Prepreg koolstofvezel onderdelen uitharden in een gewone oven

In de eerste fase worden de barrières rond het onderdeel gemaakt. Met pre-preg matrijzen hoeft de afgewerkte flens maar ongeveer 30 mm breed te zijn. Om de barrière te maken, is meestal een inerte kunststof zoals polypropyleen of polyethyleen ideaal, omdat dit gemakkelijk te hanteren en snijden is en omdat hars uit dergelijke kunststoffen gemakkelijker loslaat. In dit geval gebruiken we polypropyleen Fluted Sign Board om de barrières te maken.

Eerst worden met afplaktape sjablonen gemaakt en de barrières uitgesneden. Smeltlijm is ideaal om op zijn plaats te plakken. Er moet extra zorg aan worden besteed om het goed vast te zetten, omdat het het gietproces moet overleven. Vervolgens wordt het EasyLease CR1 lossingsmiddel aangebracht op de mal en de flenzen. Meestal zijn 6 lagen nodig, met 15 minuten tussen de lagen en 1 uur na de laatste laag voordat je verder gaat. Voor elke laag moet een nieuw stuk pluisvrije doekjes worden gebruikt om vervuiling van de release coating te voorkomen.

In dit stadium moeten we het onderdeel op de barrières afdichten. Dit is belangrijk om te voorkomen dat hars onder de randen uitloopt, waardoor het onderdeel mechanisch op zijn plaats vast komt te zitten. Dit wordt gedaan met de zachtgele vullingswas. Een klein beetje was wordt voorzichtig in alle openingen gedrukt en dan wordt een vijlgereedschap met bol uiteinde gebruikt om de was glad te strijken en af te werken. Overtollige was wordt dan verwijderd zodat er een nette gesloten rand overblijft. Het patroon is dan klaar voor het gietproces zelf.

Omdat de mal wordt gebruikt voor pre-preg, is het essentieel dat er materialen van hoge temperatuur worden gebruikt om de uitharding van de pre-preg te overleven. De mal wordt gemaakt met de materialen uit onze High Temperature Epoxy Mould Making Kit.

De eerste stap is het aanbrengen van de EG160 hoge temperatuur gelcoat. Dit gebeurt in twee stappen en vormt het harde polijstbare oppervlak op de mal. De gelcoat moet nauwkeurig worden afgemeten om goed uit te harden, dus gebruik een digitale weegschaal. Er wordt een kleine hoeveelheid van in totaal 75 g afgemeten en daarna grondig gemengd. Het is belangrijk om de bodem en zijkanten van de beker goed schoon te schrapen tijdens het mengen. Een batch van deze grootte moet doorgaans minimaal 1 minuut worden gemengd. De gelcoat wordt dan met een kwast aangebracht in een mooie gelijkmatige dikke laag van ongeveer 0,5 mm dik. De manier om dat te beoordelen is dat het ongeveer de dikste laag is die je kunt aanbrengen zonder dat het overmatig uitzakt of uitloopt. Verdeel de dikte gelijkmatig met een kwast en zorg ervoor dat het zich niet ophoopt in delen van de mal. Als het op sommige plekken te dik is, kan het tijdens het uitharden te heet worden en problemen veroorzaken. De gelcoat laat je vervolgens 2-3 uur zitten, waarbij je regelmatig controleert of hij in het B-fase is. Dit is wanneer de hars net is uitgehard, maar nog erg kleverig is. Dit is het ideale punt voor de tweede laag gel om te hechten en kruisverbindingen te maken met de eerste. De tweede laag wordt gewogen, gemengd en aangebracht op precies dezelfde manier als de eerste laag. Daarna laat je de laag nog een keer staan om de B-fase te bereiken.

Nu de tweede laag in het B-stadium is, is het tijd om de hoofdversteviging voor de mal toe te voegen. Hiervoor gebruiken we de EMP160 hoge temperatuur gietpasta. Dit is een erg handige en makkelijk te gebruiken oplossing voor kleinere mallen zoals deze. Om ervoor te zorgen dat er geen holtes ontstaan tussen de gel en de pasta, wordt een kleine hoeveelheid EG160 Gelcoat gemengd en dun op het oppervlak geborsteld als een koppelingslaag. De pasta wordt dan afgewogen en grondig gemengd tot een gelijkmatige deegachtige consistentie. Een partij van deze grootte heeft ongeveer 2 minuten nodig om grondig te mengen. Werk zorgvuldig door het mengsel om klontjes te verwijderen totdat je een gelijkmatige consistentie hebt. De pasta kan dan ongeveer 10 mm dik worden uitgesmeerd en in kleine tegels van 75 mm worden verdeeld. Zo voorkom je dat er lucht onder de pasta blijft zitten tijdens het lamineren. Elke tegel pasta wordt dan voorzichtig op het patroon aangebracht tot het hele oppervlak bedekt is. Het oppervlak wordt dan gladgestreken en netjes gemaakt voordat je het minimaal 24 uur laat uitharden.

EG/EMP160 kan worden uitgehard tot een vormbare toestand in 24 uur bij 25C, maar in dit stadium kan bros en gevoelig voor scheuren tijdens het ontvormen van meer complexe vormen. Daarom wordt in de meeste gevallen aanbevolen om de eerste uitharding uit te voeren bij 40C (waarbij de uithardingstijd kan worden teruggebracht tot 12 uur). Het uitvoeren van de eerste uitharding bij 40C is laag genoeg om vervorming van het patroon te voorkomen, terwijl nog steeds de hars uithardt tot een voldoende niet-brosse toestand om te ontvormen zonder risico op schade.

Aanbevolen: 12 uur @ 40C

Alternatief: 24 uur (min) @ 25C - Waarschuwing: Hars zal erg broos zijn voor uitharding

Nu de mal is uitgehard, is het tijd om de flenzen en het patroondeel te verwijderen. Met een goed aangebracht losmiddel moeten de barrières en het patroon met weinig kracht te verwijderen zijn.

Nu kan de mal worden bijgesneden en gefrijnd en kunnen eventuele resten van vijlwas van het oppervlak worden verwijderd. Er kan veel gewoon gereedschap worden gebruikt, maar in dit geval wordt een schuurblok en schuurpapier gebruikt om de randen glad te maken.

In dit geval hebben we een paar heel kleine defecten die worden veroorzaakt door luchtbellen die onder de gel zitten. Deze kunnen eenvoudig worden verholpen door het gebied te spijkeren, een kleine hoeveelheid gelcoat te mengen en de holtes op te vullen. Na uitharding kunnen de gebieden indien nodig vlak worden geschuurd en gepolijst.

Als deze mal op kamertemperatuur zou worden gebruikt, zou hij nu klaar zijn voor gebruik. Maar omdat we deze mal willen gebruiken met het XC110 Pre-preg systeem, moeten we de mal conditioneren zodat hij tot 120°C kan weerstaan. Dit wordt gedaan met behulp van een proces dat Post Cure wordt genoemd. Eenvoudig gezegd is dit een geleidelijke uitharding in de oven tot een temperatuur net boven de gebruikstemperatuur voor het beoogde gebruik van de mal. In dit geval willen we de matrijs tot 120°C gebruiken en wordt de uitharding uitgevoerd tot 135°C. De post-uitharding wordt langzaam uitgevoerd om de harsen volledig te laten kruisen terwijl de temperatuur geleidelijk toeneemt. Je wilt niet dat de temperatuur te snel stijgt, want dan kun je oppervlakteafdrukken krijgen en kan de mal kromtrekken en vervormen.

Normaal gesproken zou een post-uitharding worden uitgevoerd in een professionele tafelmodel oven, maar deze video is bedoeld om mensen te laten kennismaken met pre-preg, dus in de meeste gevallen zul je hier niet over beschikken en is een eenvoudige huishoudoven de enige optie. Hoewel het niet ideaal is, is het mogelijk om een huishoudoven te gebruiken om pre-preg uit te harden en bruikbare resultaten te krijgen. Door de thermostatische regeling van huishoudovens is het niet waarschijnlijk dat je precies de temperatuur krijgt die je instelt. Daarom moet je een thermometer met een temperatuursonde op afstand gebruiken om de temperatuur in de oven te meten. Dit Uni-T digitale thermokoppel is het model dat wij hebben gebruikt, maar vergelijkbare modellen zouden net zo goed moeten werken. De temperatuursonde zelf wordt dan in het midden van de oven geplaatst en de prestaties van de oven worden dan geprofileerd om de prestaties te beoordelen. In dit geval is er een verschil van ongeveer 10°C, wat betekent dat we hiermee rekening moeten houden bij het kiezen van de instelpunten van de oven. In dit geval willen we ervoor zorgen dat de piektemperatuur niet boven de 50°C stijgt, dus moeten we deze instellen op 40°C.

Nu we de prestaties van de oven hebben beoordeeld, kunnen we de mal in het midden van de oven plaatsen en de post cure uitvoeren. Dit wordt gedaan in overeenstemming met de post cure cyclus in het EMP160 technische informatieblad. In dit geval moeten we beginnen bij 50°C en het 2 uur op die temperatuur houden voordat we het elke 2 uur in stappen van 12°C oprollen tot we 34°C bereiken. Eenmaal op die temperatuur houden we het nog eens 3 uur voordat we het uitschakelen en de oven en mal laten afkoelen tot kamertemperatuur. Om af te sluiten breng je 6 lagen CR1 Mould Release agent aan volgens het patroon en de mal is nu klaar voor gebruik.

Nu gaan we het onderdeel zelf lamineren. De materialen die vanaf nu worden gebruikt zijn te vinden in onze Prepreg Carbon Fibre Evaluation Kit, die is ontworpen voor degenen die net beginnen met het maken van hun eerste paar kleine onderdelen. De XC110 Pre-preg is speciaal ontworpen om uit de autoclaaf onder vacuüm in een oven te worden verwerkt en geeft dus veel betere oppervlakteresultaten dan een typische pre-preg die op deze manier in de autoclaaf wordt verwerkt.

De eerste stap is het maken van nauwkeurige sjablonen. De snelste en gemakkelijkste manier om dit te doen is door afplakband te gebruiken. De tape wordt gemarkeerd met de gewenste vezelrichting om de sjablonen te helpen uitlijnen voor het knippen van de stof. De sjablonen worden overgebracht op karton en dan wordt er een klein verlengstukje van 5 mm aan toegevoegd om de verschillende delen te laten overlappen. De sjablonen worden vervolgens gebruikt om de snijlijnen op de pre-preg zelf af te tekenen. De sjablonen kunnen relatief dicht op elkaar worden genest om afval te minimaliseren, wat kan helpen om de kosten van het materiaal te compenseren. De pre-preg kan vervolgens gemakkelijk worden gesneden met een scherp mes of een schaar van goede kwaliteit.

Hoewel het niet kritisch is, leg je de pre-preg normaal gesproken met de papieren achterkant naar beneden. Vaak kun je de plastic achterkant laten zitten terwijl je de pre-preg aanbrengt, wat het omgekeerde betekent: het blijft kleefvrij en dat kan helpen bij het aanbrengen. Als het echter beter moet draperen, verwijder je de backing. De pre-preg wordt dan voorzichtig in de mal gedrukt, waarbij speciale aandacht wordt besteed aan de hoeken en details van de mal. Dit gebeurt met een dibber en het is belangrijk om brugvorming in het materiaal te voorkomen. Een lichte tik met de dibber kan eventuele overbruggingen vaak benadrukken met een iets doffer geluid. Het gemak en de precisie van het aanbrengen van pre-preg in vergelijking met normale droge weefsels maakt het sneller te leren en maakt het een veelgebruikte keuze in de high-end motorsport en ruimtevaart.

Een debulk helpt om het materiaal op het matrijsoppervlak te drukken en te consolideren en lucht af te voeren. Hoewel dit niet altijd nodig is bij dunne laminaten, en het proces al enigszins wordt bemoeilijkt door het gebruik van een huishoudoven, zou de debulk moeten helpen bij het verbeteren van de cosmetische afwerking.

De eerste stap is om het onderdeel te bedekken met de R120 geperforeerde loslaatfolie, waarbij je de tijd neemt om de folie met een doek op te wrijven om ervoor te zorgen dat de folie in alle hoeken en details komt. Plooien in de folie zijn geen probleem omdat ze een luchtpad vormen. Vervolgens wordt er een laag ademend doek op het onderdeel aangebracht en ten slotte wordt er een kleine vacuümzak gemaakt met de VB160 zakjesfolie. De zak wordt vervolgens geseald met de ST150 Gum Tape, de Through bag connector wordt aangebracht en er wordt een vacuüm getrokken. De zak wordt verschoven en gepositioneerd terwijl het vacuüm wordt getrokken om ervoor te zorgen dat er geen bruggen ontstaan. De zak wordt vervolgens 20 minuten onder vacuüm gehouden.

De zak wordt dan voorzichtig heropend zodat hij opnieuw kan worden gebruikt voor de uitharding. De ontluchtings- en verwijderingsfolie worden ook voorzichtig verwijderd. Op dit punt zou je het verschil in consolidatie moeten zien. Debulken gebeurt meestal na de eerste laag en daarna om de 3-4 lagen bij dikkere laminaten.

De backinglaag wordt op dezelfde manier gesneden, gepositioneerd en gelamineerd. Omdat het zwaarder is, kan het wat moeilijker zijn om te hanteren en in de krappe details te komen, maar met het dibbergereedschap moet het mogelijk zijn om de laag strak tegen de eerste te krijgen.

Vergeleken met natte lay-up processen is het gebruik van pre-preg om een onderdeel als dit op te leggen veel schoner en sneller en kan het met grote nauwkeurigheid en precisie worden gedaan.

Deze keer gebruiken we een ongeperforeerde release film. Het wordt op dezelfde manier aangebracht als voorheen en kreuken is geen probleem. Zorg er wel voor dat je bruggen vermijdt. De vacuümzak die voor debulking is gebruikt, wordt hergebruikt voor de behandeling door de oude verzegeling er voorzichtig af te knippen en opnieuw gomtape aan te brengen.

Vervolgens wordt de ademende laag toegevoegd. In dit geval is het onder de mal gepositioneerd in de zak en vervolgens is de mal bovenop de breather geplaatst. Hierdoor kan de zak de contouren beter volgen en worden er betere resultaten bereikt.

De zak wordt nu vacuüm getrokken. Zorg ervoor dat de zak in alle krappe hoeken en details wordt bewogen en geplooid, zodat er geen spanning op de zak komt te staan en de zak niet over de details heen hangt. Zodra het vacuüm volledig is aangebracht, wordt een lektest uitgevoerd. De eenvoudigste manier is om de zak af te sluiten en 30 minuten te laten liggen. Als dit niet het geval is, moet u eventuele lekken opsporen en verhelpen of de zak vervangen.

Nu is het tijd om de Domestic oven in te stellen voor de uitharding. Bij pre-preg uithardingsprocessen is het essentieel om een vacuüm te handhaven tijdens het uitharden. Om te voorkomen dat er een gat in de oven geboord moet worden, zit er een speciale breeklijn in de evaluatiekit. Deze bestaat uit een hoge temperatuurslang met een kleine diameter die ontworpen is om de ovenafdichting van een huishoudelijke oven te doorbreken. De slang kan ook worden gebruikt in commerciële ovens die niet zijn uitgerust voor vacuümgebruik. Het wordt eenvoudig aangesloten met een stuk 8mm siliconenslang tussen de pomp en de breeklijn en weer in de oven op de zak.

Voor het uitharden moet de zak ongeveer een uur onder vacuüm worden gehouden, als een tweede debulk. Nu kan de mal voorzichtig in de oven worden geplaatst en kan het uithardingsproces beginnen. Het uitharden van de uit autoclaaf vervaardigde XC110 pre-preg gebeurt in 2 hoofdfasen - de initiële uitharding en de na-uitharding - die gelijktijdig in één handeling worden uitgevoerd.

De initiële uitharding gebeurt bij 70°C en wordt gedurende 4 uur op deze temperatuur gehouden. De temperatuur wordt dan verhoogd naar 120°C en 1 uur vastgehouden. Normaal gesproken kun je de stijgsnelheid van de temperatuur regelen, zoals op onze OV301 Composites Curing Oven. Maar met een huishoudelijke oven hebben we die mogelijkheid niet, dus moeten we dit compromis accepteren. Zoals voorheen wordt de oven ingeschakeld en rolt de thermostaat uit bij 60°C, zodat we onze doelstelling van 70°C halen. De aard van de thermostatische regeling betekent dat de oven zal schommelen tussen 60 en 70°C, wat niet ideaal is voor de harsstroom, maar we moeten het accepteren als een compromis. Na 4 uur wordt de temperatuur verhoogd naar 120°C en wordt er 1,5 uur geweekt. Normaal zou dit een uur zijn, maar met de temperatuurschommelingen zorgt deze extra tijd voor een goede uitharding. Daarna kan de oven worden uitgeschakeld en kan de mal afkoelen tot kamertemperatuur.

De afgekoelde matrijs kan nu uit de oven worden gehaald en de zak, ontluchter en loslaatfolie kunnen worden verwijderd. Vaak, door de verschillende thermische uitzetting en inkrimping van de betrokken materialen, heeft het onderdeel zich al losgemaakt uit de matrijs, zoals in dit geval.

Rechtstreeks uit de mal is de goede afwerking goed te zien. De precieze aard van de pre-preg heeft gezorgd voor schone, scherpe snijlijnen die onmogelijk zouden zijn geweest met een droge stof. Bij nadere inspectie zijn een paar kleine gaatjes te zien, die je normaal gesproken niet zou verwachten bij het XC110 systeem als het onderdeel in optimale omstandigheden was uitgehard. Deze kleine foutjes konden echter worden weggewerkt met een blanke laklaag.

Het onderdeel kan dan worden bijgesneden en gefrijnd om de uiteindelijke afwerking te krijgen. Dit kan gedaan worden met een Dremel type gereedschap en Perma-Grit snijschijven, vijlen en schuurblokken. Het afgewerkte onderdeel krijgt dan een snelle polijstbeurt met Topfinish 2 Black polijstpasta. Voor een eerste onderdeel is de afwerking geweldig. Qua tijdsbesteding kostte het maken van de mal ongeveer 2 uur en het opleggen van het onderdeel ongeveer 30 minuten.