Glasfiber spray lay-up process

Spray-Up även känd som chop -metoden för att skapa glasfiberobjekt genom att spruta korta glassträngar ur en pneumatisk pistol. Denna metod används ofta när den ena sidan av den färdiga produkten inte syns, eller när stora mängder av en produkt måste tillverkas billigt och snabbt utan hänsyn till styrkan. Corvettskärmar och båtjollar tillverkas vanligtvis på detta sätt.

Det skiljer sig mycket från handuppläggningsprocessen. Skillnaden kommer från appliceringen av fibern och hartsmaterialet på formen. Spray-up är en öppen gjutningsprocess för komposittillverkning där harts och förstärkningar sprutas på en återanvändbar form. Hartset och glaset kan appliceras separat eller samtidigt "hackat" i en kombinerad ström från en hackpistol. Arbetarna rullar ut sprayen för att komprimera laminatet. Trä, skum eller annat kärnmaterial kan sedan tillsättas och ett sekundärt sprutskikt bäddar in kärnan mellan laminaten. Delen härdas sedan , kyls och avlägsnas från formen.

Ansökningar

Tillämpningar inkluderar tillverkning av skräddarsydda delar i små till medelstora volymer. Badkar, simbassänger, båtskrov, lagringstankar, kanal- och luftbehandlingsutrustning och möbelkomponenter är några av de kommersiella användningsområdena för denna process.

Grundmaterial

Det grundläggande förstärkningsmaterialet för denna process är glasfiberförgarn, som kapas till en längd av 10 till 40 mm och appliceras sedan på formen. För förbättrade mekaniska egenskaper används en kombination av tyg och hackade fiberskikt. Den vanligaste materialtypen är E-glas, men kol- och kevlarförgarn kan också användas. Kontinuerlig strängmatta, tyg och olika typer av kärnmaterial bäddas in för hand när det behövs. Viktfraktionen av armeringen i denna process är typiskt 20 till 40 % av den totala vikten av delen. Det vanligaste hartssystemet som används för sprutningsprocessen är generellt eller DCDP- polyester ; isoftalpolyestrar och vinylesterhartser används också ibland. Snabbreagerande hartser med en brukstid på 30 till 40 minuter är typiska. Hartset innehåller ofta en betydande mängd fyllmedel. De vanligaste fyllmedlen är kalciumkarbonater och aluminiumtrihydrater. I fyllda hartssystem ersätter fyllmedel en del av förstärkningarna; 5 till 25 viktprocent fyllmedel används.

Stål, trä, GRP och andra material används som formmaterial för prototypsyften. Formen kan vara en han- eller honform. För att göra duschbadkar används en hanform. Inom båtbranschen används en enkelsidig honform gjord av FRP ( fiberförstärkt plast) för att tillverka yachtskrov. Formens yttre skal är förstyvat av en träram. Formen görs genom att ta omkastningen av ett manligt mönster. Flera olika skrovstorlekar kan tillverkas med samma form. Formens längd förkortas eller förlängs med hjälp av insatser och formsekundärer såsom fönster, luftventiler och propelleraxeltunnlar.

Bearbetningskrav

Bearbetningsstegen är mycket lika de i handuppläggning. I denna process appliceras först släppmedlet på formen och sedan appliceras ett lager gelcoat . Gelcoaten får stå i två timmar tills den stelnar . När gelcoaten har härdat används en sprutpistol för att avsätta fiberhartsblandningen på ytan av formen. Spraypistolen hackar de inkommande kontinuerliga rovingarna (en eller flera rovings) till en förutbestämd längd och driver den genom harts/katalysatorblandningen. Harts/katalysatorblandning kan ske inuti pistolen (pistolblandning) eller precis framför pistolen. Pistolblandning ger en noggrann blandning av harts och katalysator inuti pistolen och är att föredra för att minimera operatörens hälsorisker. I den andra typen sprutas katalysatorn genom två sidomunstycken in i hartshöljet. Luftlösa sprutpistoler blir populära eftersom de ger mer kontrollerade sprutmönster och minskat utsläpp av flyktiga ämnen. I ett luftlöst system används hydrauliskt tryck för att dispensera hartset genom speciella munstycken som bryter upp hartsströmmen till små droppar som sedan blir mättade med förstärkningarna. I ett luftatomiserat sprutpistolsystem används tryckluft för att dispensera hartset.

När materialet väl har sprayats på formen används borstar eller rullar för att avlägsna instängd luft samt för att säkerställa god fibervätning. Tyglager eller kontinuerliga strängmattor läggs till laminatet, beroende på prestandakrav. Härdningen av hartset görs vid rumstemperatur. Härdningen av harts kan ta två till fyra timmar, beroende på hartssammansättningen. Efter härdning tas delen bort från formen och testas för efterbehandling och strukturella krav.

Tillverkningsprocess

Formen är vaxad och polerad för enkel borttagning.
Gelcoaten (en slät, hård polyesterhartsbeläggning) appliceras på formytan och får tid att härda innan den appliceras igen. Vanligtvis används två lager gelcoat.
Barriärbeläggningen appliceras för att undvika fibertryck och en grov yta genom gelcoaten.
Barriärbeläggningen härdas i en ugn och får svalna till rumstemperatur.
Efter härdning tillsätts kalciumkarbonat och aluminiumtrihydratfyllmedel med hjälp av en blandningsenhet med hög skjuvning.
En vaxliknande tillsats tillsätts i hartset för att minska styrenutsläppet med 20 % under lamineringen.
En glasfiberhackare är monterad på sprutpistolen.
Blandningen av katalysator, harts och glasfiber sprayas sedan jämnt i ett fläktliknande mönster för att säkerställa jämn täckning.
En rulle används för packning efter att varje lager har applicerats, detta tar bort instängd luft.
Där så är önskvärt, är trä-, skum- eller bikakekärnor inbäddade i laminatet för att skapa en sandwichstruktur. Hörn- och radietäckning kontrolleras också.
Delen härdas i en ugn och får svalna till rumstemperatur.
Formen tas bort och är redo att vaxas och poleras för nästa tillverkningscykel.
Efterbehandling görs genom att trimma kanter av överflödigt glasfiber och borra hål efter behov.
Efter att delen har bedömts av personlig kvalitetskontroll vägs den, strukturellt kontrolleras och ytfinishen inspekteras före packning och frakt.

Fördelar

Det är en mycket ekonomisk process för att tillverka små till stora delar.
Den använder billiga verktyg såväl som billiga materialsystem.
Den är lämplig för små till medelstora delar.

Begränsningar

Den är inte lämplig för att tillverka delar som har höga konstruktionskrav.
Det är svårt att kontrollera fibervolymfraktionen såväl som tjockleken. Dessa parametrar beror i hög grad på operatörens skicklighet.
På grund av dess öppna form är styrenutsläpp ett problem.
Processen ger en bra ytfinish på ena sidan och en grov ytfinish på andra sidan.
Processen är inte lämplig för delar där dimensionsnoggrannhet och processupprepbarhet är huvudproblem. Spray-up processen ger inte en bra ytfinish eller dimensionskontroll på båda eller alla sidor av produkten.

Faror

Anställda inom plasttillverkning av glasfiberharts utsätts för flera faror – höga nivåer av styren vid laminering, buller i sprutboxar och slipområden och damm från slipning. [1]

Källor

Mazumdar, Sanjay K. Composites Manufacturing: Materials, Products and Process Engineering . Sidor 21–100. Taylor och Francis Group. CRC Tryck. 2002