Lisování za studena

Provádí se působením nízkého tlaku 0.3 – 10 kg/cm2 za normální teploty. Formy nejsou vyhřívané, mohou tedy být nákladově nenáročné (laminát, plech, hladké dřevotřískové lamino). Používá se forem dvoudílných, tzn. že výlisek má oboustranně hladký povrch. Tlak se získává nejjednodušeji pomocí šroubových svěrek nebo hydraulických válců v jednoduché rámové konstrukci nebo v etážových nízkotlakých lisech.

Používané materiály

Výztuže: Nejčastěji tkaniny na bázi skleněných či jiných vláken o různé gramáži, stylu tkaní a orientaci.

Pryskyřice: Polyesterové nebo epoxidové pryskyřičné systémy vytvrzující za normální teploty.

Technologie je vhodná pro investičně nenáročnou výrobu o seriích 100 – 5000 ks.

Lisování pomocí vakua

Je-li třeba zvýšit obsah výztuže a odsát přebytečnou pryskyřici pro zvýšení mechanických vlastností nebo zakomponovat tuhé sendvičové materiály – pěny nebo voštiny, volí se přítlak vakuem.

Při použití měkkých sendvičových materiálů, které je nutno prosytit pryskyřicí, je možno také použití vakua, je však nutné volit podstatně menší podtlak.

Materiál – prosycená výztuž se aplikuje do formy jako při ručním kladení. Na poslední konstrukční vrstvy se pokládá tzv. odtrhová (strhávací) tkanina ze syntetických vláken, která usnadňuje další operace (laminování, lepení, povrchové úpravy) tím, že jí lze kdykoli po vytvrzení lehce strhnout a na vzniklém povrchu pokračovat s dalšími operacemi aniž by bylo třeba povrch odmašťovat či brousit nebo zdrsňovat. Následují perforovaná separační folie a odsávací rohož, která vstřebává přebytečné pojivo a zároveň umožňuje odsátí vzduchových bublin vakuem. Nakonec se aplikuje pružná vakuovací folie nebo pryžová plachetka, která se při obvodu formy přilepí těsnícím tmelem ve formě pásku či hmoty nebo oboustranně lepicí páskou k zajištění funkce vakua.

Evakuace vzduchu a přítlak se vyvozuje relativně malým pod tlakem cca 0.3-0.9 bar, formy mohou být relativně jednoduché a nákladově nenáročné jako u technologie ručního kladení.

Ve většině případů pak vytvrzování ve vakuované formě probíhá při normální teplotě, použijí-li se prepregy, je třeba dosáhnout předepsané vytvrzovací teploty umístěním formy do vyhřívaného tunelu nebo vytápěné komory.

Používané materiály: Výztuže: Tkaniny a pásky na bázi skleněných, uhlíkových nebo syntetických vláken všeho druhu, jejich kombinace nebo tzv. hybridní (směsné) výztuže různé gramáže.Pojiva: Polyesterové nebo epoxidové pryskyřice

Pro náročné aplikace se užívá tzv. prepregů, tj. výztuží předimpregnovaných vhodnými pryskyřicemi, které vyžadují vytvrzování za zvýšených teplot. Tkaninové prepregy se vyznačují vysokým obsahem výztuže, je třeba však počítat s omezenou skladovatelností několik dnů až týdnů v závislosti na typu pojivového systému a skladovací teplotě (při -18ºC až 12 měsíců).

Vakuové lisování se používá pro malé až střední serie, technologie nevyžaduje vysoké náklady vyjma investice do vakuové pumpy. Výsledkem jsou oboustranně hladké výrobky včetně sendvičových struktur s vysokým obsahem výztuže a velmi dobrými mechanickými vlastnostmi.

Lisování v autoklávu

Jedná se o nejnákladnější a nejsložitější technologii pro seriovou výrobu velkorozměrných konstrukcí. Výchozím materiálem jsou vždy prepregy, vyžadující vytvrzování za zvýšených teplot. Skladba vrstev je prakticky stejná, jako při lisování vakuem, forma pokrytá pružnou folií nebo plachetkou se umístí do vyhřívaného autoklávu, provede se nejprve evakuace podtlakem cca 0.8 bar a pak se autokláv natlakuje na cca 6 bar. Obsah výztuže se pak pohybuje přes 60%.

Prepregy jsou kladeny buď ručně nebo v případě velkoseriové výroby leteckých nebo kosmických dílů jsou ukládány speciálním zařízením, řízeným počítačem.

Používané materiály

Prepregy na bázi skleněných, uhlíkových nebo aramidových vláken (pro letecké a kosmické aplikace jsou užívána také vlákna borová nebo siliciumkarbidová) nejčastěji s epoxidovou matricí, vytvrzující při 120-200ºC.Lisování v autoklávu se používá pro nejnáročnější velkorozměrové struktury pro kosmický a letecký průmysl, závodní automobily a velkorozměrové obkladové panely dopravních prostředků se střední až vysokou seriovostí.

Lisováni za tepla a tlaku

Provádí se za zvýšených teplot a tlaků ve dvou nebo vícedílných kovových formách, které musí mít leštěné nebo lépe tvrdě chromované pracovní povrchy. Formy se vyhřívají nejčastěji elektricky nebo topným mediem a jsou upevněny v hydraulických lisech schopných vyvodit tlaky 10-300 kg/cm2 . Výchozím materiálem jsou buď prepregy- tzv. lisovací rohože (SMC – sheet moulding compouds), lisovací těsta (DMC- dough moulding compounds) nebo lisovací směsi -premixy (BMC – bulk moulding compounds).

Prepregy – lisovací rohože (SMC) jsou směsi sekaných, nejčastěji skleněných vláken, pojiva, většinou na bázi polyesterových nebo vinylesterových pryskyřic převedeného do částečně vytvrzeného stavu B, plniv, pigmentů a různých aditiv zlepšujících tokové vlastnosti, kvalitu povrchu a upravujících některé vlastnosti, např. snižují hořlavost nebo smrštění. Za zvýšené teploty a tlaku jsou prepregové přířezy schopny ve formě dalšího toku, materiál zcela zaplní dutinu formy a dalším působením tepla nastane kompletní vytvrzení.

Používané materiály

Prepregy – lisovací rohože (SMC) ve formě listového materiálu, krytého oboustranně separační folií, dodávané v rolích. Pojivem jsou nejčastěji polyesterové pryskyřice různých typů. V případě lisovacích těst (DMC) a premixů (BMC) se používají i speciální tereftalátové typy.

Lisování za tepla a tlaku je jednou z nejproduktivnějších výrobních technologií pro velkoseriovou výrobu (2-5 tis. kusů) malých a středně velkých dílů. Výhodou jsou krátké výrobní cykly v řádu několika minut, vysoká reprodukovatelnost kvality a rozměrů a možnost automatizace procesu.

Nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady na lisy a formy.

 

 

Při technologii navíjení se výztuž, většinou skleněné, ale i uhlíkové nebo aramidové pramence impregnované pojivem navíjejí na jádro (trn) ve tvaru výrobku. Takto se vyrábějí kompozitní dutá tělesa – trubky, nádrže a nádoby různého i proměnného tvaru a velikosti.

Pohyb ukládacího ramene podél osy za současné rotace trnu a poloha ukládacího oka dovolují přesné kladení vláken v několika osách a umožňují vytváření i relativně složitých tvarů. Proces navíjení je plně řízen počítačem.

V impregnačním a naváděcím zařízení se výztuži uděluje určité předpětí, které umožňuje přesné uložení na jádro. Poměrem rychlosti otáčení trnu a posunem ukládacího zařízení lze regulovat úhel návinu od 90º (obvodový návin) přes křížový návin s různým navíjecím úhlem až po 0º, např. osové vyztužení hřídelí a trubek. Díky rozebíratelným a vyjímatelným trnům lze tzv. integrálním navíjením získat kompletní nádoby včetně den a vrchlíků pouze s malými polárními otvory.

Používané materiály

Výztuže: Většinou pramence – skleněný roving o různém texu, pro náročné aplikace uhlíkové a aramidové pramence.

Nově je používán i roving Twintex (Vetrotex), který se skládá ze skleněných a po­lymerních termoplastických vláken. Kromě tzv.přímého rovingu lze použít i speciální vylehčené pramence Sphere­tex na bázi skleněných, uhlí­kových nebo aramidových vláken, mezi nimiž jsou za­komponovány expandované polymerní mikrokuličky.

Pojiva: Polyesterové pryskyři­ce různého typu, vinylestery i epoxidy. Pro skladování po­travin a pitné vody je třeba hotové nádrže tepelně dotvrzovat, aby se dosáhlo co nejvyššího stupně vytvrzení a minimálního obsahu zbytkového volného styrenu.

Technologie navíjení je jednou z nejprogresivnějších metod pro výrobu dutých těles z kompozitů.

Investiční náročnost je dána cenou navíjecího stroje a náklady na navíjecí trny. Běžně se navíjením vyrábějí trubky od průměru 150 mm do 3000 mm a nádrže od 1 m³ až do 100 m³.

Injektážní a infuzní technologie

Tyto metody patří mezi tzv. uzavřené technologie, které omezují odpar škodlivého styrenu během zpracování a vytvrzovacího procesu. Vzhledem k zpřísňujícím se předpisům na kvalitu pracovního prostředí a snížení emisí do komunálního prostředí nabývají čím dále tím více na důležitosti a rozšíření na úkor ručního kladení a stříkání.

Všechny modifikace těchto technologií vycházejí z kapalných pryskyřičných systémů, které prosycují suchou výztuž uloženou do formy pomocí injektáže, vakua nebo kombinací obou.

Vysokotlaké vstřikování

(RTM – resin transfer moulding)

Formy jsou robustní konstrukce, kovové nebo polymerbetonové, aby snesly vysoké vnitřní tlaky.

Do formy, opatřené gelcoatem, se vyskládá suchá výztuž dle konstrukčního návrhu, při velkoseriové výrobě se vkládají tzv. předlisky z výztužného materiálu. Vyztužující materiál, ať už na bázi skleněných nebo jiných vláken, musí mít strukturu umožňující snadný tok pryskyřičného systému, aby se dosáhlo úplného prosycení v krátkém čase.

Forma se poté uzavře vrchním dílem podobně tuhé konstrukce a zajistí rychloupínacím sysémem. Do vstřikovacího otvoru se umístí injektážní pistole, kterou se přivádí pojivo ze speciálního strojního zařízení – vysokotlaké pumpy se spřaženým regulovatelným dávkováním iniciátoru. Pojivo se vstřikuje tak dlouho, pokud nezačne vytékat z kontrolních otvorů na okrajích formy, což znamená, že výztuž je zcela prosycena v celém objemu dílce. Pojivový systém je volen tak, aby vytvrzovací reakce s využitím exotermu proběhla v řádu 10-20 minut.

Používané materiály

Výztuže: Rohože z nekonečného vlákna (např. typ Unifilo) nebo prošívané rohože a speciální komplex skleněná rohož+vnitřní řídká rohož ze syntetických vláken typu Rovicore nebo Combiflow, povrchové rohože o nízké gramáži.

Pojiva: Nejčastěji polyesterové pryskyřice se zabudovaným urychlovačem, v řadě případů ve směsi s levnými plnivy (uhličitan vápenatý, aluminiumtrihydrát) pro snížení nákladů a úpravu vlastností, např. snížení hořlavosti, speciální typy tzv. Class A se sníženým smrštěním pro automobilové díly k přímému nasazení bez dalších povrchových úprav.

Vysokotlaké RTM je díky krátkým výrobním cyklům a reprodukovatelné kvalitě vhodná technologie pro vyšší série – několik stovek až tisíců kusů. Je třeba počítat s dost vysokou investicí na vstřikovací zařízení a s náklady na středně finančně náročné formy. Náklady na protikus formy lze snížit použitím tzv. distančních voskových folií o různé tloušťce odpovídající tloušťce výrobku, odpadá tak výroba druhého modelu.

Vakuo-injekční technologie

(VARTM – vacuum assisted resin transfer moulding, RTM light))

Jedná se o modifikaci klasické technologie RTM, kdy prosycení výztuže napomáhá vakuum.

Užívá se 2 základních uspořádání:

1. a) vstřikování do středu formy, vakuum je aplikováno po obvodu formy
2. b) přívod pojivy do obvodového kanálku, vakuum je aplikováno ve středu formy

Výhodou této technologie je díky nižším tlakům (0.4-1 bar) možnost konstruovat formy méně robustní, což umožňuje výrobu i větších dílců.

Používané materiály

Jako u klasické vysokotlaké RTM technologie, navíc těsnicí profily a pásky pro zajištění funkce vakua ve formě.

Vakuové prosycování

(vacuum infusion, VIP- vacuum infusion process)

Technologie obdobná RTM light, odpadá zcela injekční zařízení. Užívají se 3 modifikace:

1) Vakuové prosycování s pružnou vrchní částí formy. Spodní forma je tuhá, podobně jako u RTM light s odsávacími kanálky, vrchní část, nejčastěji kompozitní, má určitou pružnost, která reguluje přítlak, uzavírací sílu a prosycování zajišťuje vakuum 0.6-0.8 bar.

Pojivo je buď přiváděno ze zásobníku nebo se před uzavřením formy zhruba rozprostře na suchou výztuž. Metoda je vhodná pro oboustranně hladké dílce, do kterých mohou být zakomponovány jádrové materiály – pěny nebo voštiny- pro vytvoření sendvičové struktury.

2) Vakuové prosycování pod pružnou folií. Technologie má mnoho společného s lisováním pomocí vakua. Spodní forma je klasického typu jako pro ruční kladení. Místo druhé části formy se používá pružná folie, která je k okrajům formy připevněna těsnícími pásky. Iniciované pojivo se přisává ze zásobníku, v případě velkorozměrných dílců se rozvádí perforovanými trubičkami až do vzdálenějších míst. Vakuum je aplikováno na obvodu formy pomocí kanálku, vytvořeného těsnícími profily.

3) Metoda SCRIMP je velmi podobná metodě 2), pouze rozvod pryskyřice je zajišťován speciální síťkou, umístěnou na celý povrch suché výztuže. Závěr tvoří opět pružná folie.

Používané materiály

Výztuže: Vyztužující materiály všeho druhu, od tkanin na bázi skleněných, uhlíkových nebo aramidových vláken nebo jejich kombinací o různé gramáži a stylu tkaní, s různou orientací až po speciální prošívané nebo složené rohože. Je možno vkládat pěnové nebo voštinové materiály pro tvorbu sendvičových struktur nebo semisendvičové materiály typu Coremat. Lze použít i odtrhávacích tkanin, pásků a povrchových rohoží.

Pojiva: Polyesterové i epoxidové nízkoviskozní pryskyřice, pro velkorozměrové dílce vzhledem k dlouhým dobám prosycování je třeba volit vytvrzovací systémy s dlouhou dobou zpracovatelnosti. Metody vakuového prosycování jsou obzvlášť vhodné pro velkorozměrné díly jako trupy a paluby lodí, velké dílce pro kapotáž lokomotiv a vagonů, lopatky větrných elektráren apod., kde by jiné metody byly velmi pracné (ruční kladení) nebo neúnosně nákladné (RTM nebo klasické lisování).

Pracovní cykly jsou ovšem delší, někdy až několik hodin. Infuzí prosycování je vhodné pro menší až střední serie.