Productie van koolstofvezelmatrijzen op hoge temperatuur met harsinfusie

Tijdens deze video leer je de vereisten en methoden voor het maken van een geschikt patroon. Vervolgens wordt de methode voor het leggen van de hoge temperatuur mal gedemonstreerd, inclusief de verschillende overwegingen die specifiek zijn voor hoge temperatuur en het infusieproces. We voegen ook een aangepaste 'tackifier' toe die je kunt gebruiken in plaats van spuitlijm.

De stapel infuuszakken en de infusie zelf komen ook aan bod, gevolgd door de juiste uitharding en verwerking na uitharding.

Tot slot wordt het trimmen en afwerken van de mal getoond.

Geschikt patroon - Zie sectie 2 hieronder.

CR1 Easy Lease Chemisch lossingsmiddel. - Wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat de geïnfuseerde mal niet aan het patroon blijft kleven.

Vacuümzak-gomtape - Wordt op de patroonflens geplaatst om de vacuümzak tegen af te sluiten.

Carbon Fibre 2x2 Twill Weave 210g geweven doek - gebruikt op beide maloppervlakken voor een fijne afwerking en een uitgebalanceerde lay-up.

Koolstofvezelvliesmat van 300 g - gebruikt in krappe hoeken en details om te zorgen dat er geen holtes ontstaan op die moeilijke plekken.

Koolstofvezel 2x2 Twill Weave 450g geweven doek - De belangrijkste bulkversterking om de mal sterker en dikker te maken.

ML3 Multi Layer Infusion Media - Gecombineerde Peel ply en infusion mesh eigenschappen in één materiaal.

Harsinfusiespiraal - Helpt de hars van de toevoerleiding naar het onderdeel te verdelen.

MTI® Slang - Microporeuze vacuümleiding - Zorgt ervoor dat de hars stopt met stromen aan de rand van het onderdeel en voorkomt dat overtollige hars in de opvangbak terechtkomt terwijl de hars elders infuseert.

6 mm PVC-vacuümslang - Gebruikt om de harsinvoer en vacuümleidingen aan te sluiten op de zak.

Silicone verbindingsstuk voor harsinfusie - Gebruikt om de slangen door de vacuümzak te laten steken.

VB160 Vacuümzakfolie - Creëert de vacuümzak die nodig is voor de infusie.

SQUEEZEE Professionele Infuuslijnklem - gebruikt om vacuüm- en harstoevoerleidingen af te klemmen.

Vac Checker® Precisie Digitale Vacuümmeter - gebruikt om lekken te helpen identificeren tijdens de lekdalingstest.

EC4 Compact Composites Vacuümpomp - gebruikt om vacuüm te trekken en te houden op de zak tijdens de harsinfusie.

CP1 Resin Infusion Catch Pot - Wordt gebruikt om te voorkomen dat er hars in de pomp terechtkomt.

EL160 Hoge Temp Epoxy Lamineerhars - De hars die gebruikt wordt om de mal in te smeren, waardoor deze de benodigde hoge temperatuur krijgt.

Kunststof ontvormwiggen - Helpen bij het verwijderen van ML3-infusiemedia en bij het verwijderen van de mal van het patroon.

Perma-Grit wigschuurblok groot - gebruikt om de ruwe snijranden van de mal af te werken en glad te maken.

Mirka P1200 nat en droog schuurpapier - Voor het vlak maken van het maloppervlak.

S120 Advanced Board & Mould Sealer - Herstelt de glanzende afwerking van de mal.

Matrijzen voor hoge temperaturen kunnen op verschillende manieren worden gemaakt, elk met hun voor- en nadelen.

Metalen matrijzen kunnen worden gebruikt voor toepassingen met grote volumes of waar de maatnauwkeurigheid niet zo kritisch is. De belangrijkste nadelen zijn de kosten van de billet en de bewerking ervan en het feit dat bij hoge temperaturen de hoge CTE van het metaal de maatnauwkeurigheid beïnvloedt.

Tooling Pre-preg Carbon mallen worden ook vaak gebruikt en met de lage CTE van de afgewerkte mal werken ze goed waar maatnauwkeurigheid belangrijk is. Het grootste nadeel is dat het patroon temperatuurbestendig moet zijn voor de eerste uitharding van de pre-preg.

Bij het met de hand opleggen van een hoge temperatuur mal wordt meestal een hoge temperatuur gelcoat gebruikt en lamineerhars, meestal gelegd met koolstofvezel. Dit is de meest toegankelijke methode, maar de nadelen zijn dat je enige vaardigheid moet hebben om een void free laminaat van goede kwaliteit te krijgen en het feit dat de gelcoatlaag een licht onevenwichtige lay-up kan veroorzaken die in sommige gevallen vervorming of kromtrekken van de mal kan veroorzaken.

Met hars geïnfuseerde mallen hebben veel van de voordelen van tooling pre-pregs met een lage CTE en hoge temperatuurbestendigheid. Ze hebben ook de mogelijkheid om patroonmaterialen te gebruiken die bestand zijn tegen lagere temperaturen vanwege de uitharding bij lage temperaturen, wat betekent dat je de goedkopere modelplaten op basis van polyurethaan en andere patroonbouwmaterialen kunt gebruiken die ongeschikt zijn voor uitharding bij hoge temperaturen. Een gelcoat moet worden vermeden voor maatnauwkeurige onderdelen om lichte vervorming of kromtrekken te voorkomen die kunnen optreden bij handgemaakte mallen.

Modelplaten op PU-basis zijn ideaal voor geïnfuseerde mallen omdat het materiaal goedkoper is dan het epoxy gereedschapblok en het net zo gemakkelijk kan worden bewerkt tot een goede afwerking.

In dit geval werd het patroon gemaakt in Epoxy Tooling Board omdat het al was gebruikt om een mal te maken op basis van pre-preg. Idealiter is het nodig om een grotere flens te hebben om het proces van infuseren en opzakken te vergemakkelijken.

De modelplaat is machinaal bewerkt en vervolgens afgewerkt met S120 Advanced Board Sealer om het oppervlak te verzegelen en het patroon een hoogwaardige glanzende afwerking te geven. Daarna is het behandeld met 6 lagen CR1 Easy Lease Chemical Release Agent om ervoor te zorgen dat de afgewerkte mal probleemloos loslaat van het patroon.

Voordat de wapening werd gelegd, is de gomtape rond de flens gelegd om ervoor te zorgen dat deze op een schoon en vezelvrij oppervlak komt, klaar voor de infusie.

Voor deze specifieke lay-up is het perfect mogelijk om alle vezels op te leggen zonder een kleefspray te gebruiken om de vezels op hun plaats te houden. Traditionele kleefspray kan het oppervlak beschadigen, dus op de mal moet waar mogelijk worden vermeden. Het is mogelijk om het oppervlak op 2 manieren kleverig te maken met de EL160 High Temp Epoxy hars. Ten eerste breng een zeer dunne laag van de hars aan en laat het gedeeltelijk uitharden tot het kleverig begint te worden in 2-3 uur. Ten tweede is het mogelijk om een doe-het-zelf tackifier spray te maken door wat van de hars te mengen en het te laten zitten tot het einde van de potlife, net wanneer het begint te geleren. Voeg dan aceton toe in een verhouding van 2 delen aceton op 1 deel hars, meng en breng het aan op het oppervlak. De kleine spuitflessen zijn ideaal voor het aanbrengen. Binnen een paar minuten is het spraymengsel zeer kleverig en klaar voor het aanbrengen van de stof.

De eerste laag van de mal maakt gebruik van een lichter geweven 210g twill doek. Dit geeft zowel een glad oppervlak als een goede drapeerbaarheid over de rondingen en details van de mal. Aangezien dit een niet-cosmetische toepassing is, is het perfect aanvaardbaar om te knippen en te overlappen op plaatsen met moeilijke details.

Als er gebieden zijn met lastige en krappe details, is een niet-geweven mat van koolstofvezel ideaal om die gebieden en details op te vullen die potentiële gebieden voor holten of overbruggingen kunnen worden. De niet-geweven mat kan worden gesneden en geplaatst waar nodig, zodat het detail gladder wordt voor de volgende lagen wapening.

De gewenste totale dikte van de mal bepaalt hoeveel versterking nodig is om de mal de nodige sterkte te geven. Een typische mal als deze zou variëren tussen 2 en 10mm in dikte, waarbij 2mm een hele kleine mal is en 10mm een grote mal zoals voor een chassis of romp. In dit geval is 5mm ongeveer goed voor de mal die wordt gemaakt.

In dit geval betekent dit dat er 8 lagen van de 450 g Twill Woven Carbon Fibre nodig zijn om de gewenste dikte te krijgen. Omdat de sterkte van de mal over het algemeen niet zo belangrijk is, kan dit een ideale gelegenheid zijn om verschillende snijresten en stukken stof te gebruiken die je misschien niet voor cosmetische onderdelen gebruikt. Ook goedkopere overschot- en discountmaterialen zijn ideaal voor het maken van mallen.

Om de lay-up van het laminaat af te maken, wordt een laatste laag keperweefsel van 210 g gebruikt. Hoewel dit niet zo kritisch is voor deze specifieke vorm van de mal, is het een goede gewoonte om een gebalanceerde lay-up te hebben zodat er tijdens het uithardingsproces en daarna weinig of geen vervorming of kromtrekken van de mal optreedt.

Op dit punt worden de overtollige randen van het materiaal afgeknipt, klaar voor het aanbrengen van de infuuszakstapel.

In veel gevallen wordt voor de infuusstapel een traditionele peel ply en infuusmat gebruikt. In dit geval wordt echter het ML3 Multi Layer Infusion-medium gebruikt. Dit materiaal fungeert in feite als schillaag en gaas in één materiaal. De belangrijkste voordelen zijn een snellere plaatsing en een veel eenvoudigere verwijdering na infusie. Traditionele peel ply en infusiematten kunnen moeilijk te verwijderen zijn, vooral bij complexere infusies. De ML3 is veel gemakkelijker te verwijderen.

De ML3 past zich aan gematigde rondingen en details aan, maar kan eenvoudig worden afgesneden en overlapt waar nodig. Het is belangrijk dat er geen openingen zijn en dat alle stof bedekt is.

Vervolgens worden de infusiespiraal en de harsinfusie siliconenconnector op hun plaats bevestigd. Om de bewegingsafstand te minimaliseren, wordt de spiraal op de middellijn van het onderdeel geplaatst. Omdat het een dik laminaat en een mal is, is doordrukken, hoewel onwaarschijnlijk, in dit geval geen probleem.

Voor de vacuümleiding moet de MTI-slang aan beide zijden van de mal worden gebruikt om ervoor te zorgen dat de hars stroomt waar dat nodig is. De slang zorgt ervoor dat het vacuüm in het droge gedeelte van de onderdelen blijft en helpt de harsstroom in stand te houden totdat het laminaat volledig is bevochtigd.

In dit stadium worden de VB160 vacuümverpakkingsfolie en extra gumtape-plooien op de set-up aangebracht om een verzegelde zak voor de infusie te maken. Er wordt voor gezorgd dat slechts een klein deel van het rugpapier per keer van de gomtape wordt verwijderd om de kans te minimaliseren dat er vezels op de tape vallen.

Vervolgens worden de harsaanvoer- en vacuümleidingen naar de zak gevoerd en wordt de vacuümleiding afgeklemd. Omdat de MTI-slang zeer restrictief is voor de luchtstroom, worden de eerste lucht uit de zak gezogen en wordt de lektest uitgevoerd via de harsaanvoerleiding. Voor de eigenlijke infusie wordt de opstelling omgekeerd. Nu hoeft alleen nog maar de lektest te worden uitgevoerd om er zeker van te zijn dat de zak volledig is afgesloten.

De mal is nu klaar om te worden geïnfuseerd. In dit geval wordt de EL160 High Temp Epoxy Lamineerhars gebruikt vanwege de hoge temperatuureigenschappen die nodig zijn voor deze mal. De EL160 kan mallen maken die gebruikt kunnen worden tot 160C. Als uitharding bij hoge temperaturen geen probleem is, kan dezelfde techniek worden gebruikt met de standaard IN2 infusie epoxyhars.

De EL160 heeft een hogere viscositeit dan een typische infusiehars, dus de afstand waarover de hars moet stromen moet worden verkleind, zoals bij deze mal, om ervoor te zorgen dat de mal volledig infuseert binnen de potlife van de hars. Een tweede methode is om de infusie bij een verhoogde temperatuur uit te voeren door de hele mal in een oven van 40C te plaatsen. Bij die temperatuur wordt de viscositeit enorm verlaagd en kunnen snelle infusietijden worden bereikt.

De EL160 wordt afgemeten en gemengd net als elk ander harssysteem, met zorg voor nauwkeurig afmeten en grondig mengen. Zodra de hars volledig gemengd is, wordt de harsinvoerleiding geopend en wordt de hars in de mal geïnfuseerd. Ondanks de hogere viscositeit zorgde de zorgvuldige planning van de harsaanvoer- en vacuümleidingen ervoor dat deze mal in ongeveer 20 minuten volledig geïnfuseerd was. In dit stadium kunnen de hars- en vacuümleidingen worden vastgeklemd en kan de Initial Cure worden uitgevoerd.

Door de aard van de EL160 epoxy voor hoge temperaturen, is het noodzakelijk om de eerste uitharding uit te voeren bij een verhoogde temperatuur van 40°C. Als de mal alleen bij kamertemperatuur zou uitharden, zou de hars erg bros kunnen worden en dus kunnen afbreken en barsten tijdens het ontmallen.

Er zijn twee manieren om deze uitharding uit te voeren. Eerst laat je de mal 24 uur uitharden bij kamertemperatuur, daarna laad je de mal in zijn geheel in een oven en laat je hem nog eens 24 uur uitharden bij 40°C. Je kunt ook de mal direct na de infusie in een oven plaatsen en 24 uur uitharden bij 40°C.

Om te controleren of de mal volledig is uitgehard, buig je de hars toevoerleiding. De hars moet erg taai aanvoelen en tegen het buigen bestand zijn en mag niet barsten of breken. In dit stadium is de mal klaar om losgemaakt te worden van het patroon.

Haal de stapel zakken uit elkaar door eerst de vacuümverpakkingsfolie eraf te trekken. Verwijder vervolgens de ML3-laag. Dit laat veel makkelijker los dan een traditioneel gaas en een goede methode is om gewoon een paar zachte wiggen tussen de ML3 en het laminaat te duwen om het loslaatproces te starten en het er dan af te trekken.

Om de mal te ontvormen, kan het vrij moeilijk zijn om de stijve mal los te maken van het stijve patroon. Door de taps toelopende randen van de mal kan de mal echter snel worden losgemaakt door gelijkmatig wat wiggen rond de omtrek tussen het patroon en de mal te duwen.

Nu de mal is vrijgegeven, is het voor het realiseren van de hoge temperatuurcapaciteit van de hars noodzakelijk om een post-uitharding bij verhoogde temperatuur uit te voeren. In wezen moet de mal geleidelijk in temperatuur worden verhoogd tot de gebruikstemperatuur van de mal. Als de gebruikstemperatuur bijvoorbeeld 120°C moet zijn, dan moet de nabehandeling op zijn minst naar 120 of 130°C gaan. Om het maximale potentieel van het EL160-harssysteem te benutten, kan het worden uitgehard tot 160°C voor een gebruikstemperatuur van 160°C.

De reden voor de stapsgewijze na-uitharding is om overmatige verweking en mogelijke vervorming of kromtrekken van de mal tijdens de na-uitharding te voorkomen. Zelfs bij een stapsgewijze uitharding wordt de hars iets zachter, dus het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de mal ondersteund wordt tijdens de uitharding. Bij vlakke oppervlakken, zoals deze mal, kan de mal gewoon op een vlakke ondergrond worden gelegd tijdens de uitharding. Mallen die uit meerdere delen bestaan, moeten aan elkaar worden geschroefd om de vorm te stabiliseren en te zorgen dat de delen van de mal goed blijven passen.

In de meeste gevallen wordt de mal nagehard van het patroon. Dit komt door de verschillende CTE's van het patroonmateriaal en de mal zelf. De verschillende uitzettingssnelheden kunnen verdraaiing, vervorming of kromtrekken van de mal veroorzaken.

Als de nabehandeling is voltooid, kan de mal worden bijgesneden en afgewerkt. De flenzen kunnen gemakkelijk worden bijgesneden met een elektrisch gereedschap en daarna worden afgewerkt met een schuurblok en schuurpapier.

De mal kan dan worden bedekt met een lossingsmiddel en direct in gebruik worden genomen. In dit geval is er echter een zeer lichte textuur op het oppervlak van de mal door de poreusheid van de modelplaat die als patroon is gebruikt. Dit is weggeschuurd met 1200 korrel nat en droog schuurpapier. Het schuurt gemakkelijk en snel weg omdat het een positief gevolg is van de poreusheid van het oppervlak van de modelplaat.

De mal wordt dan gereinigd met MC1 Mould Cleaner voordat het bedekt wordt met 2 lagen S120 Advanced Board Sealer om de glans te herstellen. Het is belangrijk om de S120 in een lineair patroon aan te brengen en niet terug te keren totdat het is uitgehard, omdat dit zorgt voor een mooie gelijkmatige filmlaag.

Nu het oppervlak van de mal glad is en de glans is hersteld, kan de mal in gebruik worden genomen. De harsinfusie heeft een mal van hoge kwaliteit opgeleverd die ideaal is voor gebruik in omgevingen met hoge temperaturen tot 160°C.