hvor meget vand et prøvestykke af matrix optager, når det er nedsænket i vand i et givet tidsrum. Hjælpestoffer Stabilisatorer og inhibitorer Tilsættes polyesteren, dels for at give polyesteren den ønskede lagerstabilitet, og dels for at justere på geltiden. Accelerator For at indstille geltid og hærdetid til de ønskede værdier og for at hærdningen kan foregå ved normal værkstedstemperatur (koldhærdning), er det nødvendig at tilsætte en eller flere acceleratorer. I de fleste tilfælde en 1 % cobolt opløsning eller en dimethylanilin (DMA). Hvis en polyester forhandles uden tilsætning af accelerator vil emballagen som regel være mærket u/acc. Initiator (hærder) Hærderen som tilsættes går under forskellige navne: Initiator, katalysator, peroxid og hærder, som alle er en fællesbetegnelse for hærder. Den mest almindelige hærder, er methyl ethyl keton peroxid forkortet til MEKP, og derudover findes der en mængde hærdere med forskellige egenskaber. Disse hærdere er yderst reaktive og kan under forkert opbevaring eller brug let selvantænde. De forhandles derfor i en fortyndet udgave, en 50 % opløsning i et flegmatiseringsmiddel som virker nedsættende på brandrisikoen. Man skal være opmærksom på, at hærder og accelerator under ingen omstændigheder må komme i direkte kontakt med hinanden, da der derved opstår en eksplosiv blanding. Forholdsreglerne er at opbevare hærder og accelerator adskilt. Ved brug blandes/omrøres acceleratoren omhyggeligt i polyesteren, før hærderen tilsættes og omrøres. Tixotropi En polyester er tixotrop hvis den er tyktflydende (høj viskositet) når den er i ro, og efter omrøring bliver tyndtflydende (lav viskositet). Det vil sige, at under anvendelse (udrulning eller påsprøjtning) er den tyndtflydende, men kort tid efter den er påført genvinder den sin høje viskositet, og kan dermed blive hængende på skrå eller lodrette flader. Denne egenskab opnås ved at tilsætte nogle få procent aerosil-pulver. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 8
Miljø forbedrende additiver Flere typer af polyester beregnet til håndoplæg, er tilsat et voksagtigt additiv som har den egenskab, at den, så snart polyesteren er i ro lægger sig på overfladen, og dermed begrænser styren afdampningen, indtil polyesteren er hærdet. Disse polyestertyper forhandles under navnet miljø-polyester eller LSE polyester. (Low Styrene Emission) Hærdeprocessen Hærdningen af en polyester starter ved at tilføre en for-accelereret polyester den korrekte mængde hærder. Den første reaktion er at inhibitoren (som jo skal forhindre hærdningen) skal neutraliseres. Det bruges der 0,5 til 0,75 % af hærderen til, og derefter starter den egentlige hærdeproces. Resten af hærderen aktiverer dobbeltbindingerne i polyesterkæderne og i styrenmolekylerne så de åbnes, og der dannes tværbindinger. Hastigheden øges med mængden af accelerator. Selve hærdningen er en exoterm proces, hvilket vil sige at processen, hver gang den laver en tværbinding, afgiver en smule varme. Denne exotermvarme, opvarmer den omkringliggende polyester som dermed danner endnu hurtigere tværbindinger, og denne proces fortsætter, til alle mulige tværbindinger er lavet og hærdningen er færdig. Exoterm varmeudvikling i polyester 80 70 Exotermtop Temperatur 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Geltid Hærdetid Tid x 10 min 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 9
Gelcoat Et glasfiberlaminat bliver meget hurtigt nedbrudt hvis ikke det bliver beskyttet mod kemikalier, fugt og ultraviolet lys. Det er derfor vigtigt at både forside, bagside og skærekanter af laminatet lukkes med gelcoat. Gelcoaten anvendes som det første lag der lægges i formen, inden den egentlige laminat støbning påbegyndes. Der afsluttes også med gelcoat Gelcoatens funktion: Beskytter det bagved liggende laminat mod vand- og fugtindtrængning. Beskytter mod kemisk nedbrydning af emnet. Beskytter emnet mod ultraviolet belysning. Giver emnet den ønskede farve og finish. Giver emnet en glat og ensartet overflade som letter rengøring og vedligehold. Giver emnet en slidstærk overflade. Der stilles således forskellige krav til gelcoaten, og for at imødekomme disse krav tilbyder råvare -producenterne forskellige typer gelcoat med forskellige egenskaber. En gelcoat indeholder: Polyester Styren Farvepigment Fyldstoffer Aerosilpulver (tixotropi) Hjælpestoffer til hærdeprocessen UV stabilisator Additiver Da den største del af gelcoaten er polyester, er det som hovedregel polyesterens kvalitet, der er afgørende for gelcoatens egenskaber. Ortoftalsyregelcoat Tidligere var gelcoat baseret på ortoftalsyre polyester (standard polyester) den mest anvendte, men på grund af dens begrænsede egenskaber, bruges den i dag kun til emner hvor der stilles minimale krav. For eksempel emner der anvendes indendørs, emner der efterfølgende skal lakeres, osv. Isoftalsyregelcoat Isoftalsyregelcoat er baseret på isoftalsyrepolyester, som i forhold til standard polyesteren giver en god kemikaliebestandighed, større slagstyrke og en højere blødgøringstemperatur. Det er den mest anvendte gelcoat. Neopentylgelcoat Forkortet som NPG-gelcoat er baseret på en neopentylglykol modificeret polyester. Denne type udemærker sig især ved at optage meget lidt vand (vandabsorbtion) og er derfor velegnet til emner der til stadighed bliver udsat for vand. For eksempel både, vandtanke, swimmingpools, badeværelsesudstyr, osv. Vinylesterbaseret gelcoat Vinylester bruges også som basispolyester i gelcoat. Dette giver nogle særdeles gode egenskaber hvad angår kemikaliebestandighed overfor stærke syrer og baser, og blødgørings-temperaturen kan være meget høj. Vinylester gelcoat anvendes til formbygning, kemikalietanke og tanke til rensningsanlæg, osv. Den anvendes ofte farveløs da farvepigmenter forringer kemikaliebestandigheden. Fleksibelt gelcoat Anvendes der en polyester der har en stor brudforlængelse, (elasticitet) bliver resultatet en gelcoat, der er mere elastisk og derfor mere modstandsdygtig overfor revnedannelser i forbindelse med trækbelastninger og vibrationer. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 10
Påføring af gelcoat Gelcoat påføres med pensel eller airless (luftløs) opsprøjtning i en lagtykkelse på 0,6 til 1 mm. For at opnå den ønskede lagtykkelse, beregnes gelcoat forbruget til emnet inden påføringen, og under påføringen kontrolleres med en vådfilms måler. Under påføring er det vigtigt at opnå en ensartet lagtykkelse, idet for tykke lag giver risiko for pinholes, og for tynde lag risiko for underhærdning. Fejl i gelcoat Gelcoaten giver overflade og beskyttelse på vores emne, men overfladen ses først ved afforming. Derfor er det vigtigt at formoverfladen er i orden inden gelcoat påføres. Ingen matte steder / voksrester. Formen skal have korrekt temperatur. Slipmiddel eller voks og temperaturen i lokalet skal være min. 18 grader, luftfugtighed under 80 %. Gelcoaten omrøres så farvepigmenter og styren blandes, da det vil lag inddeles under oplagering. Under påføring bruges en vådfilms-måler for at sikre korrekt lagtykkelse. Bliver den for tyk får vi løbere, og exoterm varmen vil blive for stor. Derved risikerer vi at få sugninger (coaten krymper og slipper formen) eller der kommer pinholes, små luftlommer som ikke når ud af coaten inden geltid. Ved sprøjtning kan for høj tryk, eller det at pistolen holdes for tæt på formoverfladen, også give pinhols. Elefanthud Der er rynker, krater i gelcoaten. Gelcoaten har ikke været ordentlig hærdet inden påføring af næste lag coat eller polyester.ved berøring må coaten ikke smitte af i farve men gerne være klisteret nappe. Gennemslag Fiber aftegninger ses gennem coaten. Gelcoaten har ikke været ordentlig hærdet inden oplægning af første lag af glas dog højst 24 timer. Undgå roving måtter ud mod gelcoat, brug huggede måtter, ønskes en fin overflade anvendes en vlies i første lag derefter huggede måtter. Fiskeøjne Små runde huller eller steder uden gelcoat kan skyldes uren værktøj eller voksrester i form. Slipmidler skal have lov til at hvile efter påføring Se leverandør brugsanvisninger. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 11
Topcoat Som afsluttende lag på et laminat bruges topcoat. Topcoat er i sit indhold identisk med gelcoat, hvor der er tilsat 3 5 % voksopløsning, også kalde nostick. Påføring som gelcoat, eventuelt i en mindre lagtykkelse. Ønsker man at påføre i to lag, skal 1. lag være gelcoat, og kun det sidste lag topcoat, idet vokslaget i topcoaten gør, at der ikke kan lægges nye lag ovenpå uden mellemslibning. Armeringsmaterialer Armeringsmaterialet er de fibre som frem for alt skal give laminatet trækstyrke og stivhed. Det er derfor disse egenskaber der sammenlignes ved valg af armeringsmateriale. I tabellen herunder er de mest anvendte armeringsmaterialer og deres egenskaber, sammenlignet med mere traditionelle materialer. Materiale Trækstyrke N/mm² Stivhed Gpa Vægtfylde Kg/m³ Pris Træ 100 10 500 Aluminium 600 70 2700 Stål 2000 200 7800 Glasfiber 1060 35 1900 Aramidfiber 1400 65 1400 Kulfiber 1300 170 1600 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 12
Glasfiber Det flydende glas fremstilles ved at blande mineralske produkter (sand, kaolin, kalksten og colemanite) og varme det op til 1600 C. Det smeltede glas passerer gennem en digel med millimetertynde huller, og trækkes derefter til en diameter fra 5 til 24 m samtidig med, at det afkøles. Fibrene, eller filamenterne som de også kaldes, overfladebehandles med en size eller appretur for, at sikre vedhæftning til matrix og beskytte dem mod slid under den videre forarbejdning. Fibrene samles til en tråd, der enten kan være sammenpresset tråd eller en roving (løst samlet) Til sidst spoles fibrene og tørres i en ovn. Skematisk fremstilling af glasfiber. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 13
12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 14
Ved at variere sammensætningen af råvarer kan der fremstilles forskellige glastyper, hvor kun de her nævnte har interesse som armeringsmateriale: A glas (alkali) - højt alkaliindhold - ligesom almindeligt vinduesglas. Almindeligvis erstattes det af andre typer. E glas (elektrisk) - lavere alkali indhold og stærkere. God træk og kompressionsstyrke og stivhed. Gode dielektriske egenskaber og relativ lav pris. C glas (kemisk) - Bedste modstand overfor kemisk påvirkning, hovedsageligt anvendt til overfladevæv. D glas (dielektrisk) - Bedste dielektriske egenskaber. Disse glasfiber-filamenter samles på følgende måder: Tråde (strand) - er et sammenpresset bundt / tråde af parallelle fibre, som anvendes til Chopped Strand Mat, også kaldet hugget måtte, men trådene kan også videreforarbejdes til glas-flock eller vævede / syede produkter. Roving - er et løst sammensat bundt af usnoede fibre eller tråde. Hvis det er en samling af fibre kaldes det en direct roving, og hvis det er en samling af tråde en assemblet roving. Garn er sammensat af tvundne (snoede) fibre. Fiberdiameteren og antal af fibre kan variere meget. R og S glas - Højere trækstyrke og stivhed end E glas, og med bedre styrkeforhold i et laminat med fugtindhold. S glas produceres i USA af OCF, og R glas produceres i Europa af Vetrotex, men er i øvrigt identisk. Glasset produceres i en ret lille mængde, som betyder en relativ høj pris. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 15
Fibrenes forarbejdning Den videre forarbejdning af fibertyperne fordeler sig i nævnte hovedgrupper: Glasfiber flock. Hugget måtte også benævnt CSM Chopped Strand Mat. Pressemåtte. Vlies (overflademåtte) Roving tråd. Roving garn. Vævet roving. Syet roving. Måleenheder og definitioner på fibermaterialer. Tex værdi Til bestemmelse af tykkelsen på filamenter, fiberbundter og roving bruges enheden tex. Tex værdien angiver vægten i gram på 1000 m. fiber. Har vi en 1200 tex roving, er der altså tale om, at 1000 m. vejer 1200 gram. Arealvægt Alle typer af CSM måtter, vævede og syede måtter osv. bestemmes ud fra deres arealvægt, hvor måleenheden er gram pr. m². Retningsorientering Hvis der er tale om retningsorienterede fibre, vil retningen altid være givet som en vinkel ud fra rullens 0 retning. Slipmidler Kæde og skud I vævede produkter benævnes fiberretningen kæde eller skud. Kæde er de fibre der går i rullens længde retning, altså 0. Skud er de fibre der går på tværs af rullens længde retning, altså 90. Glasfiber flock Flock fremstilles af fibertråde (strands) der hugges i små stykker fra 3 mm længde og opefter. Disse huggede fibre bruges som armeringsmateriale i spartelmasser, pressemasse BMC (Body moulding compound) og støbemasser. Hugget måtte De tørrede fibertråde føres gennem et huggeværk, hvor fibrene hugges i passende længder 20 50 mm., hvorefter de drysser ned på et transportbånd. Fiberretningen bliver helt tilfældig og der påsprøjtes et bindemiddel før fibermåtten presses sammen mellem nogle valser. Måtterne benævnes efter hvilket bindemiddel der er brugt. CSM måtte ( chopped strand mat ) 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 16
Pulverbunden måtte Her er bindemidlet polyesterpulver, der er let opløselig i styren. Denne type anvendes til transparente laminater. Den er let at forme som første lag til emner med kompliceret geometri, og hvor der er ønske om et mere vandfast lag under gelcoaten. Emulsionsbunden måtte Her holdes måtten sammen af en emulsion af polyvinylacetat, som er lidt langsommere at opløse i styren. Måtten er typisk stivere og er derfor lettere at håndtere, men samtidig er den langsommere at forme efter emnet. Syet måtte Her er måtten uden bindemiddel, men holdt sammen af en syning med en tynd polyestertråd. Dette indebærer at måtten kan formes efter emnet i tør tilstand, f.eks. ved injektionsstøbning, hvor syningerne er med til at holde måtten på plads under indsprøjtningen af polyester. Presse måtte Fibertrådene er her lagt i hele længden i cirkler som kører ind over/igennem hinanden, og er holdt sammen af et tungt opløseligt bindemiddel. Det vil sige at måtten kan strækkes temmelig meget uden at den går i stykker, den bliver blot tyndere. Måtten er kun anvendelig til pressestøbning, injektionsstøbning og vakuumstøbning, hvor måtten er velegnet til at transportere polyesteren. Vlies Vlies fremstilles af enkelt filamenter med lille diameter 5-10 µm, som fordeles meget jævnt i et tyndt lag 10-100 gr./m². Vlies anvendes hovedsagelig på tre måder. Som afsluttende lag på et emne hvor der ønskes en glat overflade uden fiberaftegning. Som første lag under gelcoaten på kemikaliebestandige emner for at opnå en meget lav glas %. Som første lag under gelcoaten ved presning eller vakuumstøbning for at undgå fiberaftegning på gelcoatoverfladen. Roving tråd Til en direct roving anvendes de enkelte fibre, som samles i et løst sammensat bundt. En assemblet roving fremstilles af glastråde (strands), som samles i bundter af den ønskede tykkelse. Fælles for begge typer er, at de ikke er snoede, men ligger lige og parallelle for at give den største trækstyrke. Roving fremstilles som standard i 300, 600, 1200, 2400 og 4800 tex. Roving anvendes til sprøjteoplæg, vikling og pultrudering, eller videreforarbejdes til vævede produkter. Roving garn Hvis glasfibrene tvindes (snoes) på samme måde som for eksempel uldgarn, kaldes det for roving garn eller glasfiber garn. Glasfiber garn anvendes til vikling, pultrudering eller videreforarbejdes til vævede produkter. Garn ligger sædvanligvis mellem 5 og 400 tex. Vævet roving Ved at væve tråde eller roving med traditionelle vævningsmetoder, kan der fremstilles et utal af forskellige vævede produkter af henholdsvis glas, kevlar eller kul. Vævede væv fremstilles ved en sammenfletning af kæde 0 og skud 90 i et regelmæssigt mønster eller vævstype. Vævets draperbarhed (evnen til tilpasning til en kompleks overflade), glat overflade og ensartethed, er hovedsageligt bestemt af det anvendte mønster, mens arealvægt, porøsitet og i mindre grad imprægneringsevne, bestemmes ved at vælge en kombination af tex og fibertal pr. cm. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 17
Vævets udseende og selvfølgelig også dets bearbejdningsegenskaber er afhængig af fibrenes texværdi og hyppighed (benævnes ofte trådtal). Et væv med en bestemt vægt pr. arealenhed kan enten fremstilles af fibre med høj texværdi og et lille antal tråde (ends) eller en lille tex og et stort antal tråde pr. cm. Den førstnævnte variant giver et løst væv, som er draperbar og let at imprægnere, men som har en afstand mellem trådene, der er større end tråden selv, mens den sidste variant har mindre porøsitet, der gør vævet mindre draperbar og samtidig vanskeligere at imprægnere. Twill En eller flere kædefibre væves henholdsvis over og under to eller flere skudfibre i et regelmæssigt gentaget mønster. Derved fremkommer en visuel effekt, der viser en ligeeller brudt diagonal linie henover vævet. Der er rigtig god draperbarhed og en god imprægneringsevne i et twill væv, i forhold til et almindeligt vævet væv, og der er kun en lille reduktion i stabiliteten. Med det reducerede antal krusninger har vævet en mere jævn overflade, og det giver lidt bedre mekaniske egenskaber. Twill Efterfølgende vises nogle traditionelle vævningsmønstre. Almindeligt væv Hver kædefiber passerer henholdsvis over og under hver skudfiber. Vævet er symmetrisk, (det vil sige lige mange fibre i 0 og i 90 ) med god stabilitet og en rimelig porøsitet. Det er den vævstype, der er vanskeligst at drapere, og det store antal fiber krusninger giver forringede egenskaber i forhold til andre vævstyper. Satin Satinvæv er grundlæggende et modificeret twillvæv med færre kæde- og skudkrydsninger. Det er meget jævnt, har gode draperingsog imprægneringsegenskaber, og de få krusninger giver gode mekaniske egenskaber. Satinvæv kan fremstilles meget tæt til et lukket og fast væv. Disse egenskaber medfører en forringet eller nedsat stabilitet og en asymmetrisk opbygning. Satin Almindeligt væv (plain) Køperbinding Køperbinding er grundlæggende opbygget på samme måde som almindeligt væv, den eneste forskel er, at to eller flere kædefibre flettes med to eller flere skudfibre. En kombination, hvor to kæder krydser to skud, betegnes 2 x 2, og det giver en symmetrisk opbygning. Vævet kan også fremstilles asymmetrisk med betegnelserne 8 x 2 eller 5 x 4 osv. Køperbinding er 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 18
fladere væv med mindre krusninger, stærkere end det almindelige væv, men mindre stabil. Det anbefales til kraftige væv fremstillet af fibre med høj tex for at imødegå, at der dannes høje krusninger. Køperbinding Hybrider fremstilles også som syet og UD væv. Hvis man vil udnytte fibernes trækstyrke optimalt, er det af stor betydning at de er anbragt i lige retninger altså uden krusninger som fremkommer ved vævning. Disse krusninger eller bugter på fibertrådene påfører tråden stres under trækbelastning, idet tråden vil forsøge at rette sig ud. Vævede hybrider Ordet hybrid refererer til et væv, der indeholder mere end én type konstruktions fibre. Hvis egenskaberne i et laminat kun kan opbygges ved hjælp af mere end en fibertype, så kan det fremstilles ved hjælp af to forskellige væv. Hvis kravet til laminatet er lav vægt og ekstrem lille tykkelse, kan det være nødvendigt at anvende en hybrid fremstillet af to forskellige fibertyper. En hybrid kan fremstilles med én fibertype i kæderetningen og en anden fibertype i skudretningen. Det er mere almindeligt at veksle mellem fibre i hver retning. Almindelige fiberkombinationer i hybridvæv er: Kul/Aramid - Stor trykmodstand og trækstyrke fra aramid med høj kompression og trækstyrke fra kulfibrene; begge fibre har lav densitet og en høj pris. Aramid/Glas - Lav vægt, stor trykmodstand og trækstyrke fra aramid kombineret med den gode kompression og trækstyrke fra glasfibrene, og en lavere pris. Kul/Glas - Begge fibre har høj kompression og trækstyrke sammen med kulfibrenes høje stivhed og den reducerede vægt. Vævets reducerede pris skyldes glasfiber prisen. Dette kan undgås ved at fibertrådene lægges i lag og syes sammen. Fibrene er i disse syede måtter altså rette, og kan derfor bedre optage trækspændinger uden at laminatet strækkes. Syet roving er opbygget af et eller flere lag af lange fibre, som holdes sammen af sekundære sytråde. De primære fibre kan være hvilken som helst af de tilgængelige konstruktionsfibre. Sytrådene er almindeligvis polyester på grund af de gode håndterings -egenskaber kombineret med en lav pris. De primære fordele, ved det syede måtter i forhold til de vævede måtter, er: Bedre mekaniske egenskaber, primært fordi fibrene altid er rette og uden krusninger, og de forskellige lag giver mulighed for en mere nøjagtig orientering af fibrene. Større produktionshastighed da måtterne kan fremstilles meget tykkere, så der ikke er behov for at lægge så mange lag i en laminatopbygning. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 19
I forbindelse med udvikling af ovennævnte forbedringer er der også en bagside. Polyestertråde hæfter ikke særligt godt til de almindelige harpikstyper, og der kan derfor opstå brud omkring fibrene. Fremstillingen af denne type måtter er langsommelig, prisen for maskinen er høj, og sammenholdt med, at der skal anvendes fiberbundter med lille texværdier for at sikre en god overflade på måtterne, betyder det, at prisen for en god kvalitet er meget høj. Ekstremt tunge måtter gør det muligt at lægge store mængder i formen på kort tid, men det er samtidig vanskeligt at imprægnere med harpiks. Hvis sy-processen ikke overvåges omhyggeligt, kan kædefibrene bundte sig sammen, og det medfører, at der fremkommer harpiksrige og harpiksfattige områder i det færdig-imprægnerede laminat. Syet roving De syede typer karakteriseres efter i hvilke retninger fibrene (trækstyrken) ligger. Hvis alle fibrene ligger i samme retning, og kun sytrådene der holder dem sammen ligger på tværs, kaldes måtten unidirektional (UD) Hvis der er tale om to retninger kaldes måtten biaxial ( Biax ) Hvis der er tale om tre retninger kaldes måtten triaxial (Triax) Hvis der er tale om fire retninger kaldes måtten quadroaxial. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 20
Til specielle formål vil det desuden være muligt at sammensætte de nævnte væv- og måttetyper efter behov. For eksempel er det meget anvendt at samle en vævet roving med en hugget måtte ved at sy dem sammen. Denne kombination kaldes en combi måtte. Herunder eksempel fra en leverandørs produktoversigt. A two-layer biaxial fabric with direction of layers at angles of 0 and 90. A two-layer biaxial fabric with a diagonal direction of layers at an angle of + 45 / 45. A biaxial fabric with a layer of chopped glass strands on the surface. The layers of the fabric are at angles of + 45 / 45. A biaxial fabric with an internal layer of chopped glass strands. The layers of the fabric are at angles of 0 and 90. A triaxial (threelayer) fabric with lengthwise (the warp) and diagonal directions of layers. A quadroaxial (fourlayer) fabric with four directions of layers. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 21
Kernematerialer Ved fremstilling af sandwichlaminater er det af afgørende betydning, at det er det rigtige kernemateriale der er valgt til opgaven. De egenskaber der fokuseres på er: Densitet Trykstyrke Forskydningsstyrke Slagstyrke Isolering Fugtresistens/fugtoptagelse Bearbejdning Vedhæftning Proces temperatur Pris PVC skum Er termoplastisk Poly Vinyl Clorid der opskummes. Den udmærker sig ved en høj trykog forskydningsstyrke, og da den har en udmærket fugtresistens kombineret med en god vedhæftning til både polyester og epoxy, er det den mest anvendte til bådbygning og til vingeskaller. PVC skum forhandles i forskellige kvaliteter, og visse typer kan forarbejdes og er stabile op til 130 C. Densiteten ligger typisk i området 30 til 150 gr./ltr. 20-30 gr./ltr. som er isolationsskum uden væsentlig styrke. 30-60 gr./ltr. sandwichskum med stigende tryk- og forskydningsstyrke. 60 gr./ltr. og opefter, hvor skummet bliver stærkere mens isoleringsværdien gradvis aftager. Lette typer er typisk ret sprøde materialer, og anvendes derfor mest som isolering hvor konstruktionen ikke bliver udsat for tryk og forskydning. For eksempel til kølekasser og kølecontainere/trailere, og som isolering af køle/fryse laster i skibsfarten. Også som opdrift og kernemateriale i surfbrætter og småjoller anvendes dette. Balza træ Er meget hurtigvoksende og indeholder meget vand. Efter fældningen tørres vandet ud og træet skæres i skiver på tværs af stammerne. Konserveres for at undgå mug og råd, og derefter limes træet som firkantede brikker på et glasfibernet. Som kernemateriale vil balza opsuge en større eller mindre mængde matrix, som vil påvirke trykstyrken og densiteten af det færdigstøbte materiale. Det skal bemærkes at jo mere matrix balzaen optager, jo større bliver trykstyrken. Som råvare er densiteten ca. 40 gr./ltr., men efter støbning ligger densiteten typisk mellem 60 og 200 gr./ltr. Balza har en høj tryk- og forskydningsstyrke, og har en god vedhæftning på alle matrixtyper. Det anvendes til emner som lystfartøjer, møllevinger og i forbindelse med formbygning. PVC skum PUR skum Er en hærdeplast, som fremstilles ved en kemisk reaktion. Ved tilsætning af et blæsemiddel kan skummets densitet varieres fra: 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 22
EPS Er en termoplast, en Ekspanderet PolyStyren. Den er meget let og har en høj isolationsværdi samtidig med at tryk- og forskydningsstyrken er god. Den er mere sej og er derfor et godt alternativ til den lette PUR, hvis der ønskes en høj isolationsværdi sammen med en let konstruktion. EPS bliver opløst af de fleste organiske opløsningsmidler, og kan derfor ikke bruges sammen med for eksempel polyester, uden en effektiv adskillelse med en primer. Polyurethan og epoxy uden opløsningsmidler har en god vedhæftning og skader ikke EPS. Herunder vises nogle tværsnit af søjler. Den Y formede søjle med vinkler på 120 giver i forhold til arealet den største trykstyrke, og den er desuden let at sammenbygge i alle retninger i den 6 kantede struktur, der kaldes honeycomb. Honeycomb Er betegnelsen for en kernematerialestruktur som kendes fra bikuberne, og som er naturens måde, hvorpå man sparer vægt og materiale. Honeycomb giver meget lette og stive konstruktioner, hvor det største problem som regel er vedhæftningen til laminatet, på grund af den meget lille overflade. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 23
Hard points. I sandwich laminater hvor der er områder, der bliver udsat for store trykbelastninger, er man nødsaget til at indlægge nogle hårdere materialer kaldet hard points. Det kan eksempelvis være ved montering af beslag med gennemgående bolte. Formplejemidler Er fælles betegnelsen for de voks- og slipmidler der anvendes for at vedligeholde formoverfladen så slipeffekten og finishen fortsat vil være den samme. Ved valg af slipmiddel er det vigtigt at tage hensyn til følgende: Materialerne til hard points kan være træ, træfinerplade, aluminium, jern eller en støbemasse af polyester eller epoxy, blandet med forskellige fyldstoffer. Fyldstoffer Er betegnelsen for de forskellige typer af pulver, mel, sand eller granulat, som blandes i matrix for at ændre på egenskaberne. Her er nogle eksempler: Aerosilpulver til justering af flydemodstand (tixotropi) Micro-ballon til fremstilling af let spartelmasse. Talkum til fremstilling af tung spartelmasse og støbemasse. Sand til fremstilling af støbemasse for eksempel polymerbeton. Metalpulver eller granulat til formstøbemasser Er der opløsningsmidler i matrix? Ved hvilken temperatur foregår støbningen? Ønskes der en højglans eller en mat overflade? Hvilket formmateriale er anvendt (polyester, epoxy, aluminium eller stål)? Voks Er det traditionelle valg til GUP forme, hvor der ønskes højglans, og hvor temperaturen under støbning ikke overstiger 60-70 C. Klargøring til støbning af nye forme Klargøring til støbning af nye forme (herunder også reparationer i en brugt form) Man må sikre sig at formens gelcoat er tilstrækkelig udhærdet (datablad), herefter renses overfladen så den er fri for støv og snavs, og der påføres 5-6 lag voks med den anbefalede tids interval. Hvis det er et kritisk emne, eller man ønsker optimal sikkerhed for slipeffekten, kan der påføres et lag PVA slipmiddel oven på de 6 lag voks. Dette slipmiddel er bestandig overfor styren, men kan opløses med vand ved afformningen. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 24
Vedligehold af produktionsklare forme. En form der er i brug skal ikke nødvendigvis vokses efter hvert aftryk, men hvis der under afformning af emnet bemærkes en forøget vedhæftning er det ved tiden. Formen skal altid vokses hvis der har været stop i produktionen, hvor formen har stået åben, eller formoverfladen på anden måde er beskadiget. Der vil altid lægge sig støv i formen og ved en aftørring vil man let kunne beskadige det meget tynde vokslag. Det er vigtigt at anvende den samme vokstype og fabrikat, og yderligere at man følger producentens anvisning. Det efterfølgende er en generel vejledning. Voksen påføres med en blød klud eller en svamp i et rigeligt lag, og straks aftørres overskuddet med en ren klud. Herefter poleres overfladen blank igen med en ren blød klud. Det er vigtigt, at der ikke er voksrester der ikke er poleret idet det vil ses som matte pletter på det færdige emne og efterlade tilsvarende pletter på formen. Nu er formen klar til gelcoat, og hvis formen ikke skal anvendes straks, afdækkes den evt. med en plastfolie. Nye forme. En generel vejledning. Formrens er en rensevæske der bruges for at fjerne al snavs og urenheder fra den nye formoverflade. Denne rensning skal sikre at den efterfølgende sealer kan hæfte på formen. Formsealer eller formforsegler fås i blanke eller matte varianter, og har til formål at lukke eller forsegle formoverfladen, dvs. at små ridser og pinholes bliver fyldt så overfladen bliver tæt. Den påføres med hånden (wipe on, wipe of metoden), eller den sprøjtepåføres, ofte i flere lag. Sealeren har ingen slipeffekt så der skal altid påføres et slipmiddel til sidst. Slipmiddel påføres med hånden (wipe on, wipe of metoden) i flere lag, og vil danne en forbindelse til sealeren, så slipfilmen bliver siddende på formen, og derfor kan bevare slipeffekten efter mange aftryk. Vedligehold af produktionsklare forme. Efter et antal afstøbninger skal formen have påført et nyt lag slipmiddel, som beskrevet overfor. Det er vigtigt, at hvis sealeren er blevet beskadiget enten ved afformning eller hvis der er brugt metalværktøj eller lignende i formen, er det ikke nok at påføre slip. De steder hvor sealeren er beskadiget eller skrabet af, skal formen behandles som en ny form. Slipmidler Slipmidler anvendes når de traditionelle vokstyper ikke er effektive nok. Eksempelvis hvis formtemperaturen bliver for høj, eller man ønsker mange aftryk mellem hver påføring af slip. Disse slipsystemer består af rens, sealer og slipmiddel, som er tilpasset den aktuelle produktion. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 25
Værktøj Doserings udstyr For at afveje eller afmåle de flydende komponenter anvendes der forskelligt doseringsudstyr. De fleste leverandører opgiver mængder og blandingsforhold i vægtdele, så vægten er et helt nødvendigt udstyr. Det er bedst at anvende en vægt hvor selve vægten og displayet er adskilt. Derved er det lettere at dække selve vægten af med en beskyttende plastfolie, og displayet kan placeres hvor det ikke er så udsat for spild. Vægtens kapacitet og nøjagtighed skal afpasses efter hvor store mængder der skal vejes/blandes. Eksempelvis vil det give for stor unøjagtighed at afveje 150 gr. på en vægt der har en deling på 10 gr. afvigelsen vil være 5 gr. eller 3,3 %. Her skal anvendes en vægt med en deling på 1 gr. som ved korrekt anvendelse vil give en maksimal afvigelse på 0,3 %. Vægten kontrolleres jævnligt, og specielt skal der ses efter at der ikke er materialer (spild af polyester, tape eller plastfolie) der berører både vejepladen og selve vægten, eller bordet den står på. Fra mindre flasker, dunke eller bøtter kan ophældningen foregå direkte på vægten, men ved større emballager dunke og tromler anvendes der forskellige typer af haner eller pumper. Håndværktøj Pensler Til håndoplægning af gelcoat bruges flade pensler fra 10 mm. og op til 150 mm i bredden. Penslernes kvalitet er ikke afgørende, når de bruges til coatning i en form. Men hvis de skal anvendes til påføring af topcoat, vil det give et bedre resultat, at bruge bløde lakpensler. Pensler bruges desuden til påføring af polyester, når det drejer sig om mindre emner og reparationer og til at fjerne luftblærer i tynde laminater, hvor ruller ikke kan bruges. Flade pensler til gelcoat og polyester Vær opmærksom på at skalaen angiver volumen i ml. der skal derfor altid kontrolvejes hvis det drejer sig om polyester, gelcoat eller epoxy, da deres densitet svinger fra 1,1 og op til 1,4 gr/cm³. Hærder til polyester har en densitet så tæt på 1 gr/cm³., at man kan anvende både vægt og volumen som enhed. Her er det altså ikke nødvendigt at kontrolveje. Til mindre portioner kan man bruge engangssprøjter. Flade gelcoat pensler 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 26
Lammeruller Maleruller af perlon, anvendes til påføring af polyester, og størrelsen af rulle vælges ud fra formens størrelse og laminattykkelse. Til mindre emner er de såkaldte radiatorruller velegnet, og hvis det drejer sig om større mængder af polyester der skal rulles på, vælges ruller med større diameter, og op til 250 mm. i bredden. Eventuel monteret med et forlængerskaft. Metal / Plast ruller. For at fjerne luftblærer i laminatet rulles specielt første lag meget omhyggeligt med et bredt udvalg af metal eller nylon ruller, der er specielt fremstillet til formålet. Rullestørrelsen vælges ud fra tykkelsen af laminatet, et tyndt laminat for eksempel et lag 300 grams måtte, rulles bedst med en rulle med en lille diameter, og til tykke laminater anvendes ruller med en diameter 15 til 50 mm. Der findes en del specialruller som kantruller, fjederruller, børsteruller osv. som alle kan være det rigtige valg i en given opgave. Radiator rulle (perlon) Forskellige metalruller Forskellige plastruller 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 27
Afrensning af værktøj Hvis man ønsker at genanvende pensler og ruller, er det nødvendigt at afrense værktøjet omhyggeligt inden den anvendte matrix gelerer. Vær opmærksom på at det ikke er nok at stille ruller og pensler i rensevæske efter brug. Hærdeprocessen fortsætter inde mellem penselhårene og omkring akslen på rullen, så de ikke kan bruges igen. Færdighærdet gelcoat, polyester og epoxy kan ikke opløses med traditionelle rensemidler, så hvis værktøjet er hærdet må det kasseres. Kun metalruller kan opvarmes i en ovn så den hærdede plast forbrænder, og kun metallet er tilbage. Der findes forskellige rensemidler som kan opløse den delvis gelerede polyester og epoxy. Det gøres ved at anvende mindst to rensekar. Ved at vaske værktøjet omhyggeligt i det første rensekar fjernes de rester af polyester der sidder på rullen, men rensevæsken vil hurtigt optage så meget polyester, at der bliver en polyesterfilm tilbage når rullen tørrer. Derfor renses rullen i det andet rensekar med en renere rensevæske. Rullen tørres af med aftørringspapir, og hvis al polyester er fjernet kan rullen bruges igen og igen. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 28
Skære- og slibe værktøj. Alt traditionelt hårdt metalværktøj kan anvendes til slibning, boring og skæring i glasfiberlaminater. Der er dog den ulempe at skæret meget hurtigt slides, så eksempelvis bor skal slibes meget tit. Man anvender derfor helst skæreskiver af stål med en belægning af diamantkorn, som giver en meget lang levetid på skæret. Disse diamant-belægninger anvendes desuden på stiksavklinger, bor, hulbor, slibeskiver og fræsestifter. Diamantbelægningen sliber sig vej gennem laminatet, så det er afgørende for effektiviteten, at de maskiner der bruges kan køre med den rigtige høje hastighed. For eksempel en ø 6 mm. fræserstift skal have mellem 16000 og 22000 omdr./min., og en ø 75 mm. skæreskive 12000-16000 omdr./min. Skæremaskine med sugekåbe Til grovslibning bruges sliberondeller på rotationsslibere. Slibemaskine rotationssliber Ligesliber (stift fræser) med sugekåbe Diamantbelægningen kan ikke tåle at skære i træ, beton og metal, mens skumplast kernematerialer ikke ødelægger skæret. Der anvendes mest trykluftdrevne maskiner, og på grund af det meget fine slibestøv er de altid monteret med en sugekåbe, tilsluttet et eksternt vakuum-sugeanlæg. Til finere slibning bruges excenterslibere, og til finish slibning vil det ofte være håndarbejde. Til slibning bruges der forskellige typer af maskiner og sandpapir. Excenter sliber 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 29
Valg af kornstørrelse Grovslibning P 16 - P 60 Stor godsfjernelse. Emnets form kan ændres. Mellem Slibning P 80 - P 150 Nogen godsfjernelse. Efterlader en pæn glat overflade. Fin slibning P 180 - P 240 Fjerner meget lidt materiale. Fint udseende. Velegnet til lakering. Finish Slibning P 280 - P 600 Overfladen er velegnet til polering. Sikkerhed ved brug af skære- og slibemaskiner. Før en maskine tages i brug skal man: 1. Kontrollere at skæreskiven ikke er beskadiget eller revnet, og at den er spændt forsvarligt fast. 2. Kontrollere at afskærmningen er i orden og at vakuum-suget er startet og virker (ingen tilstopning i sugekåbe og slanger). 3. Vælge personlig sikkerhedsudstyr: Briller eller ansigtsskærm. Der vil altid være risiko for at splinter af glasfiberlaminat eller partikler fra skære- / slibeskive rammer ansigtet. Støvmaske. Små støvpartikler skal altid betragtes som sundhedsskadelig. Arbejdshandsker. Kanterne på glasfiberemner vil altid være fyldt med skarpe kanter og fiberspidser. Høreværn hvis det er nødvendigt. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 30
Formværktøj GUP forme For at kunne fremstille ensartede emner er det nødvendigt med en eller flere støbeforme. En sådan form er ofte fremstillet i GUP, men kan også være af epoxy, stål, aluminium eller træfiner. Fremstillingen af en GUP form starter med en emnetegning som bruges til bygningen af en model, også kaldet en plug. Denne plug fremstilles af de materialer der til netop denne udformning er velegnet, for eksempel træ, PVC skum, finerplader, osv. Det vigtige er at overfladen og den geometriske form er den rigtige. Overfladen på en plug vil være bearbejdet, slebet, spartlet, lakeret, og poleret, for til sidst at blive vokset med en fast voks 6-8 gange, så den står helt fejlfri i overfladen. Herefter bliver der støbt en form af glasfiberarmeret polyester uden på pluggen, og til dette anvendes der materialer der kan opfylde de materialetekniske krav, der er til en støbeform, så som: Glans Hårdhed Kemikalieresistens Varmebestandighed Stivhed Når selve formskallen er støbt, den kan evt. bestå af flere dele, bygges der et formstativ, som skal understøtte formen, og som i visse tilfælde også skal fungere som et ophæng, så formen kan drejes og fastholdes i en stilling, der gør det muligt at støbe emner i den. Dette stativ består af træ eller stål, som fastlamineres på selve formskallerne. Formen skal nu sikres en god udhærdning. Det kan gøres ved at efterhærde med forhøjet temperatur, og derefter er formen klar til afformning, det vil sige at den fjernes fra pluggen. Formen mangler nu den endelige finish, som opbygges ved at vådslibe og polere til den ønskede overflade og glans. Formen vokses 4-6 gange, og er nu klar til det første aftryk. Se afsnittet om klargøring til støbning side 24. Der kan i en sådan støbeform fremstilles flere hundrede aftryk, forudsat at formen bliver vedligeholdt omhyggeligt. Se afsnittet om vedligehold side 25. Epoxy forme Hvis polyester ikke kan opfylde kravene til de ønskede egenskaber, er man i højere grad begyndt at anvende epoxy som matrix i formlaminater. Selve opbygningen er principiel den samme, men der vil være mulighed for at lave nogle lettere formskaller, med et højere glasindhold, og blødgøringstemperaturen for formen kan gøres højere. Formhåndtering Vil man sikre at en form altid er produktionsklar og får en så lang levetid som muligt er der flere ting at tage hensyn til. Ved enhver håndtering er det vigtigt at undgå slag og stød på formens yderside. Selv små slag kan medføre, at den ret hårde gelcoat i formen revner eller krakelerer, og der opstår en stjerneformet skade i formoverfladen. Revner i coatlaget kan også opstå ved forkerte belastninger, for eksempel ved kranløft hvor løftestropperne er forkert anbragt, så formen vrides eller bøjes. Afformning Når et emne er færdigstøbt, kan det afformes, hvis det er udhærdet i en sådan grad, at det kan tåle belastningen, uden der kommer hvidbrud i emnet. Mindre emner afformes ved at kanten løsnes hele vejen rundt om emnet. Det kan gøres med en trækile eller en plast spartel, det er 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 31
vigtigt ikke at anvende metalspartler, stemmejern eller andre værktøjer der er hårdere end formgelcoaten. Selv små og næsten usynlige ridser vil give vedhæftning under den næste afstøbning i formen. Når emnet er løsnet kan man med trækiler forsigtigt sætte emnet i spænd, og hvis slipeffekten er god nok vil emnet frigøre sig fra formen. Hvis man på grund af emnets form ikke kan bruge kiler, kan man blæse trykluft ind mellem form og emne, for at løfte emnet op. Det vil tit være en fordel at forsyne formen med et eller flere huller til indblæsning af trykluft, da man derved helt kan undgå at bruge kiler og andet værktøj i formen. Hvis man bruger trykluft, må man være opmærksom på, at større forme/emner kan revne på grund af trykket. Indblæsningen skal derfor foregå med stor forsigtighed, og man skal hele tiden være opmærksom på hvordan og hvor emnet løsnes fra formen. Den trykluft der bruges må ikke indeholde olie. Hvis den gør, renses og vokses formen omhyggeligt før næste afstøbning, idet der ellers vil opstå skader i det næste lag gelcoat på grund af oliefilmen. Større emner vil som regel slippe formen under hærdeprocessen på grund af laminatets krymp, og man vil derfor let kunne løfte emnet ud af formen med en kran. I stedet for trykluft vil man i enkelte tilfælde kunne bruge vand til afformning. På det dybeste sted på formen monteres en slangestuds, og når emnet skal afformes tilsluttes en vandslange så det lille mellemrum mellem form og emne fyldes med vand og emnet løftes. Denne metode er yderst effektiv hvis der bruges PVA slipmiddel, som jo er vandopløseligt. Formen skal efter afformning straks tømmes for vand og tørres af med en blød klud, da der ellers hurtigt vil komme kalkskjolder på overfladen. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 32
Konservering Hvis en form stilles udendørs vil den i løbet af meget kort blive ødelagt i overfladen. Form, gelcoat og de almindelige voks- og slipmidler er ikke beregnet til at modstå UV-belysning (sollys), og heller ikke fugt. Selve overfladen bliver mat og ru, og når formen skal bruges igen kræver den en polering med poleremasse, hvorved det yderste lag af coaten fjernes, og derefter skal formen behandles som en ny form, før der kan støbes i den. Se afsnittet om voks side 24, og slipmidler side 25. Denne renovering af formen kan undgås ved, at lægge et lag gelcoat og et tyndt lag laminat i formen før den stilles på lager. Mindre forme kan afdækkes med plastfolie eller der kan støbes et tyndt laminat der kan genbruges, hver gang formen skal stå på lager. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 33
Beregning Ved alle typer af beregning af materialeforbrug er det nødvendigt at kende støbe-formens areal. Formler for arealberegning: h = højde A = areal O = omkreds g = grundlinie r = radius = 3,14 Rektangel A = højde x bredde Trekant A = ½ h x g Trapez A = 1 x h x (a + b ) 2 Cirkel Areal A = r² x Omkreds O = r + r x 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 34
Kegle Krumme overflade A = 1 x h x x r² 3 Cylinder Krumme overflade A = 2 x r x x h Mængde beregning. Gelcoat forbrug 1 m² form med 100µ ( 0,1 mm ) forbruger 120 gr. Eksempel: Et lag på 400µ (0,4 mm) 4 x 120 x Formareal = gelcoat forbrug Polyesterforbrug Måttevægt x 100 laminatvægt måttevægt = polyesterforbrug pr. m² Glas % Eksempel: Formareal 4 m² måttevægt 300 gr.pr.m² Glas % 25 300 x 100 1200 gr. 300 gr. = 900 gr.pr. m² x 4 = 3600 gr. 25 Hærder forbrug Polyesterforbrug x hærder % = hærdertilsætning 100 Eksempel: 3630 gr. polyester skal tilsættes 1,5 % hærder 3630 x 1,5 = 54,45 gr. 100 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 35
Glasforbrug Formareal x måttevægt pr. m² = glasforbrug Eksempel: Formareal 4 m² måttevægt 300 gr.pr. m² 300 x 4 = 1200 gr. glas Laminat tykkelse Måttevægt Glas % x 25 (25 = fordelingstal fast) Eksembel: måttevægt = 450g glas % 30 450 30 x 25 = 750 ( 450 750) = 0.6 mm. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 36
Materialeskema Polyester Emnebetegnelse Emnets beregnede areal Opl. Mængde Materiale Type Gelcoat Topcoat M. spild % Hærder Glas % Glas forbrug (g) Polyester Inkl. Spild % Hærder Vægt pr. lag - spild Spild Materialeforbrug u/spild (Emnevægt) Spild i alt Materialeforbrug m/spild 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 37
Laminatopbygning Massiv laminat Før der støbes et emne må man overveje, hvilke egenskaber det færdige laminat skal have, og ud fra dette laves en laminatbeskrivelse der fortæller hvordan laminatets enkelte lag skal være. Et eksempel: Massiv laminat Materiale Arealvægt Glas % Tykkelse 1. lag Gelcoat 0,8 mm. 2. lag Pulverbunden måtte 300 g./m² Glas % 25 0,6 mm. 3. lag Emulsionsbunden måtte 450 g./m² Glas % 30 0,9 mm. 4.lag Topcoat 0,5 mm. Ud fra laminatbeskrivelsen beregnes så hvor meget af de enkelte materialer der skal bruges til hvert enkelt lag. Denne beregning kan foretages i et materialeskema, så man har overblik over det totale materialeforbrug og dermed også emnevægten. Materialeskemaet bruges i værkstedet hver gang der skal afvejes materialer. Hvis der skal støbes flere emner, sikrer man sig herved også, at de bliver ensartede hvad angår tykkelse, vægt og glas %. Den praktiske støbning starter med gelcoaten. Det er vanskeligt, at sikre en ensartet lagtykkelse og at gelcoaten dækker alle steder, hvis der kun på føres et lag. Derfor deles gelcoaten i to lag. Første lag minimum 0,5 mm., og andet lag minimum 0,3 mm. I den klargjorte form lægges med pensel det første lag og tykkelsen kan kontrolleres med en vådfilmsmåler. Når første lag er tilstrækkelig hærdet, det vil sige at gelcoaten ikke smitter af ved berøring, men stadig er klæbrig i overfladen, lægges det andet lag som skal hærde op på samme måde, før der støbes videre. Ventetiden mellem gelcoatlaget og første laminatlag må generelt ikke overstige 24 timer, da der så vil være risiko for at vedhæftningen mellem lagene ikke er god nok. Første laminat lag lægges på med lammerulle. Først vædes hele gelcoat overfladen med polyester og derefter lægges glasfibermåtten ned i formen. Resten af den beregne mængde polyester fordeles jævnt ud over glasfibermåtten, og styrenen vil på få minutter opløse bindemidlet så den hvide måtte bliver gennemsigtig. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 38
Med en aluminium eller nylon rulle, rulles hele overfladen. Det efterfølgende lag kan støbes på samme måde, og hvis det drejer sig om flere lag, kan der støbes vådt i vådt, det vil sige at man lægger flere lag glasfiber med polyester ovenpå hinanden uden den mellemliggende hærdning. Når laminatet er hærdet, slibes det til den ønskede finish og der lægges et lag topcoat med rulle eller pensel. Udrulning af luft Det er hensigten at fjerne alle små luftblærer og presse glasfibermåtten sammen så den fremstår som et ensartet lag uden synlige samlinger. Polyesteren skal være jævnt fordelt så der ikke er tørre pletter og ikke er polyester overskud nogen steder. Det er vigtigt før alle støbninger at gøre sig bekendt med de tekniske datablade for materialerne. Man skal naturligvis overholde de støbevejledninger der er gældende, for eksempel med hensyn til: Værkstedstemperatur Råvaretemperatur Hærder tilsætning Overlamineringsinterval Osv. Efter udhærdningen af første lag laminat kontrolleres omhyggeligt for luftblærer. Hvis der er blærer kan disse forsigtig slibes ned til gelcoaten. Hele overfladen slibes let for at fjerne stritter og for at give en bedre vedhæftning til det næste lag laminat. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 39
De forskelle der opnås ved at bruge et sandwichlaminat i forhold til et massivt laminat er følgende. Fordele Lavere vægt Større stivhed Isolation (kulde, varme, lyd og vibrationer) Sandwich laminat Et sandwich-laminat består af en kerne med en skal på begge sider. I forhold til en traditionel konstruktion kan man sammenligne med en H bjælke. Oversiden optager trykbelastningen, undersiden optager trækbelastningen og midterstykket skal i princippet kun holde de to sider på plads, så de ikke bliver forskudt for hinanden. Sandwich konstruktioner i kompositmateriale bygger på samme princip, men materialerne til skallerne erstattes af for eksempel glasfiber og polyester, og kernematerialet (midterstykket) er her af skumplast eller balzatræ. Ved at anvende forskellige kernematerialer og bruge forskellige fibre og matrix, kan der opnås vidt forskellige egenskaber i et sandwichlaminat. Også tykkelsen af kernematerialet har afgørende indflydelse for et laminats styrke og stivhed. Ulemper Tilpasning og ilægning af kernematerialet tager tid. Større risiko for dårlig vedhæftning og delaminering. Visse kernematerialer er meget dyre. For at opnå de ønskede egenskaber er det af afgørende betydning, at matrix kan klæbe fast på kernematerialet. Man bruger udtrykket vedhæftning. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 40
Her vises nogle eksempler på hvad der kan ske, hvis materialerne ikke er dimensioneret til at optage belastningen. Eksemplet herunder viser, at stivheden og trykstyrken i et sandwich-laminat forsvinder, når vedhæftningen ikke er i orden, og kerne og skaller kan forskydes i forhold til hinanden. Her vises et eksempel på et sandwich-laminat. Sandwich laminat Materiale Arealvægt Glas % Tykkelse 1. lag Gelcoat 0,8 mm. 2. lag Pulverbunden måtte 300 g./m² Glas % 25 0,6 mm. 3. lag Emulsionsbunden måtte 450 g./m² Glas % 30 0,9 mm. PVC skum 10 mm. 10,0 mm. 4.lag Emulsionsbunden måtte 600 g./m² Glas % 30 1,2 mm. 5.lag Topcoat 0,5 mm. Praktisk støbning. 1. og 2. lag støbes som massiv laminat, og der kontrolleres for fejl og luftblærer. Overfladen slibes let og er nu klar til 3. lag. Glasmåtten tilpasses og PVC skumpladen skæres i de rigtige mål, og kanterne affases. Ved beregning af polyester til laget skal der tages højde for at skummet opsuger en vis mængde polyester. Derfor beregnes der ekstra polyester til skummet for at sikre en god vedhæftning. Måtten lægges på og gennemvædes med polyester, hvorefter den rulles fri for luft. Den ekstra polyester der er beregnet fordeles med lammerullen på bagsiden af skummet og derefter lægges skummet ( med den våde side ) ned i det våde laminat og trykkes på plads med en metalrulle. Efter hærdning slibes overfladen let og det sidste 4. lag lægges på. Husk at der også her skal beregnes ekstra polyester til at væde skummet. Efter hærdning er laminatet klart til topcoat. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 41
Kontrol Råvarekontrol Polyester og gelcoat råvarerne kan, før de anvendes, kontrolleres på flere måder. Lagertid Da polyester, og specielt gelcoat, har en begrænset holdbarhed, bør man inden brug kontrollere at lagertiden ikke er overskredet. Råvarerne har ofte en datomærkning på emballagen, og i det tekniske datablad kan man se lagertiden. Geltid Gel tiden er variabel, og kan kontrolleres ved at tilsætte den anbefalede mængde hærder og måle tiden med et stopur. Mere præcist er det dog at anvende en geltimer. Viskositet Viskositeten kontrolleres som regel med en Brookfield Viscosimeter og resultatet sammenlignes med databladet. Proceskontrol Mens støbeprocessen udføres der løbende kontrol af: Værkstedets temperatur. Dansk standard anbefaler minimum 18 C ± 1,5 C Værkstedets luftfugtighed. Dansk standard anbefaler 60 til 80 RF. Afvejning af materialerne. Kontrol af gelcoattykkelse med vådfilmsmåler. Færdigvarekontrol Kontrollen af det færdige glasfiberlaminat kan opdeles i: Visuel kontrol Kontrol målinger Destruktiv prøvning Visuel kontrol I den visuelle kontrol undersøges for fejl som kan ses direkte på emnet. De fejl man ser efter er på gelcoatsiden: ridser krakeleringer aftryk af voksaflejringer pinholes sugninger (krymp) farvefejl formfejl På laminatet ser man efter: farven på den udhærdede polyester er laminatet fri for luftblærer er der polyesteransamlinger (polyesteroverskud) er der tør glasmåtte (polyestermangel) På efterbearbejdningen ser man efter: Kantskæringer, er de rette og fri for hakker, skarpe grater og spidser? Skære kanterne, har de fået topcoat? Fladerne, er topcoat overfladen tæt og fri for ujævnheder? Kontrolmålinger Under dette punkt foretages alle de målinger der ikke ødelægger emnet. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 42
Gelcoaten Der kontrolleres for luftblærer ved, at banke på gelcoat kanter og flader de steder, hvor man har mistanke om at der kan være luft. Der bankes med en plast- gummi- eller træklods som ikke skader overfladen. Udhærdningen måles med en Barcolmåler. Overfladens glans måles med en glansmåler (Glossmaster) Laminatet Dimensionerne kontrolmåles med lineal eller båndmål (krymp) Laminattykkelsen måles med skydelære. Er kanter og flader rette. Kontrolleres med vinkel, stål-lineal eller retteskinne. Destruktiv prøvning Under dette punkt udtages/udskæres prøvestykker af emnet, til afprøvning. Gelcoat Tykkelsen kan kontrolleres med et Paint scope. Laminatet Glas % bestemmes ved afbrænding af et prøvestykke. Trækstyrken bestemmes ved trækprøvning. Stivheden /modstanden i sandwichlaminater bestemmes ved trykprøve (trepunkts nedbøjning) 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 43
Ordforklaring En liste med forklaring af de fagudtryk der bruges i branchen. Accelerator Et stof, der er tilsættes polyester for at forøge reaktionshastigheden. Balanceret væv Et vævet produkt, hvor halvdelen af trådene er i kæderetningen og halvdelen i skudretningen. Bindemiddel Pulver eller emulsion, der er påført glasfibre for at fastholde dem i et givet arrangement. Blære Luft, gas eller væskefylde forhøjning af overfladen. Blødgøringstemperatur Den temperatur, ved hvilken et fast materiale ved opvarmning taber væsentlig i hårdhed eller stivhed. (se også Heat Distortion Temperature) Delaminering (Engelsk debonding ) Brud i grænselaget mellem to lag laminat. Emulsionsbunden måtte Glasfibermåtte, hvor bindemidlet er påført som en emulsion. Fiberflytning Utilsigtet flytning af forstærkningsmaterialet. Fibertegning Forhøjning af overfladen langs fiberbundter. Fiskeøje Lille, rund kraterlignende materialeforhøjning. Gelcoat Et lag af uarmeret polyester påført formoverfladen og hærdet forud for oplægning af laminat. Geltid Tidsforløbet fra tilsætning af hærder til geleringstidspunktet. GUP Forkortelse for Glasfiberarmeret Umættet Polyester. Heat Distortion Temperature (HDT) En blødgøringstemperatur, der angiver et materiales varmebestandighed ved en veldefineret metode. Hærdemidler Fællesbetegnelse for de stoffer (initiatorer og acceleratorer), som tilsættes matrix for at sætte hærdeprocessen i gang og styre dens hastighed. Hærdeplast En plast der under hærdeprocessen (polymerisations processen) danner tværbindinger og overgår til et fast og uopløseligt materiale. Initiator Et stof, der sætter hærdeprocessen i polyester i gang. (Ofte ukorrekt kaldet katalysator eller hærder) Kernemateriale Det midterste lag (afstandsmaterialet) i et sandwichlaminat. Laminat Et lagvis opbygget produkt af fiberarmeret hærdeplast. Matrixbrud Brud i polyester eller epoxy. Monomer Et simpelt (enkelt) molekyle, der er i stand til at reagere med andre molekyler og danne en polymer. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 44
Måtte Et plant glasfiberprodukt bestående af tilfældigt orienterede fibre, holdt sammen af et bindemiddel. Overflademåtte Tyndt lag af fibre af glas, kul eller termoplast. Også kaldet vlies. Pinhole Lille rørformet hul gennem et overfladelag / gelcoatlag. Potlife Det tidsrum hvor en polyesterblanding (efter tilsætning af hærder) beholder så lav viskositet at den kan bearbejdes og imprægnere fibrene. Brugstid i blandebægeret. Pulverbunden måtte Glasfibermåtte, hvor bindemidlet er påført som et pulver. 12. 2011 Hærdeplastafdelingen Ribe 45