Een eenvoudig koolstofvezelonderdeel met de hand lamineren en vacuüm zakken

Wat je zult leren

• Hoe gebruik je de koolstofvezel lamineerstarterkit?
• Een basisonderdeel van koolstofvezel met de hand lamineren
• Een met de hand gelamineerd onderdeel vacuüm zuigen met professionele apparatuur
• Hoe vacuümzak ik een met de hand gelamineerd onderdeel met huishoudelijke apparatuur

In deze videotutorial gebruiken we de 'offset' composietmal die we in de vorige tutorial hebben gemaakt om een fietsframebescherming van koolstofvezel te maken met behulp van een handlamineer- of 'wet-layup'-proces.

Nadat we het onderdeel hebben gelamineerd met de materialen uit onze Carbon Fibre Laminating Starter Kit, zuigen we het onderdeel vacuüm met behulp van een vacuümpomp en conventionele verbruiksmaterialen voor vacuümzakken. Verderop in de tutorial laten we zien hoe je het vacuümverpakkingsproces ook kunt uitvoeren met minimale specialistische apparatuur, met een huishoudstofzuiger en vacuümzakken.

Deze handleiding kan gevolgd worden ongeacht of je van plan bent om het gelamineerde deel in een vacuümzak te doen of niet; tot aan het vacuümzakken is het proces precies hetzelfde.

Er zijn veel verschillende manieren om koolstofvezelonderdelen te maken, zoals harsinfusie, prepreg, hot-press en RTM, maar in deze videotutorial bekijken we de eenvoudigste methode; handlamineren of 'wet lay'. We gaan echter nog een stap verder door het onderdeel vacuüm te zuigen om het risico op luchtlekken of brugvorming te verkleinen, overtollig hars te verwijderen en de oppervlakteafwerking van het onderdeel te verbeteren.

Bij de wet-lay methode wordt koolstofvezeldoek laag voor laag aan de mal toegevoegd en wordt elke laag met de hand bevochtigd met hars met behulp van een kwast of roller. Als alle wapening aan de mal is toegevoegd en met hars is bevochtigd, kun je het onderdeel in dit stadium gewoon bij kamertemperatuur laten uitharden. Als je echter van plan bent om het onderdeel vacuüm te zamelen, moet dit direct gebeuren voordat de hars begint uit te harden.

Bij het werken met koolstofvezel wordt bijna altijd aanbevolen om epoxyhars te gebruiken als matrix (de 'lijm' die de koolstofvezel bij elkaar houdt). Dit komt omdat koolstofvezel een hoogwaardige versterking is en het dus zinvol is om er een hoogwaardige hars bij te gebruiken, anders worden de prestaties van de koolstofvezel ondermijnd door de prestaties van de hars.

Bij het lamineren van onderdelen met epoxyhars is het sterk aan te raden om geen mallen te gebruiken met een polyester gelcoat oppervlak, omdat epoxyhars de gewoonte heeft om slecht te hechten aan polyester gelcoat, zelfs als er meerdere lagen lossingsmiddel zijn aangebracht. In plaats daarvan is het veel beter om mallen te gebruiken met een oppervlak van epoxy gelcoat (zoals onze EG60 Epoxy Tooling Gelcoat) of een vinylester gelcoat (zoals onze Uni-Mould Tooling Gelcoat).

In deze tutorial gebruiken we een composiet mal die we in een eerdere tutorial hebben gemaakt met behulp van onze Epoxy Mould Making Starter Kit; de kit gebruikt een epoxy gelcoat en is 100% geschikt voor het maken van onderdelen op basis van epoxyhars.

Voordat je begint, als je je onderdeel in een composietmal gaat lamineren, moet je ervoor zorgen dat je een mal gebruikt met een 'epoxy' of 'vinylester' gelcoat; dit zorgt ervoor dat de mal gemakkelijk en betrouwbaar loslaat. Zie de opmerkingen hierboven over materiaalcompatibiliteit.

Om te voorkomen dat het onderdeel dat je gaat lamineren blijft plakken in de mal, beginnen we met het aanbrengen van meerdere applicaties van een geschikt lossingsmiddel. In deze tutorial gebruiken we Release Wax Nummer 8 uit onze Epoxy Mould Making Starter Kit.

5 toepassingen van wax worden aangebracht door de wax op te wrijven, 10-15 minuten te wachten en de wax dan zachtjes op te poetsen tot hij glanst voordat de volgende toepassing wordt aangebracht.

Het koolstofvezelonderdeel met de hand lamineren

Om een klein koolstofvezelonderdeel te maken zoals in deze tutorial, bevat onze Carbon Fibre Laminating Starter Kit alle benodigde basismaterialen en apparatuur, waaronder 210 g koolstofvezeldoek en epoxy lamineerhars van hoge kwaliteit, samen met de basisbenodigdheden zoals mengbekers, handschoenen en lamineerborstels.

We hebben ook een digitale weegschaal nodig om de hars te meten en een schaar om de koolstofstof te knippen.

Het onderdeel vacuüm verpakken met professionele apparatuur

Om het onderdeel vacuüm te zuigen met conventionele industriële materialen en apparatuur gebruikten we onze EC4 tweetraps composieten vacuümpomp, VB160 vacuümverpakkingsfolie, PP180 peel ply, BR180 ontluchtingsdoek, ST150 afdichtingstape en een doorzakconnector.

Het onderdeel stofzuigen met een huishoudstofzuiger en stofzuigerzakken

Een alternatief voor de professionele apparatuur en materialen is het vacuümzuigen van kleine onderdelen met een minimum aan specialistische apparatuur. Voor dit proces heb je alleen de PP180 peel-ply en BR180 breather cloth nodig, samen met een huishoudstofzuiger en een afsluitbare stofzuigerzak.

Koolstofvezeldoek kan gemakkelijk worden geknipt met een gewone huishoudschaar. Als je regelmatig met koolstofvezel werkt, gaat een gespecialiseerde koolstofvezelschaar of koolstofvezelschaar jarenlang mee en wordt het werk nog eenvoudiger.

Om ervoor te zorgen dat je het koolstofvezeldoek in een rechte lijn snijdt, kun je een knip maken en een enkele koolstofvezeldraad uit het doek trekken, waardoor je een gemakkelijk te volgen snijlijn creëert.

In ons voorbeeld gebruiken we 6 lagen koolstofvezeldoek. Elke laag koolstofvezeldoek van 210 g is ongeveer 0,25 mm dik, dus 6 lagen resulteren in een laminaatdikte van ongeveer 1,5 mm.

Om ervoor te zorgen dat je het gelamineerde deel zo snel mogelijk onder vacuüm krijgt, is het belangrijk om je vacuümzak van tevoren voor te bereiden.

VB160 vacuümzakfolie wordt gesneden in een gevouwen vel dat aanzienlijk groter is dan het onderdeel dat u erin wilt plaatsen. Gebruik waar mogelijk een van de bestaande 'randen' van de vacuümzakfolie om de benodigde hoeveelheid afdichttape te verminderen.

ST150 afdichtingstape wordt rond de rand van de zak geplaatst, klaar om de seal te vormen. De randen kunnen van tevoren worden geseald, zodat slechts één rand niet is geseald, klaar om het onderdeel in te laden.

Er wordt een klein gat in de zak gemaakt en een TBC2 doorvoerconnector wordt door het gat aangebracht en stevig gesloten. Onder de connector wordt een stuk BR180 ontluchtingsdoek geplaatst om een luchtpad te garanderen tussen de connector en de plaats waar het onderdeel wordt geplaatst.

De TBC2 doorvoerconnector wordt aangesloten op de vacuümpomp. Dit kan rechtstreeks (vaak met een vrouwtje-vrouwtje ¼-draaikraan en 8mm ID slangpilaar) of, zoals in deze handleiding wordt gedemonstreerd, met een VC200 snelkoppeling.

EL2 epoxy lamineerhars is een uitstekende keuze voor hand layup van koolstofvezelonderdelen, inclusief onderdelen voor cosmetische afwerking, omdat het uitstekende mechanische eigenschappen combineert met een zeer goede helderheid en natuurlijke UV-stabiliteit. Het biedt ook een snelle wet-out van de wapening en minimale luchtbellen.

EL2 moet nauwkeurig worden afgemeten en grondig worden gemengd volgens de instructies. Eenmaal gemengd is de pot-life van de hars ongeveer 10 minuten en dus moet je onmiddellijk beginnen lamineren.

De truc om een onderdeel van koolstofvezel correct met de hand te lamineren is om de wapening voorzichtig te behandelen en niet te veel te slepen met de borstel of roller, en ook om niet te veel hars te gebruiken waardoor het onderdeel zwaarder wordt dan nodig is.

Begin met het aanbrengen van een flinke laag hars direct op de mal. Maak je geen zorgen als de hars lijkt te trekken en in strepen lijkt te 'vissen', dit is heel normaal, vooral op een sterk gewaxte mal.

Plaats de eerste laag voorgesneden koolstofvezeldoek direct op de natte hars in de mal. De hars op de mal moet helpen om het koolstofdoek op zijn plaats te 'plakken' terwijl je het koolstofvezeldoek steeds dieper in het oppervlak van de mal drukt, waarbij je de hars door het doek drukt.

Zodra het doek volledig bevochtigd lijkt te zijn, kan een nieuwe laag hars worden aangebracht, waardoor de eerste laag doek vrij harsrijk wordt en vervolgens kan de volgende laag droog koolstofdoek worden toegevoegd aan de natte hars. Druk nogmaals, zonder meer hars toe te voegen, de wapening tegen het oppervlak van de mal, waardoor de hars van onderaf in de nieuwe laag doek wordt gedreven.

Dit proces wordt herhaald totdat alle lagen koolstofvezeldoek in de mal zijn gelamineerd.

Op dit punt is het lamineren klaar en als je niet van plan bent om het onderdeel in een vacuümzak te doen, kun je het gewoon laten uitharden. Als alternatief kun je in de volgende stappen de 'professionele apparatuur' of 'huishoudelijke apparatuur' methoden voor vacuümzakken volgen.

Er zijn veel verschillende combinaties van verbruiksgoederen voor vacuümzakken en vacuümdruk die kunnen worden gebruikt om een nat gelaagd laminaat te vacuümzuigen en de juiste keuze hangt af van de prioriteiten voor het afgewerkte werkstuk. In het geval van dit onderdeel ligt onze prioriteit bij het bereiken van de best mogelijke oppervlakteafwerking. We hebben ontdekt dat dit het beste kan gebeuren met een laag vacuümniveau (ongeveer 20%) in combinatie met een peel-ply en een ontluchtingsdoek. Als je een hoogvacuümpomp gebruikt, zoals onze EC4, moet je een vacuümregelaar gebruiken om het vacuümniveau terug te brengen van bijna 100% naar slechts 20%. Als 100% vacuüm (of bijna) wordt gebruikt, vooral bij deze vacuümzakstapel, wordt er te veel hars uit het laminaat gehaald, wat resulteert in een zwakker laminaat en een pin-holed oppervlak.

PP180 peel-ply wordt op maat gesneden en rechtstreeks op het natte laminaat gelegd. Peel-ply is een geweven nylon doek waar overtollige hars gemakkelijk in kan worden opgenomen en doorheen kan worden gehaald, maar dat over het algemeen zonder al te veel moeite van het uitgeharde laminaat kan worden verwijderd.

Vervolgens voegen we een laag BR180 ontluchtingsdoek toe. Dit is een niet-geweven viltachtig materiaal dat een luchtpad naar de vacuümpompconnector in stand houdt en ook overtollig hars absorbeert.

Met de peel-ply en het ontluchtingsfilter op hun plaats wordt de mal in de vooraf gemaakte vacuümzak geplaatst en wordt de afdichttape verzegeld om de zak rond de mal en het onderdeel te sluiten.

Vervolgens wordt de vacuümpomp ingeschakeld en de vacuümregelaar ingesteld op 20% vacuüm.

De vacuümzak moet zorgvuldig geplaatst en gemanipuleerd worden zodat er geen overbrugging van de folie aan de binnenkant van de hoeken is en de folie volledig in alle details en contouren van de mal wordt gedrukt.

Laat de vacuümpomp nu draaien terwijl de hars zijn eerste uitharding bereikt; met de EL2 epoxy lamineerhars en de AT30 FAST verharder duurt dit ongeveer 6 uur. Op dat moment kan de pomp worden uitgeschakeld terwijl de hars volledig uithardt.

Als het onderdeel volledig is uitgehard, kan het uit de mal worden gehaald. Pas op voor scherpe splinters. Een volledig uitgehard onderdeel moet een scherp 'rinkelend' geluid maken als erop geslagen wordt. Een dof geluid bij het slaan is een indicatie dat de hars niet volledig is uitgehard; in dit geval moet het onderdeel terug in de mal zodat het niet vervormt terwijl het wel volledig is uitgehard.

Als alternatief voor het vacuümzuigen met conventionele professionele apparatuur bevat deze handleiding richtlijnen over hoe een klein koolstofvezelonderdeel succesvol kan worden vacuümgezogen met een huishoudelijke stofzuiger en herbruikbare vacuümzakken.

Onze eigen tests hebben aangetoond dat de meeste stofzuigers voor huishoudelijk gebruik ongeveer 20% vacuüm genereren, wat het ideale vacuümniveau is om de beste cosmetische afwerking te verkrijgen.

Om deze methode te volgen, wordt na het aanbrengen van de peel-ply en de ademende laag op het natte laminaat, de mal in een vacuümzak geplaatst en verzegeld met de normale verzegeling van de zak. Een stofzuiger wordt dan aangesloten op het ventiel van de zak en gebruikt om de zak vacuüm te zuigen, waarna de stofzuiger wordt uitgeschakeld en de dop weer op het ventiel wordt geschroefd. Net als bij de professionele methode is het belangrijk om de vacuümzak zorgvuldig te plaatsen en te manipuleren om brugvorming te voorkomen, zodat de zak perfect de contouren van de mal volgt.

Het onderdeel kan nu volledig uitharden voordat het wordt ontvormd.

In deze tutorial hebben we het 210g 2x2 twill 3k koolstofvezeldoek gebruikt dat in de lamineerstarterkit zit. Dit type koolstofvezeldoek is veruit ons populairste doek en heeft het klassieke diagonale weefpatroon dat mensen het meest associëren met koolstofvezel. Het heeft ook uitstekende mechanische eigenschappen en is - zoals alle versterkingen van Easy Composites - van topkwaliteit met een uitstekend cosmetisch uiterlijk.

Bij gebruik van het wet-layup proces kan een enorm scala aan alternatieve versterkingen worden gebruikt; in feite kan vrijwel elk type droge composietwapening met dit proces worden gebruikt. Dit betekent dat hybride versterkingen zoals koolstof/Kevlar of gekleurde koolstofvezels kunnen worden gebruikt, samen met koolstofvezels met een reusachtig patroon, geweven glas, pure Kevlar wapening en zelfs natuurlijke vezelversterkingen. Experimenteer gerust met verschillende geweven versterkingen voor je projecten.