Вакуумная инфузия. Технология и материалы.

Руководство по вакуумной инфузии

«VARTM» (vacuum assisted resin transfermolding) – технология пропитки наполнителя связующим с последующим отверждением под вакуумным мешком. Заложенный в зазор между оснасткой и вакуумным мешком наполнитель, за счёт созданного под мешком разряжения, пропитывается жидким связующим, поступающим под мешок из ёмкости по литьевым трубкам с последующим формованием композиции. 

Подготовительные работы

Материалы:
1. Салфетка протирочная безворсовая;
2. Спирт этиловый;
3. Порозаполнитель LOCTITE FMS Frekote, который помогает обеспечить герметичность оснастки, а также улучшить качество поверхности изделия за счет заполнения микропор в материале оснастки;
4. Полупостоянный разделитель LOCTITE.

Инструменты, приспособления и средства измерения:
1. Шаблоны и ножи для подготовки и раскроя;
2. Кисти малярные для нанесения связующего;
3. Перчатки матерчатые и резиновые для защиты рук;
4. Респираторы и защитные очки для защиты органов дыхания и зрения;
5. Стаканы и деревянные палочки для приготовления смолы и замешивания хлопка;
6. Пластиковые шпатели для подготовки (зачистки от оставшейся высохшей смолы) матриц (так как недопустимым является повреждение матрицы – нанесение царапин на ее поверхность);
7. Специальные ножницы для раскроя ткани и удаления ее лишних участков;
8. Наждачная бумага для обеспечения необходимой шероховатости;
9. Пневмодрели, сверла, вибромашинки для механизации работ;
10. Липкая лента (скотч) используется при укладке мешковины и клеится непосредственно к нерабочей поверхности матрицы;
11. Резиновые молотки, как вспомогательный инструмент для выемки готового изделия из матрицы;
12. Линейки, штангенциркули;
13. Весы для замеров веса оставшихся излишков материала;
14. Вакуумный насос;
15. Штуцера для удаления воздуха посредством вакуумного насоса;
16. Печи для сушки готовых изделий (используются редко);
17. Непосредственно матрицы для выкладки деталей.

Выбор и подготовка к работе технологической оснастки

Внешний вид изделия во многом определяется качеством оснастки, используемыми материалами и технологией изготовления.
При проектировании и изготовлении оснастки, следует учитывать различие коэффициентов линейного температурного расширения оснастки и изделия при нагревании. В данном случае используются материалы такие же как и в оснастке. Масса связующего на площадь не велика. Поэтому температура затвердевания не влияет на применяемую оснастку.
Рабочая формообразующая поверхность оснастки должна быть герметичной, иметь разметку контура детали, линий технологического припуска, установки усиливающих элементов и другую информацию. Разметка должна обеспечивать возможность отпечатка ее на деталь в процессе формования.
Оснастка должна отвечать определенным требованиям, это:
• Возможность сохранения своей формообразующей поверхности при ее многократном использовании;
• Возможность нанесения антиадгезионного покрытия;
• Материал оснастки должен быть химически нейтрален к композиту;
• Материал оснастки должен обеспечивать необходимую жесткость и устойчивость к температурным режимам формования изделий;
• Формообразующая обшивка оснастки должна сохранять герметичность при вакуумном формовании во всем температурном диапазоне эксплуатации;
• Выводы крепежных элементов на рабочие поверхности не допускаются.

Подготовка рабочей поверхности матрицы

 


Для подготовки технологической оснастки к работе необходимо:
• Произвести осмотр оснастки на наличие повреждений и устранить их;
• Произвести очистку. Для того, чтобы покрытия LOCTITE Frekote были долговечны, их рекомендуется наносить на чистую поверхность. Поэтому очистка пресс-форм - это очень важный подготовительный этап, особенно, если Вы только начинаете использовать составы Frekote. Применяя очистители форм Frekote PMC, с поверхности удаляются все загрязнения и создаются условия для надлежащей полимеризации разделительной смазки. Очистители Frekote эффективно очищают пресс-формы из металлов и композитных материалов;
• Произвести обработку матрицы порозаполнителем LOCTITE® FREKOTE FMS™ для форм. Следует использовать при обработке «незрелых», новых форм и герметизации старых форм, имеющих микропористость и дефекты поверхности.

Инструкция по применению грунта LOCTITE FMS:
1. LOCTITE® FREKOTE FMS™ наносится на поверхность при помощи чистой безворсовой хлопчатобумажной ткани. Следует смочить ткань составом LOCTITE® FREKOTE FMS™, избегая чрезмерного увлажнения.
2. Нанесите однородную влажную пленку на всю поверхность формы. На формах большого размера рекомендуется нанесение LOCTITE® FREKOTE FMS™ отдельными участками от одного края формы к другому. После нанесения протрите участок чистой салфеткой для распределения состава тонким влажным слоем.
3. Перед нанесением следующего слоя необходимо выждать в течение минимум 15 минут. На новые формы наносится не менее 1−2 слоев грунта.
4. ПРИМЕЧАНИЕ: Изменение температуры влияет на время испарения растворителя. При температуре ниже 18°C время ожидания между нанесением и полным испарением может составить более 20 с. При температурах выше обычных (больше 35°C) время ожидания значительно сократится до 1−2 с. В таких условиях рекомендуется уменьшить область нанесения, поскольку ускорение процессов испарения растворителя и полимеризации может привести к образованию на поверхности полос. Следует дождаться, пока края нанесенного покрытия не начнут сдвигаться внутрь, указывая на то, что процесс испарения начался. Медленно протрите поверхность, двигаясь от краев к центру. Не следует интенсивно тереть, достаточно легкого нажатия на салфетку. Чаще меняйте салфетку для обеспечения тщательного высыхания формы. При обработке форм небольшого размера необходимо подождать около 15 минут, прежде, чем наносить следующий слой. Если нанесение одного слоя занимает более 15 минут, достаточно просто вернуться в начальную точку и начать нанесение следующего слоя.
5. Последний слой полимеризуется в течение 20 мин при 20°C.

 

Например:
- Для получения блестящей поверхности: Frekote WOLO;
- Для получения матовой поверхности: Frekote 44-NC;
- Для нанесения дополнительного слоя, без гелькоута: Frekote 770-NC.

• Внимание, наносить воск или смазку следует строго по указаниям производителя для конкретного разделителя.
• Произвести установку оснастки в удобное положение и зафиксировать.
В случае, если изделие готовое композитное изделие требует защитно-декоративное покрытие, хорошую стойкость к УФ – излучению, стойкость к гидролизу, средне-агрессивным химическим средам, то следует нанести гелькоут.

Основные работы

Перед основными работами по выкладке материалов следует произвести повторный осмотр оснастки и очистить ее от пыли и загрязнений с помощью сухой салфетки. А также:
• Произвести повторную одноразовую обработку оснастки разделителем;
• На отдельном столе произвести нарезку материалов для армирования;
• Не допускается попадание инородных тел в материалах.

Нанесение гелькоута

• Перед нанесением гелькоута болван протирается от пыли.
• Каждый компонент перемешивается в течение 15 минут.
• В чистой ёмкости соединяют компоненты строго по дозировке, указанной в паспорте.
• Гелькоут размешивается сначала в одной ёмкости, далее переливается в другую чистую ёмкость и перемешивается ещё раз.
• Гелькоут наносить строго по рекомендации изготовителя.
• После того как поверхность гелькоута затвердеет до состояния лёгкого прилипания, следует приступить к укладке армирующих материалов.

Первый слой армирования изделия с гелькоутом

• На подготовленную оснастку напыляется клей временной фиксации и поверх укладывается один или два слоя материала малой плотности (для предотвращения копирэффекта). Перехлёст материала допускается в пределах 20-50мм. Не допускается натяжка и провисание материалов.
• Далее произвести укатку материала мягким валиком. В углах отбортовок продавить стеклоткань резиновым шпателем.

Основной слой армирования

После проверки укладки первого слоя сдедует приступить к укладке основного армирующего слоя. Ткань укладывается на предыдущий слой с помощью клея временной фиксации. Перехлёст материала должен быть 50-60 мм и не должен попадать на перехлёст нижнего слоя. Не допускать складок материала, натяжки, изменения расстояния между нитями и их повреждение.

Излишки ткани обрезать так, чтобы расстояние до герметизирующего жгута было 20 - 30 мм.

Укладка технологических тканей

В качестве вспомогательных тканей и пленок используются технологические ткани. Эта группа материалов применяется только для организации самого процесса инфузии и не входит в состав детали. По мере завершения операции такие материалы удаляются.
Основным компонентом этого типа является жертвенная ткань. Она формирует ровную внутреннюю поверхность детали, которую образовывает вакуумная инфузия.
Вторым основным назначением полиамидной ткани является создание на поверхности детали необходимой величины шероховатости, что понадобится в дальнейшем для следующих операций - вклейки, шпатлевки или нанесения ЛКП. Такая величина шероховатости не может быть создана наждачной бумагой и иными средствами.
Защитная функция жертвенного материала обуславливается стойкостью её структуры к внешним воздействиям и минимальной адгезией.

Жертвенный слой

• Ткань желательно нарезать лентами и приклеивать на деталь вдоль от середины к краям.
При укладке учитывать, что ткань не растягивается и не драпируется. Перехлёст выдерживать в районе 10-20 мм. Строго соблюдать, чтобы ткань не была в натянутом положении.
• Все углы и сложные места продавливать резиновым шпателем и прокатывать пластиковым валиком.
• Жертвенную ткань обрезать по краю основного армирующего материала детали.

Перфорированная плёнка и проводящая сетка.

Пленка разделяет сетку с жертвенной тканью т.к. имеет минимальную адгезию.
• Перфорация Р3 имеет 9 отверстий на 1 см2.
• Плёнка укладывается в стык на клей до края изделия. Не допускается перекрытие отверстий.
Сетка предназначена для вывода воздуха и подвода смолы к основе. Сетка укладывается только на плёнку. Перехлёст допускается 30-50 мм. Разъединение и разрезы не допускаются.
Дренажная ткань также необходима при небольшой толщине вакуумного мешка, чтобы вакуумная сетка не продавила мешок.

Герметизирующий жгут

• Отклеить скотч;
• Протереть место под жгут бензином "Калоша";
• Протереть спиртом;
• Приклеить по периметру герметизирующий жгут и прокатать валиком. Отступ от края ткани - 20мм. Следить за попаданием частиц ткани под жгут.

Спиральная трубка

 

Спиральная трубка, в зависимости от технологии подачи смолы, может служить для создания вакуума и отвода излишней смолы, а также для фронтальной подачи смолы с одной стороны и отвода с другой. При фронтальной подаче, спиральная трубка смолы укладывается на сетку, а трубка откачки - на жертвенную ткань.

В случае установки спиральной трубки по периметру, порт подачи смолы устанавливается в середине.

В случае подачи смолы по периметру и откачки вакуума из центрального порта.

По периметру отбортовок, на расстоянии 20 мм от герметизирующего жгута, приклеить на жертвенную ткань спиральную трубку. На фланцах матрицы, через соединительный тройник, вывести вакуумные трубки необходимой длины. Место соединения трубки с тройником обвернуть герметизирующим жгутом и приклеить к жгуту, который находится на матрице.

Вакуумная пленка

Вакуумная пленка служит для создания вакуумного мешка вокруг матрицы с выложенной деталью, либо только вокруг рабочей поверхности матрицы, если ее размеры не позволяют поместить матрицу с деталью в мешок. Пленка полностью удаляется с изделия только после проверки на предмет окончательной полимеризации смолы.



• Предварительно отрезанная плёнка с запасом по длине и ширине в 1.5 раза приклеивается на жгут, находящийся на матрице. Приклейку начинать с углов. Следить за попаданием инородных тел в местах соединения плёнки с жгутом. Во всех углах делаются складки. Излишки плёнки распределяются по периметру складками. Всю процедуру рекомендуется проводить в мягких перчатках, чтобы не повредить пакет. Собрать вакуумный пакет. Провести тест на герметичность. Скорость падения вакуума должна быть не более 1 мбар в минуту. Остаточное давление в пакете должно быть не более 10 мбар.
• Далее скинуть давление. При необходимости установить трубки с зажимами подачи смолы в дополнительные порты. Поправить пакеты и снова откачать вакуум в пакетах до максимума. Тест на герметичность проводить минимум 4 часа.

Подготовка и заливка связующего

• Смолу разлить в ёмкость и поставить в дегазатор на 2 часа при температуре 20-25 градусов.
• Подготовить нужное количество отвердителя.
• В ёмкость со смолой добавить отвердитель и медленно, без насыщения воздухом, перемешивать в течение 5 минут.
• Ёмкость со связующим поставить в дегазатор на 20-30 минут при давлении вакуума 1 Бар.
• Подключить пакет через малый дегазатор для слива излишек связующего.
• Убедиться, что давление в пакетах составляет 0,9 Бар. Подготовленную смолу поставить на матрицу. Под ёмкости подложить мягкую ткань.
• Вставить трубки в ёмкости и немного открыть кран. Отрегулировать скорость подачи связующего так, чтобы движение в сетке было постоянным и не быстрее пропитки основных слоёв.
• Во время инфузии вакуумный насос должен непрерывно работать.
• По завершению пропитки перекрыть все краны подачи связующего, но не перекрывать отвод минимум 30 минут.
• Грязную ёмкость убрать.
• Перекрыть канал слива.
• Отключить вакуумный насос и перекрыть внешний пакет.

Подготовка и заливка связующего

Через 24 часа после заливки связующего разобрать пакеты и удалить все технологические ткани. С помощью клиньев извлечь деталь из матрицы и произвести осмотр.

Статья подготовлена руководителем производства "ХимСнаб Композит", Владимиром Поповым