Confectionarea matritelor din poliesteri armati cu fibra de sticla

Confectionarea matritelor din poliesteri armati cu fibra de sticla

Matritele din poliesteri armati cu fibra de sticla pot fi folosite pentru procedee de fabricatie diferite. Aplicarea cea mai des folosita este fabricarea pieselor manual sau cu masini combinate de tocat si aplicat fibra (polispray). La construirea unei matrite este importanta experienta celui care lucreaza si se recomanda alegerea cu atentie a materiilor prime ce asigura calitatea matritei pe termen lung.

1.1. Constructie model (master)

Primul pas in constructia matritei este fabricarea modelului. Poate fi prototip sau special construita din lemn, ghips, metal sau alte materiale ce nu pot fi atacate de stirenul monomer. Modelul trebuie sa aibe stabilitate dimensionala buna si suprafata trebuie sa fie de o calitate cel putin la fel de buna pe cat se doreste piesa finita.

Tratamentul suprafetei include ceruire, sablare, lacuire si lustruire.

Lacuirea este importanta daca modelul este facut dintrun material poros precum lemnul sau ghipsul, unde este nevoie de mai multe straturi.

Cand se chituieste si se lacuieste, este important sa se foloseasca materiale rezistente la stirenul monomer. Cele mai bune sunt cele pe baza de poliester. Majoritatea chiturilor si lacurilor ce se usuca la aer sunt atacate de stirenul monomer si trebuiesc protejate de un strat de demulant aplicat cu atentie, de exemplu, alcoolul polivinilic.

Cand pregatiti suprafata matritei, este important sa nu lasati urme precum zgarieturi, deoarece acestea se vor vedea pe suprafata piesei finite. Urmele de pe suprafata piesei pot fi relativ usor de indepartat, dar cele de pe suprafata matritei rezultate din iesirile in relief de pe model pot fi foarte greu de corectat dupa ce matrita este gata.

Modelul trebuie, de asemenea, adaptat procedeului specific folosit la realizarea matritei.

Aceasta inseamna ca materialul de etansare, marginile, asezarea, trebuiesc modelate si suprafata tratata ca pentru restul modelului.

Cand modelul este gata si suprafata finisata, se lacuieste si se lasa sa se usuce cel putin o saptamana. Apoi modelul trebuie tratat cu agentii de demulare necesari.

Intai aplicati multa ceara de demulare in straturi subtiri si netede folosind un burete. Lucrati ceara in cercuri mici, in sectiuni de 25 - 30% si timp limitat. Lustruiti imediat, ca ceara sa nu se usuce, folosind hartie speciala sau finet. Schimbati-le frecvent. Ceruirea trebuie facuta in 4-5 straturi cu interval de minim trei ore intre, pentru uscarea fiecarui strat. Ultimul strat de ceara trebuie lasat la uscat cel putin 12 ore.

Urmatorul pas este aplicarea stratului de demulant lichid, adica alcool polivinilic, folosind o bucata din piele de caprioara, weltex sau alte materiale similare. Materialul trebuie sa fie saturat cu alcool polivinilic si apoi stors cu atentie. Stratul se aplica prin spalarea suprafetei cu o carpa uda, prin miscari ample astfel incat sa se formeze un strat subtire.

1.2. Aplicarea gelcoatului de matrita

Gelcoaturile sunt create pe baza de rasini poliesterice nesaturate selectate pentru a obtine HDT ridicat. Aceasta caracteristica va permite realizarea unui mare numar de piese pe aceeasi matrita. Aceste gelcoaturi sunt gata de utilizare dupa ce se adauga procentul corespunzator de intaritor (peroxid de metil etil cetona = MEC).

Se recomanda citirea cu atentie a instructiunilor de utilizare inainte de inceperea lucrului. O slaba aplicare a acestuia poate duce la rezultate nedorite.

Aplicarea gelcoatului se face cu o pensula cu par lung si moale; primul strat de 0,35 mm +/- 0,05 mm in cel putin doua treceri (ideal trei treceri).

Lasati gelcoatul sa se usuce 2 minute intre fiecare trecere;

Un strat mai gros de 0,5 mm provoaca deformari, fisuri sau aspect necorespunzator;

O grosime mai mica de 0,3 mm provoaca o intarire incompleta ce se manifesta prin luciu insuficient, lipsa stralucirii, fisuri si observarea fibrei de sticla.

Lasati stratul de gelcoat sa gelifieze (contact lipicios fara transfer de material)

1.3. Intarirea gelcoatului de matrita

Se recomanda controlarea timpului de gel, inainte de utilizare. Acesta poate suporta variatii in functie de temperatura din atelier, umiditatea din atmosfera, valabilitatea gelcoatului, tipul de peroxid organic folosit; o scadere a temperaturii in atelier va cauza o crestere a timpului de gel, deci si o crestere a duritatii Barcol mai lenta. Temperatura recomandata este de 18-23 gr.C.

Nu utilizati mai mult de 3% catalizator; va aparea contractie suplimentara si autodemulare.

Nu folositi mai putin de 1,2% catalizator; va cauza slaba polimerizare.

1.4. Sfaturi / Puncte cheie

Gelcoatul trebuie amestecat inainte de utilizare (10 minute pentru 24 ore). O amestecare excesiva va provoca scaderea vascozitatii, marind riscul de curgere, pierderea de stiren si formarea porozitatilor.

Gelcoatul va fi amestecat in adancime si la suprafata, evitand turbulentele.

Nu amestecati niciodata gelcoatul folosind aer comprimat. Aceasta metoda nu este eficace si prezinta riscul poluarii cu stiren monomer.

Nu adaugati nimic altceva in gelcoat in afara de peroxid de metil etil cetona in procentul necesar.

1.5.Precautii

Utilizarea gelcoatului de matrita este obligatorie pentru a obtine o suprafata fara greseala, lucioasa si durabila.

Operatorul trebuie sa urmareasca si sa controleze strict procedurile de aplicare. Un mare numar de greseli nu apar decat dupa demulare si sunt cauzate de nerespectarea normelor de utilizare:

lucrati pe o preforma curata, neteda si fara pori. Utilizarea unui strat de finisare sau de lac este recomandata.

asigurati-va ca ustensilele de lucru sunt in stare buna de utilizare.

dupa cateve zile de neutilizare, gelcoatul de matrite pare foarte vascos. Se recomanda a fi amestecat (o data pe zi). O amestecare slaba este inutila, chiar cu efecte negative (porozitati, curgeri,.).

dupa folosire inchideti recipientul de gelcoat.

la aplicarea unui strat, acoperiti intreaga suprafata in interval de 5 min. Succesiunea sau juxtapunerea straturilor provoaca o reticulare heterogena a filmului, cauzand nereguli .

nu reduceti niciodata cantitatea de gelcoat de matrita adaugand alti substituenti (acetona, etc.).

fiti sigur ca peroxidul organic s-a incorporat omogen in gelcoat. Nerespectarea acestui lucru duce la aparitia problemelor de intarire ce se manifesta prin vizibilitatea fibrelor, autodemulare, etc.

verificati grosimea gelcoatului umed aplicat. O grosime insuficienta inseamna vizibilitatea fibrelor de sticla, deformare dupa intarire si aparitia fisurilor.

evitati formarea bulelor de aer. Acest fenomen provoaca porozitati.

proiectati un strat de gelcoat de 0,35 mm. pe o placa de sticla. Verificati prezenta sau absenta porozitatilor. Acest test se recomanda inainte de proiectia (aplicarea) gelcoatului pe preforma.

in timpul proiectiei, evitati miscari bruste, acest lucru putand provoca discontinuitati in aplicare.

nu aplicati niciodata gelcoat pe alcool polivinilic umed (intarire incompleta).

controlati umiditatea.

utilizati gelcoatul catalizat in perioada de utilizare.

2. Laminatul de suprafata

Primul strat ranforsat consta intrun voal de suprafata, plus un strat de fibra tocata (stratimat) de 300 g/mp, pudra. Trebuie aplicat imediat dupa ce stratul de gelcoat s-a intarit bine(intre minimum 3 ore si pana la maximum 6 ore).

Folositi o rasina poliesterica speciala pentru matrite cu adaosul recomandat de intaritor. Nu amestecati mai multa rasina decat puteti folosi intro perioada de 20 min.

Aplicati rasina peste gelcoat-ul intarit prin spray-ere sau cu o pensula, sau un roller din piele de miel. Trebuie aplicat un strat gros si neted, daca se poate dublu in greutate fata de ranfort. Primul strat de voal de suprafata se umecteaza cu rasina si trebuie presat astfel incat sa urmeze conturul modelului fara straturi duble, cute sau zgarieturi.

Asteptati cam 2 min.si lasati ranfortul (fibra de sticla) sa se impregneze de la baza, inainte sa incepeti laminarea cu un roller de metal pentru o impregnare totala a ranfortului, fortand astfel aerul sa iasa. Folositi o pensula densa pentru locurile inguste (greu accesibile) sau pentru colturi. Impregnarea primului strat trebuie facuta cu mare atentie pentru a evita formarea bulelor de aer.

Daca stratul de rasina poliesterica de dupa gelcoat nu este suficient pentru a acoperi complet suprafata fibrei, se mai aplica rasina pe suprafata matului, dar se recomanda evitarea acestui lucru deoarece aerul poate patrunde usor in suprafata si este mai greu de eliminat.

Nu incercati sa obtineti un continut ridicat de fibra de sticla din primul strat, ci realizati o laminare neteda, fara bule de aer.

Deformarile de pe matrita trebuie corectate cu atentie astfel incat sa nu ramana zone de rasina neranforsata. Pentru colturile ascutite sau marginile matritelor demontabile, puteti aplica fibre de roving (fir) bine impregnate, inainte de aplicarea matului.

Dupa ce primul strat este complet impregnat, trebuie lasat sa geleze. Cand laminatul este inca umed, marginile trebuiesc nivelate cu un cutit ascutit. Repetati pentru fiecare strat. Astfel, nu va trebui sa nivelati marginile matritei cu discul abraziv. Cand construiti modelul, curatati marginile pentru a facilita egalizarea. Dupa egalizarea marginilor lasati primul strat sa se usuce peste noapte.

Urmatoarea zi verificati cu atentie laminatul ca sa nu aiba bule de aer. Daca acestea exista totusi, dupa impregnare, trebuie curatate cu un cutit pentru a putea fi umplute cu rasina din stratul urmator. Se impune din nou atentie in special pentru colturi si margini. De asemenea, indepartati prin taiere sau prin slefuire orice proieminenta, astfel incat suprafata sa fie complet pregatita pentru aplicarea stratului urmator.

Folositi aceeasi metoda pentru a lamina cel de-al treilea strat, doar ca aici veti folosi stratimat de 450 g/mp. Imbinarea intre bucatile de stratimat din acest strat si din cele urmatoare trebuie facuta cu o suprapunere de 50 mm.

Al treilea strat laminat se va lasa de asemenea la uscat peste noapte. Nu uitati sa nivelati marginile.

Repetati la urmatoarele trei straturi folosind stratimat de 450 g/mp, si lasand fiecare strat la uscare peste noapte, dupa ce ati egalizat marginile.

Pentru a-i conferi matritei o rezistenta sporita, trebuie aplicat si un strat de tesatura de 500 g/mp.

Ultimul strat va fi tot de stratimat de 450 g/mp,

Stratul de suprafata al matritei este acum gata si trebuie sa fie format din

gelcoat,

un mat subtire,

un mat de 300 g/mp,

patru straturi de mat 450 g/mp,

un strat de tesatura de 500 g/mp,

un strat de mat 450 g/mp, avand o grosime totala de aproximativ 7 mm

(0,35 + 0,3 + 0,6 + 0,9 + 0,9 + 0,9 + 0,9 + 1 + 0,9 = 6,75)

Lasati suprafata laminata sa se usuce inca o zi sau doua.

3. Laminatul de rezistenta sau de structura

Matritele obtinute manual trebuiesc intarite prin laminarea suplimentara a stratului de rezistenta si prin adaugarea insertiilor. Alternativ, matrita poate fi intarita facand din stratul de rezistenta un laminat tip sandwich.

Laminatul de rezistenta trebuie construit succesiv, cu maxim doua straturi de stratimat de 450 g/mp pe zi. Tesatura poate fi folosita la un total de cel putin 6 straturi de stratimat de 450 g/mp, aplicate peste gelcoat si daca primul strat a fost lasat sa se intareasca cel putin o saptamana. Pentru intarirea laminatului, tesatura se foloseste ca ultimul sau penultimul strat de laminat. Dupa ce stratul de rezistenta a fost realizat la grosimea necesara si lasat sa se usuce cel putin o saptamana, se pot adauga insertiile corespunzatoare. Acest lucru trebuie facut cu atentie pentru a se evita incarcarea in dimensiune si formarea tensiunilor interne.

Stratul de rezistenta prin metoda sandwich se poate aplica direct pe stratul de suprafata, daca acesta a fost lasat sa se intareasca cel putin o saptamana. Imbinarea se face apoi cu lemn sau alt material de ranforsare. Cand alegeti acest material, tineti cont de izolatia termica. Laminarea trebuie facuta astfel incat sa evitati zonele incarcate cu rasina si intreruperile pentru a nu provoca tensiuni interne.

3.1. Insertiile

Insertiile si suportul nu pot fi aplicate, pana cand stratul de suprafata nu s-a uscat timp de cel putin doua saptamani.

3.2. Suporturi

Pentru a reduce riscul aparitiei tensiunilor interne si schimbarilor dimensionale ale laminatului, cadrele sau elementele de rigidizare din cornier sau sectiuni similare din otel trebuiesc asamblate pe matrita dupa ce au fost preasamblate. Nu este permisa sudarea, polizarea, perforarea cadrului dupa ce acesta a fost laminat pe matrita. Diferite parti ale cadrului trebuiesc taiate, indoite si ajustate astfel incat sa corespunda matritei conform planului. Toate componentele sunt asezate temporar pe matrita si imbinate cu ajutorul colierelor, sarmei din otel etc. Daca este necesar, puteti suda parti mici pentru a imbina elementele intre ele. Cadrul temporar trebuie sa fie suficient de rezistent pentru a putea fi ridicat de pe matrita.

Cand cadrul este gata, este scos de pe matrita si sudat definitiv. Se fac gauri si se adauga inele de suspendare, rotile si alte elemente practice.

Modelul complet este apoi curatat, degresat si asezat din nou pe matrita. A se nota ca suprafetele modelului ce vor fi laminate pe matrita trebuiesc asezate la acelasi nivel cu suprafata matritei.

Daca exista goluri intre model si matrita, acestea se vor umple cu chit poliesteric inainte de a incepe laminarea. Daca asezarea modelului si a matritei este perfecta si suprafetele de contact bune, este suficient sa laminati stratimatul de 450 g/mp, pentru a fixa modelul pe matrita.

Tineti cont de expansiunea termica a cadrului astfel incat acesta sa se comporte ca un agent de insertie si ca baza pentru asamblarea elementelor si utilizarea lor.

Cadrele nu trebuie sa fie doar o colectie de bari de otel, fiecare bara trebuie sa aiba o functie si sa fie pozitionata corect.

3.3. Ejectori

Cauza principala a deteriorarii matritelor este utilizarea necorespunzatoare. Aceasta este adeseori asociata cu indepartarea modelului de pe matrita.

Forta in exces si instrumentele ascutite sunt folosite in prea multe cazuri. Pentru a demula piesa mai usor, tineti cont de etapa de lucru, adica unghiurile de demulare si limitele de despartire sa fie facute tinand cont de modul in care piesa va fi demulata si utilizata.

Ejectorii trebuie pusi pe toate matritele si pot mari considerabil durata de utilizare a matritei daca sunt potriviti si bine pozitionati.

Ejectorii pot fi de mai multe tipuri; cele mai des utilizate sunt cele tip surub sau tija.

In forma cea mai simpla, poate fi o gaura pentru trecerea aerului comprimat. Gaura este acoperita cu o banda in timpul laminarii. Toate aceste aranjari sunt simple si eftine. Din pacate acestea nu sunt practice in cazul pieselor mari sau subtiri.

Ejectorul nu trebuie nici sa ridice nici sa preseze matrita ci sa lase aerul sa patrunda intre matrita si piesa si sa desprinda piesa de matrita.

Un ejector compatibil conceput ca o supapa de aer lucreaza corect doar daca este deschis cateva zecimi de milimetru si permite aerului sa intre si sa patrunda de-a lungul suprafetei matritei.

Ejectorii trebuie pozitionati in partea centrala sau cea mai adanca a matritei dar nu prea aproape de margine.

4. Intarirea

Important de stiut: lasati matrita sa se intareasca pe model intrun mediu cald, cel putin 3 saptamani.

5. Indepartarea matritei de pe model

Daca suprafata modelului este rezistenta la stiren monomer si daca ceruirea s-a facut cu atentie, nu ar trebui sa apara probleme la indepartarea matritei de pe model. Conectand ejectorii la aerul comprimat, matrita poate fi ridicata de pe model.

Daca matrita este intepenita, nu folositi forta pana cand nu ati incercat variantele de mai jos :

conectati ejectorii la o sursa de apa si lasati apa sa ridice usor matrita de pe model.

introduceti o pana de lemn (pana de decofrare) la margini. Incercati sa introduceti aer comprimat in santurile deschise de acestea. Nu va grabiti.

Gauriti.

Fixati un stut temporar in orificiul realizat si conectati-l la conducta de aer comprimat sau de apa. Reparati orificiul imediat ce ati indepartat matrita.

Daca nici una din metodele de mai sus nu reuseste, incercati-le pe urmatoarele :

separati matrita de model cu ajutorul unui cric hidraulic

indepartati cu atentie modelul pe bucati de pe matrita. Acest lucru va distruge modelul si va afecta si matrita.

5.1. Cauze frecvente pentru problemele de demulare

suprafata modelului este sensibia la stirenul monomer

lacul de pe model nu s-a uscat corespunzator

ceruirea modelului nu este suficienta sau s-a folosit o ceara necorespunzatoare

gelcoatul de matrita nu s-a intarit corect

s-a lucrat pe un model rece si/sau in mediu cu temperatura scazuta

6. Turnarea unei matrite noi pe acelasi model

Matrita trebuie intai spalata cu apa calduta si detergent slab. Verificati suprafetele matritei, piesele de ghidare, ejectorii si sistemul de strangere, etc. Daca suprafata matritei are zgarieturi, urme sau nu luceste corespunzator, toate acestea trebuiesc corectate prin sablare umeda, finisand cu hartie abraziva foarte fina (smirghel fin - granulatie 1.000 sau 1.200) si polish. Dupa ce matrita a fost verificata si modificata si totul este in regula, suprafata trebuie ceruita. Aplicati ceara in acelasi mod ca pe model. Dupa ceruire, aplicati un film de demulare din alcool polivinilic si faceti o piesa de proba prin metoda manuala. Aceasta piesa include aplicarea gelcoatului si a cel putin 4 straturi de stratimat 450 g/m, de preferat umed pe umed. Piesa test reprezinta controlul suprafetei matritei si de asemenea verificarea ca suprafata a fost corect uscata.

Dupa piesa test, spalati din nou matrita cu apa calduta si aplicati ceara cu grad ridicat de demulare. Aplicati alt film de demulare, dupa care matrita este gata sa intre in productie. Uneori se mai face o alta piesa test prin metoda manuala, stratul de suprafata fiind realizat cu grija. Aceasta piesa poate fi folosita ca referinta si model pentru fabricarea altor matrite.

Dupa realizarea primei matrite sau a celei de referinta, matrita trebuie spalata si ceruita inca o data. Din nou, pentru a 3-a matrita se recomanda aplicarea unui strat subtire de demulant.

De la a 4-a matrita nu mai este nevoie de agent de demulare iar ceruirea poate fi facuta la fiecare a doua extractie. Dupa 10 demulari mai puteti face o serie de demulari fara a mai fi nevoie de ceara.

7. Aspecte de design

Una din problemele aparute la fabricarea matritelor este cauzata de contractia poliesterului la intarire. In mod normal aceasta contractie reprezinta 7 - 8 % din volumul total, rezultand o contractie liniara de aprox. 2%

Aceste valori se refera la poliesterul pur dar cand se adauga materiale de armare, contractia este mai mica deoarece o parte din volumul total este acoperita de material rezistent la contractie.

Poliesterul laminat cu 30% fibra de sticla are teoretic o contractie in volum de aprox. 4% adica 1,8% contractie liniara.

Acestea sunt valori teoretice dar in practica ele pot varia intamplator si depind de diferiti factori din procesul de laminare.

Contractia urmeaza procesului de intarire si incepe la stadiul de gel si continua pana cand laminatul este perfect intarit. Daca apare un obstacol fizic la contractia intro directie, rezultatul va consta in formarea de zgarieturi in acea directie. Acestea au nevoie de un timp mai lung pentru a disparea.

Daca obstacolul este indepartat cat timp zgarieturile inca exista, acest lucru poate duce la contractie intarziata.

Acest fenomen poate duce la deformare sau la alte schimbari ale dimensiunii piesei dupa indepartarea de pe matrita si la fisurarea zonelor bogate in poliester, de exemplu la colturi sau zone inclinate etc.

Pentru a evita formarea zgarieturilor din interiorul laminatului, urmati regulile urmatoare :

Gelcoat :

straturi cu grosime egala

fara acumulari

Laminatul :

impregnare atenta fara a se forma zone cu multa rasina

straturi subtiri, cate un singur strat de mat

timp de intarire suficient intre straturi

zgarieturile datorate contractiei trebuie sa aiba suficient timp sa dispara inainte de aplicarea urmatorului strat

Nu este posibil sa eliminati contractia in totalitate, dar puteti reduce consecintele!

Unicul factor important in fabricarea matritei si care aproape mereu este ignorat este TIMPUL !. Este esential sa se respecte timpul necesar fiecarei etape. Stratul de suprafata al matritei nu poate fi facut niciodata in mai putin de o saptamana daca se respecta normele.

Pentru o calitate buna, matrita trebuie lasata sa se intareasca pe model intrun mediu cald, cel putin 3 saptamani. O matrita realizata in mai putin timp poate corespunde, dar riscul de a ceda este foarte ridicat.

NECESAR DE MATERII PRIME, MATERIALE

Gelcoat pentru matrite

Rasina pentru matrite

Rasina de uz general

Peroxid M.E.C. (intaritor)

Octoat de Co. (accelerator)

Acetona (pentru splarea si pastrarea sculelor utilizate in rasini - gelcoat)

Alcool polivinilic

Demulant solid - ceara

Aerosil (pentru prepararea chiturilor poliesterice)

Chit auto + intaritor (pentru retusurile suprafetelor)

Stratimat tip C 120

Stratimat 150 g/mp

Stratimat 300 g/mp

Stratimat 450 g/mp

Tesatura FER 3

Tesatura FER 5

Fir roving

Panza abraziva (pt. prelucrari uscate) granulatie: 60; 80; 100.

Hartie abraziva (pt. prelucrari umede) granulatie: 160; 280; 360; 400; 600; 800; 1000; 1200

Pasta de lustruit (polish)

Finet (material textil pentru lustruit si pregatit matrite)

Placa de lustruit din cauciuc (pentru lucrari cu panza si hartie abraziva)

Role D=10mm L= 50mm

Role D=20mm L= 50mm - 150mm

Pensule late (1,5' ; 2,5'; 5')

Pensule rotunde