Inleiding tot Out-of-Autoclave Prepreg koolstofvezel

Prepregs' zijn een soort composietwapening zoals koolstofvezel of glasvezel waarin de geactiveerde harsmatrix al is geïmpregneerd.

Er zijn twee belangrijke methodes om prepreg composietmaterialen uit te harden: in een uithardingsoven en in een autoclaaf. Het verschil tussen deze twee apparaten is de druk; een autoclaaf is een drukkamer (zoals de luchtketel op een luchtcompressor) terwijl een hardingsoven alleen normale atmosferische druk binnenin heeft.

Omdat een autoclaaf een groot drukvat is, en vooral omdat het een drukvat is dat een grote deur moet hebben voor toegang, zijn het - noodzakelijkerwijs - grote en dure apparaten. In de industrie vind je zelden een autoclaaf voor minder dan 50.000 pond (60.000 euro, 70.000 dollar) en grotere vaten kosten vaak aanzienlijk meer. Het zijn ook zeer grote, zware apparaten die duur zijn in het gebruik en die regelmatig inspectie en onderhoud vereisen om hun veiligheid te garanderen.

Het uitharden van prepreg laminaten vereist een nauwkeurig gecontroleerde temperatuur (meestal 100-150°C), een goede luchtcirculatie en vacuümleidingen in de oven of autoclaaf zodat het vacuüm gedurende de uitharding op het onderdeel kan worden gehandhaafd.

Omdat de harsmatrix in een prepreg al is geactiveerd (d.w.z. gemengd met de verharder) tijdens het prepreggen, hardt de hars - theoretisch - al uit vanaf het moment van productie. Gelukkig zorgt de zeer lage reactiviteit van de harsen die meestal worden gebruikt in prepregs ervoor dat ze ongelooflijk langzaam uitharden bij kamertemperatuur, waardoor de prepreg kan worden opgeslagen en verwerkt bij kamertemperatuur voor een beperkte tijd, die bekend staat als de outlife van de prepreg. In het geval van de XPREG® XC110 prepreg die in deze handleiding wordt gebruikt, is deze levensduur minstens 6 weken.

Door de prepreg in een vriezer bij -20° te bewaren, kan de levensduur van de nog niet uitgeharde prepreg worden verlengd tot vele maanden of zelfs jaren. De tijd dat de prepreg veilig kan worden opgeslagen bij -20° staat bekend als de vrieslevensduur. In het geval van het XC110 systeem is de vrieslevensduur minstens 12 maanden.

Een groot voordeel van het werken met prepregs is dat het materiaal uiterst nauwkeurig kan worden gesneden in de verschillende delen die nodig zijn om het onderdeel te lamineren. Wanneer een onderdeel voor de eerste keer gelamineerd wordt, is het gebruikelijk om te beginnen met het maken van tijdelijke papieren of afplakband 'sjablonen' van de verschillende gevormde stukken. Deze tijdelijke sjablonen kunnen worden overgebracht op de prepreg, afgetekend en uitgesneden.

Zodra de stukken wapening proefgepast zijn in de mal, worden de tijdelijke mallen vaak aangepast en verfijnd tot ze perfect passende stukken wapening produceren. Op dit punt kunnen de tijdelijke mallen worden overgebracht op duurzamer materiaal zoals plastic folie om te worden bewaard en steeds opnieuw te worden gebruikt.

Als je eenmaal je snijsjablonen hebt gemaakt, wordt de omtrek meestal overgebracht op de prepreg door met een markeerpen rond de buitenkant van de snijsjabloon te tekenen.

In niet-uitgeharde toestand is prepregwapening zeer gemakkelijk te hanteren en snijden gaat meestal het best met een scherp mes.

Prepregs kunnen worden geknipt met een schaar, maar de kleverige hars op het materiaal heeft de neiging zich op te hopen op de schaar, waardoor deze verstopt raakt en schoongemaakt moet worden.

Voordat je begint met het lamineren van je eerste prepreg onderdeel, is het belangrijk om te bedenken welke mallen geschikt zijn voor prepreg verwerking. In deze tutorial gebruiken we een mal die zelf gemaakt is van prepreg koolstofvezel met onze XT135 tooling prepreg die zeer geschikt is voor het maken van prepreg onderdelen.

De compatibiliteit van andere mogelijke matrijsmaterialen is als volgt:

• Prepreg koolstofvezel - Volledig compatibel
• Hoge temperatuur epoxy - Volledig compatibel
• Gehard glas - Volledig compatibel (voor vlakke platen/panelen)
• Aluminium - Volledig compatibel
• Roestvrij staal - Volledig compatibel
• Vinylester (zoals Uni-Mould) - Semi-compatibel, kan de oppervlakteafwerking beïnvloeden en moet rekening houden met de maximale uithardingstemperatuur.
• Gereedschapspaneel van polyurethaan (PU) - Niet compatibel; bij verhoogde temperatuur remt polyurethaan de uitharding van epoxy's.

Voordat u de pre-preg in de mal plaatst, moet u eerst uw lossingsmiddel aanbrengen volgens de instructies. In dit geval is EasyLease gebruikt.

De verwerking van de pre-preg is relatief eenvoudig, maar er moet goed op gelet worden dat het materiaal goed in de mal ligt. Werk over het algemeen vanuit het laagste punt in het midden en werk systematisch uit zodat je geen hoeken of details overbrugt.

Hier kan lamineergereedschap, dibbers genaamd, worden gebruikt om de pre-preg in de mal te drukken. Dit gereedschap kan met de hand worden gemaakt, kant-en-klaar worden gekocht of randen van ander gereedschap gebruiken, bijvoorbeeld het handvat van een schaar. Ook hier is het belangrijk dat er geen bruggen of holtes zijn. Als je andere stukken rond krappe hoeken of details legt, kan het materiaal kreuken of omhoog komen. Op deze plaatsen kan een composietsnijder worden gebruikt om kleine sneden te maken zodat het materiaal kan overlappen en zich naar de mal kan vormen.

Voor de gebogen rand van de mal is de pre-preg gesneden onder een hoek van 45 graden ten opzichte van het weefpatroon. Dit helpt bij het opleggen. Het materiaal buigt en drapeert veel beter, waardoor snijlijnen alleen nodig zijn bij de scherpste hoeken. Het is goed om te weten dat 9 van de 10 defecten aan pre-preg onderdelen worden veroorzaakt door overbrugging van het laminaat en/of een stapeling van zakken, dus speciale zorg in deze stadia is essentieel voor een onderdeel van goede kwaliteit.

In dit stadium wordt de mal ontbulkt. Ontbulken helpt de weefselconsolidatie te verbeteren en pinholes en holtes op het oppervlak van het onderdeel te voorkomen. Dit is vooral belangrijk voor grotere onderdelen of onderdelen met meerdere lagen materiaal.

Om te ontkisten breng je eerst een laag geperforeerde loslaatfolie aan en vervolgens een laag ademend doek. De hele mal wordt dan in een vacuümzak geplaatst en de zak wordt vacuüm getrokken. Zoals gebruikelijk bij het vacumeren, moet u er bij het vacumeren voor zorgen dat de folie goed in alle hoeken en details komt, zodat er geen bruggen ontstaan. De zak wordt vervolgens minstens 10 minuten onder volledig vacuüm gehouden om het ontzamproces te voltooien. Eenmaal ontkruld zie je dat het materiaal veel beter geconsolideerd is tegen het oppervlak van de mal.

De backing ply is een veel dikker 416g materiaal en is daarom iets moeilijker om te lamineren en aan de mal te laten voldoen. Afgezien van dit verschil in dikte is het proces echter identiek aan dat van de toplaag, waarbij je er opnieuw extra op moet letten dat er geen brugvorming ontstaat over de maldetails en hoeken.

Voor dit onderdeel is slechts één backinglaag nodig. Voor grotere en dikkere onderdelen kun je indien nodig extra lagen gebruiken.

Nu de pre-preg volledig is opgebouwd, kan het onderdeel vacuüm worden verpakt, klaar om uit te harden. Dit begint met het aanbrengen van een niet-geperforeerde release film op de pre-preg. Het is essentieel dat deze laag, net als het laminaat zelf, voorzichtig en zonder bruggen op het maloppervlak wordt gedrukt. Eenmaal op het maloppervlak wrijf je met een doek om de release film stevig op het materiaal te drukken. Indien nodig kunt u flash release tape gebruiken om de folie op zijn plaats te houden.

Voor dit formaat onderdeel is het alleen nodig om een ontluchter aan de onderkant en rand van het onderdeel te hebben om een luchtpad te creëren. Het niet hebben van een ontluchter op het materiaaloppervlak helpt bij complexe vormen, omdat de ontluchter niet in de weg zit als de vacuümzak in de krappe hoeken en details moet komen.

De zak die wordt gemaakt is een enveloppezak waarbij de mal direct in de zak wordt geplaatst. Dit is gebruikelijk bij de productie van kleinere pre-preg onderdelen omdat het perfect mogelijk is om meerdere kleine onderdelen in één grote vacuümzak te plaatsen en ze allemaal samen uit te harden. Het verbindingsstuk voor de doorgaande zak wordt op een hoek van de ontluchter geplaatst om ervoor te zorgen dat er een ononderbroken luchtpad is.

Begin met het trekken van een gedeeltelijk vacuüm en stop waar nodig om de verpakkingsfolie te positioneren en te verplaatsen. In dit stadium is het essentieel om de folie in alle hoeken en uitsparingen van de mal te krijgen. Als het vacuüm toeneemt, wordt de overtollige folie in de vouw in de hoek getrokken om te voorkomen dat de folie elkaar overlapt. Als je zeker weet dat de zak goed gepositioneerd is, kun je een volledig vacuüm trekken. Als het vacuüm volledig is, voer dan een lektest uit van minstens 10 minuten.

Nu de zak naar beneden is getrokken en met succes op lekkage is getest, kan hij in de oven worden geplaatst om uit te harden. Plaats de zak voorzichtig in de oven en zorg ervoor dat de zak niet kan blijven haken of haken aan de randen, waardoor er een gaatje ontstaat. Sluit de vacuümleiding aan in de oven en sluit de pomp aan op de assemblage buiten. U kunt nu de pomp laten draaien zodat de zak tijdens het uitharden onder volledig vacuüm blijft.

Sluit de ovendeuren, zet de oven aan en programmeer de cyclus die je wilt gebruiken. Dit kan op de oven zelf of op een pc/laptop met behulp van de optionele programmeerkabel. We raden aan de cycli te volgen die beschreven staan in de Pre-preg TDS- en verwerkingsgids. U kunt nu de cyclus uitvoeren die u hebt geprogrammeerd of geselecteerd.

Laat het onderdeel na het uitharden in de oven volledig afkoelen tot kamertemperatuur voordat u het ontvormt. Als u dit niet doet, kunnen er oppervlaktedefecten ontstaan en kan het cosmetische oppervlak van het onderdeel beschadigd raken. Haal het onderdeel uit de oven zodra het afgekoeld is en verwijder de beschermfolie. De loslaatfolie moet gemakkelijk los te trekken zijn. Gebruik in dat stadium wiggen of andere puntige voorwerpen om de randen van het onderdeel voorzichtig los te maken van de mal. Het kan nodig zijn om systematisch rond de mal te werken om het onderdeel gelijkmatig uit de mal te tillen totdat het loskomt.

Het ontvormde onderdeel moet dan alleen nog worden bijgesneden en afgewerkt met een geschikt roterend snijgereedschap en hardmetalen schuurgereedschap en -papier om het onderdeel een schone en mooie rand te geven. Het afgewerkte koolstofvezelonderdeel kan nu in gebruik worden genomen.