Lamineren en Verpakken van een Koolstofvezelbuis met een Gedeelde Mal

Deze methode is een alternatief voor de interne methode met drukblazen die vaak wordt gebruikt bij de productie van fietsframes. Deze methode vereist veel grotere mallen, meestal machinaal bewerkt uit massieve blokken aluminium, die bestand moeten zijn tegen de vervorming die wordt veroorzaakt door de onevenwichtige druk van de interne bladder.

Door de druk gelijkmatig aan de binnen- en buitenkant van de mal uit te oefenen, veroorzaakt deze interne vacuümzakmethode weinig tot geen vervorming van de mal, waardoor veel lichtere – en goedkopere – mallen kunnen worden gebruikt.

Hoewel we in deze handleiding het proces demonstreren met alleen vacuümdruk waarbij het onderdeel vervolgens wordt uitgehard in een conventionele oven (bekend als out-of-autoclave prepreg), kan exact hetzelfde proces worden gebruikt - en wordt het gebruikt - voor het onder hoge druk uitharden van buis- en framestructuren in een autoclaaf. Voor autoclaaf uitharding is het niet nodig om de materialen, de lay-up of het vacuümzakproces dat in deze handleiding wordt getoond, te wijzigen.

Net als bij de uitharding buiten de autoclaaf met alleen vacuüm, creëert uitharding in de autoclaaf met dezelfde interne vacuümzakconfiguratie ook gelijke druk aan beide zijden van de mal, waardoor deze lichtere composietmallen kunnen worden gebruikt.

Het maken van complexe koolstofvezel buis- of framevormen gebeurt bijna uitsluitend met behulp van het prepreg vormproces. De reden hiervoor is vooral te wijten aan de praktische aspecten van het nauwkeurig snijden, hanteren en positioneren van de versteviging in de split-mal, het manipuleren van deze versteviging wanneer de mal is gesloten en vervolgens het werken rond de versteviging om de vacuümzak benodigdheden te positioneren. Al deze processen zouden moeilijk of bijna onmogelijk zijn als ze zouden worden uitgevoerd met behulp van een traditionele natte-layup methode of alternatieve vacuümvormprocessen zoals harsinfusie van droge stof.

In deze video gebruiken we de XPREG XC110 out-of-autoclave koolstofvezel prepreg, die in de oven wordt uitgehard met behulp van een oplopend temperatuurprofiel tot 120°C; video-tutorial over het maken van prepreg koolstofvezel onderdelen out-of-autoclave hier.

Omdat deze handleiding koolstof weefsel prepreg gebruikt, moet het onderdeel in een oven bij verhoogde temperatuur worden uitgehard. Het is daarom essentieel dat het materiaal waarvan de mal is gemaakt een voldoende hoge gebruikstemperatuur heeft. De mal die in deze handleiding wordt gebruikt, is gemaakt met behulp van ons XT135 out-of-autoclave koolstof weefsel tooling prepreg systeem; video tutorial over het maken van prepreg koolstof weefsel tools out-of-autoclave hier.

Als alternatief kan de mal met de hand worden gelamineerd met behulp van een hoogtemperatuur epoxy tooling systeem, zoals onze EG160/EL160/EMP160 producten; video-tutorial over het met de hand lamineren van een hoogtemperatuur epoxy mal hier.

Om een benaderende vorm te krijgen om de prepreg versteviging op maat te snijden, wordt maskeertape aangebracht op het oppervlak van één helft van de split-mal. De maskeertape wordt vervolgens verwijderd en op de prepreg versteviging geplaatst. Omdat het sjabloon nog niet nauwkeurig is, wordt het in alle richtingen met ongeveer 1 cm verlengd.

De prepreg met ruwe vorm wordt vervolgens in de mal gelamineerd. Zodra deze volledig op zijn plaats zit, wordt alle overhangende versteviging zorgvuldig afgesneden, zodat de versteviging precies op maat is gesneden, gelijk met de rand van de spleet.

De reststukken koolstofvezel worden vervolgens terug op het backingpapier geplaatst, zodat het papier kan worden gesneden om een nauwkeurig sjabloon te maken dat precies aangeeft hoe de versteviging in de mal valt. Dit sjabloon kan worden bewaard voor toekomstig gebruik.

Bij het lamineren van versteviging in een splitmal is het essentieel dat het grootste deel van de versteviging over de splitlijn doorloopt, om een zwak punt bij deze verbinding te vermijden. Zonder enige overlapping van de versteviging zouden de twee helften van het onderdeel simpelweg uit elkaar vallen!

Lagen versteviging die over de splitlijn doorlopen, worden de overlappingen of 'laps' genoemd. Om te voorkomen dat er andere zwakke punten in het laminaat ontstaan, worden deze overlappingen zelf versprongen door ze verschillende afmetingen te geven. In de tutorial worden de overlappende stukken versteviging 5mm, 10mm en 15mm breder gesneden dan de splitlijn.

Om te proberen een consistente wanddikte rond de buis te behouden, worden de overeenkomstige stukken versteviging voor de andere helft van de buis smaller gesneden dan de splitlijn. Om echter enige overlapping van de overlappingen te creëren, wordt de versteviging aan deze kortere zijde in feite iets groter gesneden dan wanneer de versteviging in een perfecte stootvoeg zou samenkomen.

De 'te grote' lagen worden in de tegenoverliggende zijde van de splitmal gelamineerd, in volgorde.

De eerste laag die wordt toegevoegd, heeft de kleinste (5mm) verlenging, ontworpen om de op maat gesneden eerste laag in de andere zijde van de splitmal enigszins te overlappen. Vervolgens worden de verlengingslagen van 10mm en 15mm toegevoegd.

Terugkerend naar de eerste zijde van de splitmal (waar zich al de op maat gesneden laag in bevindt) worden de twee kortere lagen aan deze helft toegevoegd, wederom in volgorde, waarbij ze geleidelijk korter worden om overeen te komen met de geleidelijk langere overlappingen aan de verlengingszijde.

De vacuümzakconfiguratie in deze tutorial is een interne buisvormige vacuümzak. Dit houdt in dat er een lengte buisvormige zak door het midden van de buisvormige splitmal wordt geleid en deze buis vervolgens wordt verbonden met een externe 'enveloppe'-zak aan de buitenkant van de mal.

Het type buisvormige bagging film dat we gebruiken, is onze VB155 zelflossende, gevouwen buisvormige bagging film met een breedte van 100mm.

Met de buisvormige bagging film aan de binnenkant worden de twee helften van de mal voorzichtig samengebracht, waarbij erop wordt gelet dat de 'laps' correct gepositioneerd zijn en niet worden opgevouwen of bekneld wanneer de mal wordt gesloten.

Om te beginnen wordt de buitenkant van de splitmal omwikkeld met BR180 ademende doek om een luchtstroompad te bieden en te voorkomen dat de vacuümzak per ongeluk wordt doorboord door scherpe details op de mal.

Vervolgens wordt de hele mal omgeven door een grote 'envelop' zak van VB160 vacuümzakfolie. Het principe is dat de buisvormige vacuümzak een 'tunnel' door het midden van de envelopzak creëert. Wanneer het vacuüm wordt getrokken, wordt het van binnenuit de envelopzak getrokken, waardoor de zak op de buitenkant van de mal wordt gezogen en de buisvormige zak op de binnenkant van de buis.

Om deze 'tunnel' door de zak te creëren, wordt de buitenkant van de buisvormige zak afgedicht aan de binnenkant van de envelopzak met behulp van vacuümzak afdichtingstape.

Vervolgens wordt er een volledig vacuüm op de vacuümzak getrokken met behulp van onze EC.4 composiet vacuümpomp. Er wordt zorgvuldig gecontroleerd of de vacuümzak perfect is afgesloten en geen lekken vertoont.

Het vacuüm verpakte onderdeel wordt vervolgens overgebracht naar een oven om uit te harden. Omdat we de XPREG XC110 out-of-autoclave prepreg gebruiken om dit onderdeel te maken, moet een specifieke uithardingscyclus worden gevolgd om de beste resultaten te krijgen. Zie de XC110 verwerkingshandleiding voor volledige details over aanbevolen uithardingscycli en verwerking voor XPREG XC110.