макет и матрица

Для изготовления изделия из стеклопластика первое, что необходимо, – создать его макет. В некоторых случаях макетом может являться уже существующее изделие, которое Вы хотите размножить. Например: бампер автомобиля. Для еще не существующих изделий макет может быть изготовлен различными способами: фанера, пластилин, пенопласт и т. д. От того, насколько правильно сделан макет, будет зависеть качество будущих изделий. Более того, если необходимо, чтобы у детали, которая будет затем создаваться, была идеально ровная поверхность, над ее качеством придется поработать уже на макете. Чем более гладким и ровным будет макет, тем меньше работы потребуется потом, при изготовлении и доведении матрицы.

Еще до создания макета необходимо понять, можно ли изготовить деталь целиком или нет. Дело в том, что при работе со стеклопластиками и другими подобными материалами необходимо, чтобы готовую деталь после застывания можно было вытащить из матрицы, ничего не повредив при этом. Возможно, деталь будет иметь такую форму, что ее придется изготавливать из нескольких частей, а затем скреплять их друг с другом.

Матрица создается по макету. Это самый ответственный момент. Прежде всего макет покрывается тонким слоем воска. Эту процедуру можно сравнить с полировкой автомобиля. После того как макет подготовлен, на него наносится слой специального матричного гелькоута. Это покрытие в дальнейшем позволит вывести поверхность матрицы практически до зеркального блеска. Матричный гелькоут гуще, чем обычный, и ложится более толстым слоем.

После того как встанет этот слой, начинается укладывание стекломатериала. Сначала более тонкого (стекловуаль, …). Он позволит точно повторить все изгибы и контуры макета. Далее желательно дать подсохнуть первому слою. Затем уже можно выложить еще несколько слоев более толстого материала (мат, стеклоткань), но сразу набирать толщину не стоит, иначе матрицу может повести (изогнуть и покоробить). При создании матриц на простые детали можно упростить процедуру.

Если матрица будет разъемной, то при ее изготовлении делаются специальные перегородки вокруг макета, разделяющие его на сегменты. Выложив основной, после его застывания перегородки вынимаются и, обработав кромки первого сегмента матрицы, выкладываются остальные. Для правильного позиционирования сегментов друг относительно друга в первом при формовании делаются специальные ямки. Когда будут формоваться следующие сегменты, эти ямки будут заполнены смолой и стекловолокном, и появятся бугорки. Эти пары и позволят при будущем использовании правильно скрепить различные части матрицы воедино. Для скрепления сегментов матрицы в ребрах всех отдельных частей сверлятся отверстия под крепежные болты.

Для того чтобы матрица была прочной и хорошо держала форму, после ее изготовления, прежде чем вынуть макет, к матрице приформовывают ребра жесткости. В зависимости от ее размеров это может быть прочный стальной каркас или небольшие фанерные или деревянные ребра.

Готовая матрица, если макет был изготовлен аккуратно, может и не потребовать дополнительной обработки, но зачастую приходится выводить поверхности, шлифовать и полировать матрицу до блеска. Только тогда можно получить идеальную деталь. А к кузовным элементам вообще нужно особое внимание.

Затем начинается долгий процесс вощения. Матрицу приходится тщательно натирать воском несколько раз с перерывами. Воск нужно не просто намазывать, а растирать до получения тонкой, гладкой, невидимой пленки. Если этого не сделать, то поверхность готового изделия будет не гладкой, а шершавой.

После, а порой и вместо вощения иногда используют специальные жидкости, которые, высыхая, создают пленочное покрытие, предотвращающее попадание смолы или гелькоута на матрицу, чего никак нельзя допускать. Как нельзя и царапать ее поверхность. В противном случае смола может намертво прирасти к матрице, и тогда процедуру шлифовки, полировки и вощения придется повторять снова. Порой используют особые составы, обработав которыми матрицу можно снимать с нее до 100 изделий, но старый добрый воск всегда остается самым понятным и надежным средством.

Процесс создания матрицы, описанный выше, является довольно распространенным вариантом, используемым в большинстве фирм, но существуют и другие, более сложные технологии.

Собственно, далее можно приступать к изготовлению деталей. Слой гелькоута в принципе не обязателен, но, во-первых, он придает более законченный вид готовому изделию, а будучи цветным, позволяет сэкономить на покраске или вообще от нее отказаться, а во-вторых, он защищает матрицу от стекловолокна, которое на самом деле очень даже абразивно, т. е. царапает.

Изготовление матриц - процесс, требующий абсолютной точности, поскольку любые дефекты матрицы воспроизводятся в конечном изделии. -следовательно, во избежание тепловых нагрузок деформации матрицы отверждение, как правило, должно производиться с невысокой скоростью и  сопрвождатся низким уровнем выделения тепла-перед вводом в эксплуатацию необходимо дополнительное постотверждение при комнатной температуре для обеспечения максимальной степени отверждения и сведения к минимуму копир-эфекта.

технологии

Технологий производства изделий из стекловолокна существует несколько. Стоит сразу оговориться, что эти методы используются и при работе с другими армирующими материалами, такими, как карбон, кевлар, другие тканые материалы и их сочетания.

Ручное (контактное) формование. Этот способ самый простой и дешевый (если не считать затрат на квалифицированную рабочую силу). Пропитка стекловолокна осуществляется валиком или кистью, которые должны быть стойкими к смолам. Волокно или сразу укладывается в форму, или уже после пропитки. Обработка стекловолокна разбивочными валиками способствует лучшему распределению смолы между волокнами. Затем укаточными валиками производят окончательную укатку стеклоткани, выдавливая пузырьки воздуха и равномерно распределяя смолу по всему объему. Крайне важно не допустить, чтобы под слоем стеклоткани оставались пузырьки воздуха. Если изделие застынет с таким браком, это место будет ослаблено вплоть до возможного сквозного продавливания. Такие брачки также могут помешать дальнейшей обработке изделия, потребовать его восстановления или полной замены. В любом случае будут затрачены дополнительные материалы, труд, а также деньги.

Ручной метод может быть несколько механизирован. Существуют смесители, подающие смолу с катализатором через валик, и иные приспособления. Но укатывать все равно приходится своими руками.

Достоинство ручного метода вполне очевидно: просто и дешево. Но любая экономия может иметь и обратную сторону. Качество готовых изделий очень сильно зависит от квалификации рабочих. И условия труда при таком подходе довольно вредные. Кроме того, очень сложно добиться большой производительности. Однако для небольших фирм и малых объемов работы этот метод самый подходящий.

Метод напыления рубленого ровинга. Этот подход куда более технологичен. В нем используется не стекловолокно, а стеклонить, которая подается в измельчитель специального пистолета, где рубится на короткие волокна. Затем пистолет «выплевывает» их вместе с порцией смолы и катализатора. В воздухе все смешивается и наносится на форму. Но после этой процедуры все равно массу необходимо прикатать, чтобы удалить пузырьки. Далее отвердевание происходит как обычно.

Такой способ выглядит очень заманчиво и просто. Казалось бы, стой и поливай из шланга. Но есть один существенный недостаток, из-за которого этот способ не столь популярен, – слишком большой расход смолы. Изделие получается очень тяжелым, и, так как волокна не переплетены друг с другом, механические свойства такого стеклопластика несколько хуже. Кроме того, к вредным парам смол подмешивается взвесь мелких частиц стекла от измельчителя, очень вредных для легких человека.

Метод намотки. Этот специфический метод предназначен для изготовления пустотелых круглых или овальных секционных компонентов, типа труб или резервуаров. Таким образом делаются парусные мачты, удочки, рамы велосипедов, глушители автомобилей и т. д. Стекловолокна пропускаются через ванну со смолой, затем через натяжные валики, служащие для натяжения волокна и удаления излишков смолы. Волокна наматываются на сердечник с необходимым сечением, угол намотки контролируется отношением скорости движения тележки к скорости вращения. Как намотка нитки на шпульку швейной машинки. В результате получаются крепкие и легкие изделия.

Метод препрегов. В данном случае используются не отдельные смола и ткань, а так называемые препреги – предварительно пропитанная смолами стеклоткань. Стекловолокно предварительно пропитывается предкатализированной смолой под высокой температурой и большим давлением. При низких температурах такие заготовки могут храниться недели и даже месяцы. При этом смола в препрегах находится в полутвердом состоянии. При формовании препреги укладываются в матрицу и закрываются вакуумным мешком. После нагрева до 120 -1800°C смола переходит в текучее состояние, и препрег под действием вакуума принимает нужную форму. При дальнейшем повышении температуры смола застывает.

Вся проблема этого метода в необходимости нагревательного оборудования, особенно автоклава. По этой причине изготавливать большие детали очень сложно. Но и плюсы очевидны. Использование вакуума позволяет значительно снизить вероятность появления воздушных пузырьков и существенно сократить долю смолы в готовом изделии.

Существуют и иные технологии – пултрузия, RFI, RTM и др. – практически на все случаи жизни. Выбор той или иной технологии зависит от необходимых объемов, сложности изделия и количества денег.