Prepreg Koolstofvezel Onderdelen Uitharden in een Gewone Oven

De eerste fase is het creëren van de barrières rond het onderdeel. Bij pre-preg mallen hoeft de afgewerkte flens slechts ongeveer 30mm breed te zijn. Om de barrière te maken, is een inert plastic zoals polypropyleen of polyethyleen ideaal, omdat het gemakkelijk te hanteren en te snijden is en hars ook gemakkelijker loslaat van dergelijke plastics. In dit geval gebruiken we polypropyleen kanaalplaat om de barrières te maken.

Allereerst worden met afplaktape sjablonen gemaakt en de barrières gesneden. Smeltlijm is ideaal voor het vastzetten. Extra zorg is nodig om het goed vast te zetten, aangezien het het vormproces moet overleven. Vervolgens wordt het EasyLease CR1 losmiddel aangebracht op de mal en flenzen. Typisch zijn 6 lagen nodig, met 15 minuten tussen de lagen en 1 uur na de laatste laag voordat verder wordt gegaan. Voor elke laag moet een nieuw stuk pluisvrije doekjes worden gebruikt om besmetting van de loslaag te voorkomen.

In dit stadium moeten we het onderdeel aan de barrières afdichten. Dit is belangrijk om te voorkomen dat hars onder de randen bloedt, waardoor het onderdeel mechanisch vast komt te zitten. Dit wordt gedaan met de zachte gele fileerwas. Een kleine rups wordt voorzichtig in alle openingen gedrukt en vervolgens wordt een fileergereedschap met kogelkop gebruikt om de was glad te strijken en netjes te maken. Overtollige was wordt vervolgens verwijderd om een nette, afgedichte rand achter te laten. Het model is dan klaar voor het vormproces zelf.

Aangezien de mal wordt gebruikt voor pre-preg, is het essentieel dat deze wordt gemaakt van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen om de pre-preg uitharding te doorstaan. De mal wordt gemaakt met behulp van de materialen uit onze High Temperature Epoxy Mould Making Kit.

De eerste fase is het aanbrengen van de EG160 hogetemperatuur gelcoat. Dit gebeurt in twee hoofdfasen en vormt het harde, polijstbare oppervlak op de mal. De gelcoat moet nauwkeurig worden afgemeten om goed uit te harden, dus een digitale weegschaal moet worden gebruikt. Een kleine batch van in totaal 75g wordt afgemeten en vervolgens grondig gemengd. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de bodem en zijkanten van de mengbeker grondig worden geschraapt tijdens het mengproces. Een batch van deze grootte zou doorgaans minimaal 1 minuut gemengd moeten worden. De gelcoat wordt vervolgens met een kwast aangebracht op het oppervlak in een mooie, gelijkmatige dikke laag van ongeveer 0.5mm dik. De manier om dit te beoordelen is dat het ongeveer de dikste laag is die u kunt aanbrengen zonder dat deze overmatig uitzakt of uitloopt. Egaliseer de dikte met een kwast en zorg ervoor dat er geen ophopingen zijn in delen van de mal. Als de laag op sommige plaatsen te dik wordt gelaten, kan deze tijdens het uitharden overmatig heet worden, wat problemen kan veroorzaken. De gelcoat wordt vervolgens 2-3 uur gelaten, waarbij periodiek wordt gecontroleerd of deze de B-fase heeft bereikt. Dit is wanneer de hars net is opgesteven, maar nog steeds erg kleverig is. Dit is het ideale moment voor de tweede gellaag om te hechten en te crosslinken met de eerste. De tweede laag wordt gewogen, gemengd en op precies dezelfde manier aangebracht als de eerste laag. Daarna wordt deze opnieuw gelaten om de B-fase te bereiken.

Nu de tweede laag in B-fase is, is het tijd om de hoofdversterking voor de mal toe te voegen. Hiervoor gebruiken we de EMP160 hoge temperatuur vormpasta. Dit is een zeer handige en gebruiksvriendelijke oplossing voor kleinere mallen zoals deze. Om een luchtbelvrije interface tussen de gel en de pasta te garanderen, wordt een kleine hoeveelheid EG160 Gelcoat gemengd en dun als hechtlaag op het oppervlak geborsteld. De pasta wordt vervolgens afgewogen en grondig gemengd tot een gelijkmatige, deegachtige consistentie. Een batch van deze omvang zou ongeveer 2 minuten nodig hebben om grondig te mengen. Zorg ervoor dat u de mix goed doorwerkt om eventuele klontjes te verwijderen totdat u een gelijkmatige consistentie heeft. De pasta kan vervolgens ongeveer 10mm dik worden uitgespreid en daarna worden verdeeld in kleine tegels van 75mm. Dit helpt voorkomen dat lucht onder de pasta wordt ingesloten tijdens het lamineren. Elke tegel pasta wordt vervolgens zorgvuldig op het model aangebracht totdat het gehele oppervlak is bedekt. Het oppervlak wordt vervolgens gladgestreken en netjes gemaakt voordat het minimaal 24 uur mag uitharden.

EG/EMP160 kan in 24 uur bij 25°C worden uitgehard tot een ontvormbare staat, maar kan in dit stadium broos zijn en vatbaar voor scheuren tijdens het ontvormen van complexere malvormen. Daarom wordt in de meeste gevallen aanbevolen om de eerste uitharding bij 40°C uit te voeren (waarbij de uithardingstijd kan worden verkort tot 12 uur). Het uitvoeren van de eerste uitharding bij 40°C is laag genoeg om vervorming van het patroon te voorkomen, terwijl de hars nog steeds voldoende niet-broos wordt uitgehard om zonder risico op schade te ontvormen.

Aanbevolen: 12 uur bij 40°C

Alternatief: 24 uur (min) bij 25°C - Waarschuwing: Hars zal zeer bros zijn vóór de post-harding

Nu de mal is uitgehard, is het tijd om de flenzen en het modeldeel te verwijderen. Met een goede toepassing van lossingsmiddel zouden de barrières en het model met weinig kracht moeten loskomen.

Nu kan de mal worden bijgesneden en afgewerkt en kunnen eventuele resten van fileerwas van het oppervlak worden gereinigd. Veel gangbare gereedschappen kunnen worden gebruikt, maar in dit geval wordt een schuurblok en schuurpapier gebruikt om de randen netjes te maken.

In dit geval hebben we een paar zeer kleine defecten veroorzaakt door luchtbellen die onder de gel vastzitten. Deze kunnen eenvoudig worden gerepareerd door het gebied op te ruwen, een kleine hoeveelheid gelcoat te mengen en vervolgens de holtes op te vullen. Eenmaal uitgehard, kunnen de gebieden, indien nodig, vlak geschuurd en gepolijst worden.

Als deze mal op kamertemperatuur zou worden gebruikt, zou deze nu klaar zijn voor gebruik. Aangezien we deze echter willen gebruiken met het XC110 Pre-preg systeem, moeten we de mal conditioneren zodat deze bestand is tegen temperaturen tot 120°C. Dit wordt gedaan via een proces dat een Post-cure wordt genoemd. Simpel gezegd is dit een geleidelijke ovenuitharding tot een temperatuur net boven de bedrijfstemperatuur voor het beoogde gebruik van de mal. In dit geval willen we dat de mal wordt gebruikt tot 120°C en daarom zal de post-cure worden uitgevoerd tot 135°C. De Post-cure wordt langzaam uitgevoerd om de harsen volledig te laten vernetten naarmate de temperatuur geleidelijk stijgt. U wilt niet dat de temperatuur te snel stijgt, want dan kunt u oppervlakte-doordruk krijgen en kan de mal kromtrekken en vervormen.

Normaal gesproken zou een nabehandeling worden uitgevoerd in een professioneel uithardingsoven, maar deze video is bedoeld om mensen kennis te laten maken met pre-preg, dus in de meeste gevallen is dit niet beschikbaar en is de enige optie een eenvoudige huishoudelijke oven. Hoewel niet ideaal, is het mogelijk om een huishoudelijke oven te gebruiken om pre-preg uit te harden en bruikbare resultaten te krijgen. Vanwege de thermostatische regeling op huishoudelijke ovens, is het onwaarschijnlijk dat u precies de temperatuur krijgt die u instelt. Daarom moet u een thermometer met een externe temperatuursonde gebruiken om de temperatuur in de oven te meten. Deze Uni-T Digitale Thermokoppel is het model dat we hebben gebruikt, maar vergelijkbare modellen zouden net zo goed moeten werken. De temperatuursonde zelf bevindt zich vervolgens in het midden van de oven en de prestaties van de oven worden vervolgens geprofileerd om de prestaties te beoordelen. In dit geval is er een verschil van ongeveer 10°C, wat betekent dat we hier rekening mee 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 komt, dus zouden we deze op 40°C moeten instellen.

Nu we de prestaties van de oven hebben beoordeeld, kunnen we de mal in het midden van de oven plaatsen en de post-uitharding uitvoeren. Dit gebeurt in overeenstemming met de post-uithardingscyclus in het EMP160 Technisch Informatieblad. In dit geval moeten we beginnen bij 50°C en deze temperatuur 2 uur aanhouden voordat we deze in stappen van 12°C elke 2 uur verhogen totdat we 34°C bereiken. Eenmaal op die temperatuur wordt deze nog 3 uur aangehouden voordat de oven wordt uitgeschakeld en de oven en mal mogen afkoelen tot kamertemperatuur. Om af te ronden, brengt u 6 lagen CR1 Mal Lossingsmiddel aan, zoals bij het model, 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 Koolstofvezel Evaluatiekit, die is ontworpen voor beginners om hun eerste kleine onderdelen te maken. De XC110 Pre-preg is speciaal ontworpen om buiten de autoclaaf onder vacuüm in een oven te worden verwerkt en zou daardoor veel betere oppervlakteresultaten opleveren dan een typische autoclaaf pre-preg die op deze manier wordt verwerkt.

De eerste fase is het maken van nauwkeurige sjablonen. De snelste en gemakkelijkste manier om dit te doen is door afplakband te gebruiken. Het tape wordt gemarkeerd met de gewenste vezelrichting om de uitlijning van de sjablonen voor het snijden van de stof te vergemakkelijken. De sjablonen worden overgebracht op karton en vervolgens wordt een kleine verlenging van 5mm toegevoegd om een overlapping te creëren voor de verschillende stukken. 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 de kosten van het materiaal te compenseren. De pre-preg kan vervolgens gemakkelijk worden gesneden met een scherp mes of een goede kwaliteit schaar.

Hoewel niet cruciaal, legt u de pre-preg normaal gesproken met de papieren rug naar beneden. Vaak kunt u de plastic rug op zijn plaats laten terwijl u de pre-preg aanbrengt, wat het omgekeerde betekent, aangezien het dan kleefvrij blijft, wat kan helpen bij toepassingen. Wanneer u echter een betere drapering nodig heeft, verwijdert u de rug. De pre-preg wordt vervolgens zorgvuldig in de mal gedrukt, waarbij speciale aandacht wordt besteed aan de hoeken en details van de mal. Dit wordt gedaan met een dibber-gereedschap en het is cruciaal om 'bridging' (brugvorming) in het materiaal te voorkomen. Een lichte tik met het dibber-gereedschap kan vaak 'bridging' (brugvorming) aan het licht brengen met een iets doffer geluid. Het gemak en de precisie van het aanbrengen van pre-preg, vergeleken met normale droge weefsels, maakt het sneller te leren en maakt het een veelvoorkomende keuze in hoogwaardige motorsport en lucht- en ruimtevaart.

Een debulk helpt om het materiaal op het maloppervlak te persen en te consolideren en eventuele lucht te evacueren. Hoewel niet altijd essentieel bij dunne laminaten, en het proces al enigszins wordt gecompromitteerd door het gebruik van een huishoudelijke oven, zou de debulk moeten helpen bij het verbeteren van de cosmetische afwerking.

De eerste stap is het bedekken van het onderdeel met de R120 geperforeerde losfolie, waarbij u de tijd neemt om deze met een doek te polijsten om ervoor te zorgen dat deze in alle hoeken en details komt. Kreukels in de folie zijn geen probleem, aangezien ze een luchtpad bieden. Vervolgens wordt een laag ademdoek op het onderdeel aangebracht en tot slot wordt een kleine vacuümzak gemaakt met behulp van de VB160 vacuümfolie. De zak wordt vervolgens afgedicht met de ST150 Gum Tape, de doorvoerconnector wordt gemonteerd en er wordt een vacuüm getrokken. De zak wordt verschoven en gepositioneerd terwijl het vacuüm wordt getrokken om te zorgen dat er geen overbrugging optreedt. De zak wordt vervolgens 20 minuten onder vacuüm gehouden.

De zak wordt vervolgens voorzichtig opnieuw geopend om deze te kunnen hergebruiken voor het uitharden. De breather en lossingsfolie worden dan ook voorzichtig verwijderd. Op dit punt zou u het verschil in consolidatie moeten zien. Debulks worden doorgaans uitgevoerd na de eerste laag en daarna elke 3-4 lagen voor dikkere laminaten.

De steunlaag wordt op dezelfde manier gesneden, gepositioneerd en gelamineerd. Omdat deze zwaarder is, kan het iets moeilijker zijn om te hanteren en in krappe details te krijgen, maar met het dibber-gereedschap zou het mogelijk moeten zijn om de laag strak tegen de eerste te krijgen.

Vergeleken met natte lamineerprocessen is het gebruik van pre-preg om een dergelijk onderdeel te lamineren veel schoner, sneller en kan het met grote nauwkeurigheid en precisie worden uitgevoerd.

Deze keer gebruiken we een ongeperforeerde lossingsfolie. Deze wordt op dezelfde manier aangebracht als voorheen en kreukels zijn geen probleem. Zorg er echter voor dat u overbrugging voorkomt. De vacuümzak die voor het debulken is gebruikt, wordt hergebruikt voor het uitharden door de oude afdichting zorgvuldig af te snijden en nieuwe gumtape aan te brengen.

De ademlaag wordt vervolgens toegevoegd. In dit geval bevindt deze zich onder de mal, dus gepositioneerd in de zak, en vervolgens wordt de mal bovenop de ademlaag geplaatst. Dit zorgt ervoor dat de zak de contouren beter volgt en betere resultaten behaalt.

Vacuüm wordt nu op de zak aangebracht. Er wordt zorgvuldig gelet op het bewegen en plooien van de zak in alle krappe hoeken en details, zodat de zak niet onder spanning staat of over de details heen spant. Zodra volledig vacuüm is aangebracht, wordt een lektest uitgevoerd. De eenvoudigste manier is om de zak af te sluiten en deze 30 minuten te laten liggen, en bij terugkomst te controleren of de zak nog steeds strak en stevig tegen de mal wordt gehouden. Als dit niet het geval is, moet u eventuele lekken opsporen en repareren of de zak vervangen.

Nu is het tijd om de huishoudelijke oven in te stellen voor de uitharding. Bij pre-preg uithardingsprocessen is het essentieel om vacuüm te handhaven tijdens de uitharding. Om te voorkomen dat er een gat in de oven moet worden geboord, is een speciale doorvoerlijn opgenomen in de Evaluatiekit. Deze bestaat uit een hogetemperatuurslang met kleine diameter, ontworpen om de ovendichting van een huishoudelijke oven te doorbreken. Het kan ook worden gebruikt op commerciële ovens die niet zijn uitgerust voor vacuümgebruik. Het wordt eenvoudig aangesloten met een stuk 8mm siliconenslang tussen de pomp en de doorvoerlijn en opnieuw in de oven naar de zak.

Vóór het uitharden moet de zak ongeveer een uur onder vacuüm worden gehouden, effectief als een tweede ontluchting. Nu kan de mal voorzichtig in de oven worden geplaatst en kan het uithardingsproces worden gestart. Het uitharden van de XC110 Out of Autoclave pre-preg gebeurt in 2 hoofdfasen – de initiële uitharding en de na-uitharding – die gelijktijdig in één bewerking worden uitgevoerd.

De initiële uitharding wordt uitgevoerd bij 70°C en gedurende 4 uur op deze temperatuur gehouden. De temperatuur wordt vervolgens verhoogd tot 120°C en gedurende 1 uur aangehouden. Normaal gesproken regelt u de opwarmsnelheid van de temperatuur, zoals mogelijk is met onze OV301 Composieten Uithardingsoven. Met een huishoudelijke oven hebben we die mogelijkheid echter niet, dus moeten we dat compromis accepteren. Zoals eerder, wordt de oven aangezet en de thermostaat uitgeschakeld bij 60°C, zodat we onze doeltemperatuur van 70°C bereiken. De aard van de thermostatische regeling betekent dat de oven zal fluctueren tussen 60 en 70°C, wat niet ideaal is voor de harsstroom, maar we moeten dit als een compromis accepteren. Na 4 uur wordt de temperatuur verhoogd tot 120°C en gedurende 1.5 uur aangehouden. Normaal gesproken zou dit een uur zijn, maar met de fluctuerende temperatuur zorgt deze extra tijd voor een goede uitharding. De oven kan dan worden uitgeschakeld en de mal mag afkoelen tot kamertemperatuur.

De afgekoelde mal kan nu uit de oven worden gehaald, waarna de zak, ontluchter en lossingsfolie worden verwijderd. Vaak, als gevolg van de verschillende thermische uitzetting en krimp van de betrokken materialen, zal het onderdeel zichzelf al van de mal hebben losgemaakt, zoals in dit geval is gebeurd.

Direct uit de mal is de goede afwerking eenvoudig te zien. De precieze aard van pre-preg heeft de strakke, scherpe snijlijnen mogelijk gemaakt die met een droge stof onmogelijk zouden zijn geweest. Bij nadere inspectie zijn enkele kleine pinholes zichtbaar, die men normaal gesproken niet zou verwachten bij het XC110-systeem als het onderdeel onder optimale omstandigheden was uitgehard. Deze kleine onvolkomenheden kunnen echter worden verholpen met een blanke lak.

Het onderdeel kan vervolgens worden bijgesneden en afgewerkt om de uiteindelijke finish te verkrijgen. Dit kan worden gedaan met een Dremel-achtig gereedschap en Perma-Grit snijschijven, vijlen en schuurblokken. Het afgewerkte onderdeel wordt vervolgens snel gepolijst met Topfinish 2 Black polijstpasta. Voor een eerste onderdeel is de afwerking uitstekend. Wat de daadwerkelijke bestede tijd betreft, kostte de mal ongeveer 2 uur handmatige arbeid en het lamineren van het onderdeel ongeveer 30 minuten.