Технологии • Матрицы

Матрицы из стеклопластика Инструкция по изготовлению матриц из стеклопластика Система изготовления форм Polylite Profile

Матрицы по всем правилам Новые и зеленые матрицы Инструкция по эксплуатации матриц из стеклопластика Axel plastics Research Laboratories ответы на часто задаваемые вопросы при работе с матрицами

Матрицы по всем правилам. Правильная матрица.

Приятно ощущать себя владельцем высококачественного плавучего средства из стеклопластика, особенно если ты давно мечтал о таком. Качество же его определяется многими параметрами, начиная с технических характеристик и заканчивая эргономикой и отделкой. И все же вначале мы обращаем внимание на внешний вид изделия, а если речь идет о судне, будь то маленькая лодочка или большая крейсерская яхта, - на обводы. И вид этот зависит прежде всего от мастер-модели и матрицы. Вот об опыте ее (их) изготовления мы и хотим рассказать в данной статье, чтобы передать свои знания производителям, болеющим за качество своего продукта.

Итак, как сделать оснастку (матрицу) с оптимальными затратами? С чего начать?

Цена вопроса - это цена изделия и доход от его реализации. Опыт подсказывает, что первый шаг для достижения цели - правильный выбор материалов оснастки (матрицы) с учетом технологии ее изготовления и квалификации исполнителей. А необходимого сырья, как отечественного, так и импортного, на российском рынке имеется большой выбор.

В свое время нам приходилось работать с материалами разных производителей, но практика показала, что лучше всего применять те из них, что совместимы с используемыми технологическими процессами. При таком подходе к выбору сырья резко увеличивается вероятность достижения положительного результата, особенно если его производитель берет на себя ответственность и за качество материала, и за предоставляемую информацию. Мы много лет работаем с концерном Reichhold, который, как уже убедились, поставляет достоверную полезную информацию и высококачественное сырье, потому о нем и пойдет речь.

Чтобы правильно подобрать материалы для производства оснастки (матрицы), надо точно знать следующее: габариты изделия, его форму и вес, а также требования к внешнему виду изделия; суммарное количество изделий, снимаемых за время эксплуатации матрицы; применяемый технологический процесс; используемое сырье для производства изделия; время на подготовку производства при запуске изделия; собственное техническое оснащение; квалификацию исполнителей.

Первые три показателя - габариты изделия, его форма и вес - определяют прежде всего основу будущей оснастки (матрицы), т. е. ориентировочную толщину и схему конструкционного слоя матрицы; наличие и конструктив ее транспортных узлов. Знание еще и видовых требований к изделию позволяет выбрать приемлемую технологию производства оснастки (матрицы), пусть не всю, но хотя бы доводочных операций. Зная это и количество изделий, снимаемых с матрицы, уже можно более детально проработать конструкцию оснастки. Действительно, если количество снимаемых изделий мало, то нет смысла изготавливать оснастку (матрицу) с большим запасом прочности.

Выбором технологического процесса производства изделия - контактный (ручное формование), метод напыления ("спрей"), вакуумное формование или метод инжектирования - практически заканчивается проектная часть конструктивной проработки оснастки (матрицы).

После этого, чтобы принять окончательное решение, следует определиться с тем, как и какими силами выполнить поставленную задачу. Для этого рекомендуем составить вопросник в табличной форме, где обозначим, какие факторы существенно влияют на конечный результат.

Характеристика изделия	Конструкция оснастки (матрицы)	Технология производства оснастки (матрицы)	Выбор сырья для производства оснастки (матрицы)
Габариты	√	√	√
Форма изделия	√	√	√
Вес	√		√
Внешний вид		√	√
Количество изделий, снимаемых за время эксплуатации матрицы	√		√
Технологический процесс производства изделия	√		√
Применяемое сырье			√
Время на подготовку производства при запуске изделия		√	√
Собственное техническое оснащение	√	√	√
Квалификация исполнителей	√	√	√

Получив ответы на все 10 пунктов вопросника, можно составить общую картину. Хочется пояснить значение последних пунктов.

Квалификация исполнителей и собственное техническое оснащение - основополагающие факторы, которые определяют культуру производства и как итог - качество выпускаемого продукта. При низкой квалификации и слабом техническом оснащении, какие бы великолепные материалы не применялись, говорить о качестве конечного продукта не приходится. Мы опираемся на квалифицированные кадры и из этого будем исходить.

Далее: при любой степени оснащенности производства на рабочем месте всегда должны находиться приборы, измеряющие температуру окружающей среды и влажность. Нельзя забывать, что при работе с полиэфирными (эпоксидными) смолами, полимеризующимися при комнатной температуре, значимыми являются температура окружающей среды, рабочей смеси и оснастки/матрицы (не ниже 18°С), а также влажность окружающей среды (не более 75%), скорость воздушного потока в зоне формовки (не выше 0.5 м/с). Контроль этих параметров позволяет рассчитывать на получение стабильно качественного продукта, в частности очень полезен бесконтактный ИК термометр, позволяющий в считанные секунды определять температуру применяемого связующего и оснастки (матрицы) и вовремя выполнять операции, которые снижают вероятность брака при формовке, например, появления на декоративном слое изделия дефекта "крокодиловая кожа". Разница между температурой оснастки (матрицы) и смеси не должна превышать 1.5-2.0°С.

Перед нанесением декоративного слоя (гелькоата) поверхность мастер-модели необходимо обработать разделительным составом, в качестве которого рекомендуем применить широко используемый в Европе воск NORPOL W-70.

В центр куска фланелевой ткани размерами 200х200 мм кладут две-три полные столовые ложки этого воска и, взяв ткань за концы, сворачивают своеобразный шар так, чтобы воск оставался внутри него. Под воздействием стягивающих усилий воск проходит через поры ткани. Затем тканый шар легко опирают на обрабатываемую поверхность и вращательно-поступательным движением наносят тонкий слой воска. Таким способом можно наносить на поверхность мастер-модели или матрицы слой воска строго определенной толщины. Это очень важно, так как, если будет толстым, то после располировки чистой фланелью окажется снят.

Воск NORPOL W-70 наносится на мастер-модель в четыре слоя с промежуточными выдержками в течение двух-трех часов и располировкой. Располировывается воск чистой фланелью - вращательно-поступательным ее движением вдоль обрабатываемой поверхности. Последний слой воска рекомендуется выдержать в течение шести часов.

Перед нанесением декоративного покрытия воск покрывают тонким слоем технологического разделительного агента NORPOL NORSLIPP 9860 с помощью мягкой кисти или пульверизатора. Поверхность должна быть сухой и без пыли. Смывается обычной водой. Задача NORSLIPP - воспрепятствовать диффузии воска в поверхностный слой изделия при его нагреве. При повышении температуры оснастки начинается насыщение ее декоративного слоя воском.

Для изготовления декоративного слоя будущей матрицы обычно применяются гелькоаты NORPOL GM60014 (зеленый) или NORPOL GM90000 (черный). Их можно наносить вручную - тогда применяют "Н"-гелькоат ("хэнд") - или распылителем - для этого предназначен "S"-гелькоат ("спрей"). Все они изготовлены на основе двух смол - винилэфирной и изофталевой и имеют высокие показатели по твердости, износостойкости и предельному водопоглощению. Температура их тепловой деформации (HDT) гелькоата 110°С, но при этом допустимая рабочая температура при циклическом воздействии готовой матрицы достигает 200°С

Самое широкое применение на практике при изготовлении матриц получил гелькоат зеленого (60014) цвета, поскольку он меньше утомляет зрение рабочего и снижает вероятность брака при работе. Гелькоат черного (90000) цвета в основном применяется при производстве конечных изделий зеленого цвета.

Гелькоаты NORPOL GM60014Н (или GM90000Н) наносят мягкой кистью в два-три слоя с промежуточной выдержкой между ними до состояния "отлипа". Толщина каждого слоя - 0.2-0.3 мм (по "мокрому" слою). Суммарная толщина слоев должна составлять 0.55-0.85 мм, направление нанесения слоев - 90° друг к другу.

Гелькоаты NORPOL GM60014S (GM90000S) наносятся аппаратами безвоздушного напыления (например, "Aplicator" JPG-24) в три-четыре слоя с промежуточной выдержкой между слоями 5-10 мин при поддержании необходимого температурного режима окружающей среды и гелькоата (23°С). Толщина каждого слоя - 0.15-0.25 мм, направление слоев друг к другу - 90°. Суммарная толщина - 0.55-0.85 мм. Толщина слоев замеряется в "мокром" состоянии специальным толщиномером.

Очень важно при работе иметь паспорта на применяемые материалы, где не только приводятся их характеристики, но и описываются дополнительные компоненты, необходимые для приготовления рабочей смеси. Например, для того чтобы произошла полимеризация гелькоата GM60014Н (GM90000Н) в течение 35-45 мин при температуре 23°С, в него следует добавить NORPOL пероксид № 1 (МЕК-1) в количестве 1.5% веса гелькоата. Время полимеризации гелькоата NORPOL GM60014S (GM90000S) при вышеобозначенных условиях сокращается до 25-35 мин.

Здесь важно не путать понятия "полимеризация" и "гелеобразование". Полимеризация - это время готовности слоя для проведения последующей операции; гелеобразование - время работы с готовой смесью.

Некоторые производители стеклопластиковых изделий наносят матричный гелькоат с промежуточной выдержкой между слоями 12 ч. Это ошибочное решение, так как нарушение временных параметров технологического процесса ведет к изменению физико-механических свойств декоративного слоя матрицы, а иногда и к откровенному браку. В ходе длительной выдержки могут измениться параметры окружающей среды вокруг закладываемой оснастки, а на гелевое покрытие осаждаться влага, пыль, маслянистые пары. В этом случае достичь качественной адгезии декоративного слоя и ламината практически невозможно.

Для производства ламината матрицы можно применить любую полиэфирную смолу, но не спешите выбирать самую дешевую. Рекомендуем вновь проанализировать таблицу. Не зря все производители полиэфирных смол отдельно выделяют категорию смол, предназначенных для изготовления матриц, поскольку, прежде всего в ламинате они имеют тенденцию к усадке. Кроме того, качество ламината зависит от их количества в нем и метода изготовления; температуры его тепловой деформации; теплопроводности; физико-механических свойств и времени запуска оснастки в производство.

Reichhold предлагает на сегодняшний день две системы изготовления матриц на основе смол POLYLITE 410-900 и POLYLITE PROFILE 33542-00 (33542-50). В чем их различие?

Система POLYLITE 410-900 характеризуется усадкой смол до 1.0% в ламинате; позволяет укладывать ламинат "мокрый по мокрому" - до 2 мм; предусматривает в целях сокращения времени запуска оснастки (матрицы) в производство проведение после 24 часов после формовки постотверждения (термостатирования) при температуре 60-80°С в течение пяти часов; соотношение смола/стекло - 50/50 или 60/40; время гелеобразования - до 50 мин; время полимеризации - 1.5 ч; пик экзотермы - 75°С; время до полного отверждения (при 20°С) - до двух недель; температура тепловой деформации ламината - 110-120°С, что позволяет применять смолы с пиком экзотермы до 100-110°С.

Система POLYLITE PROFILE 33542-00 / 33542-50 - безусадочная (0.001-0.05%). Имеет в своем составе специальный наполнитель, увеличивающий теплопроводность ламината; позволяет укладывать его "мокрым по мокрому" - до 8 мм, применять на последних слоях ламината отходы (обрезки) стекломатов или стеклотканей; изготовлять большие формы методом местного (участками) ламинирования; не требуется постотверждение, что позволяет после 16 ч с момента окончания формовки запустить оснастку (матрицы) в работу. Соотношение смола/стекло - 80/20 или 75/25; время гелеобразования - до 40 мин; пик экзотермы - 75°С; время полимеризации - до 60 мин; время отверждения - до 3 ч; время до полного отверждения (при 20°С) - до 16 ч; температура тепловой деформации ламината - до 150°С. Система применяется при производстве оснастки (матрицы), предназначенной для объемных заливок; имеет значительно более высокие физико-технические свойства по сравнению с первой системой, что позволяет снизить толщину ламината или облегчить продольно-поперечный набор матрицы (корзину).

Первая система дешевле второй.

Обе системы могут наноситься как ручным методом, так и механизированным, например, с помощью аппаратов "Aplicator IPS".

Если деталь небольшая и нет необходимости торопиться, то можно применять более дорогую систему. Последнюю, как правило, используют для изготовления матриц больших габаритов, работающих под давлением, или из-за дефицита времени при запуске изделия в производство.

Технология получения ламината с помощью данных систем практически одинакова. Рассмотрим ее на примере смолы POLYLITE 410-900.

Напоминаем о необходимых параметрах окружающей среды: температура среды - 18-23°С; влажность - до 70%; скорость движения воздуха - не более 0.6 м/с. Температура смолы - 18-23°С.

На поверхность отвержденного гелькоатного слоя наносится мягкой кистью или специальным (для полиэфирных смол) валиком катализированная смола POLYLITE 410-900 (в дальнейшем просто смола) толщиной 0.3-0.4 мм. В нее добавляется катализатор в соответствии с паспортом производителя (1% пероксида NOPPOL № 1). На смоченную поверхность укладывается раскрой эмульсионного стекломата поверхностной плотностью 300 м² и прикатывается радиальным алюминиевым валиком. Не следует после укатки торопиться наносить смолу, надо дать стекломату хорошо впитать ее с нижнего слоя. Далее валиком (или кистью) равномерно наносят остаток смолы в соотношении смола/стекло 60/40 (55/45). Здесь очень важно правильно выбрать армирующий материал (с учетом скорости пропитываемости и типа замасливателя).

Лучше всего последовать рекомендациям производителя смолы, так как он старается подбирать оптимальные системы с учетом физико-механических свойств компонентов, технологичности и выходной стоимости готового изделия. Reichhold советует применять в данном случае эмульсионные стекломаты.

После нанесения смолы мягким валиком ламинат необходимо прикатать продольным алюминиевым валиком, далее - радиальным валиком. Укладывают второй раскрой стекломата поверхностной плотностью 450 г/м² и повторяют вышеуказанные операционные переходы. В результате суммарная плотность первого ламината будет 750 г/м². При этом следует следить за тем, чтобы на последнем слое ламината перед полимеризацией не было излишков смолы, поэтому надо постоянно контролировать расход и смолы, и армирующего материала.

После полной полимеризации первого слоя ламината (через 24 ч) приступают к нанесению второго слоя. Этот слой, как и последующие, закладывается с суммарной поверхностной плотностью стеклоармирующего материала по 900-1200 г/м² в соотношении смола/стекло - 60/40 (44/45). Начиная с третьего слоя ламината ткани необходимо чередовать, особенно если матрица имеет большие габариты. Для примера рассмотрим схему выклейки 10-миллиметрового ламината.

Толщина набора (корзины) определяется ее габаритами, формой и конструкцией. Продольно-поперечный набор должен обеспечить дополнительную жесткость матрице, а также снимать все деформационные напряжения при ее транспортировке и других технологических перемещениях. Набор изготавливается отдельно от матрицы, например, из водостойкой фанеры толщиной 12-16 мм или металлических труб различного сечения. Его нежелательно подгонять плотно в местах сочленения с наружным контуром матрицы. В фанерной корзине оставляют зазор 3-5 мм и при ее установке на матрицу заполняют пенополиуретаном.

После застывания облой на стыках срезают и выполняют склейку матрицы и корзины той же системой смол и по той же технологии. Но предварительно места нанесения соединительного ламината покрывают праймером и уже после его полной полимеризации изготовляют соединительный ламинат. Нахлыст соединительного ламината на поверхность матрицы и корзины должен составлять до 100 мм в зависимости от габаритов и веса оснастки (матрицы), а толщина ламината - 2-7 мм при тех же условиях.

Корзину из металлического профиля склеивают с матрицей так, чтобы зазор был 5-25 мм между наружным контуром и металлокаркасом, с учетом габаритов, формы и веса оснастки (матрицы). Допускается вклейка металлокаркаса с матрицей "в ноль", но только в оснастках для RTM-процессов, где корзина проектируется по особым правилам.

Можно ли обойтись без корзины? Можно, если… (смотри таблицу). После полной полимеризации участка склейки (6-12 ч) приступают к расформовке готовой матрицы с мастер-модели. Но торопиться не следует. При расформовке обычно используют деревянные или из мягкого термопласта клинышки, деревянный молоток, сжатый воздух и при необходимости подъемное устройство. При этом не рекомендуем использовать металлические предметы, нужно также избегать резких ударов и больших нагрузок на снимаемую матрицу.

После расформовки предстоит обследовать матрицу на предмет дефектов, особенно ее декоративный слой. Глубокие дефекты (1-5 мм) выводят филерами NORPOL FI-175 или -167, неглубокие (до 1 мм) - тем же матричным гелькоатом. Мелкие риски располировываются пастами NORPOL M-50 (грубая), R-10 (универсальная), R-40 (экстра тонкая).

После устранения всех дефектов на декоративный слой матрицы наносят воск NORPOL W-70 по технологии, указанной выше (покрытие мастер-модели) с той лишь разницей, что данную операцию нужно повторить три-четыре раза, т. е. после нанесения четырех слоев воска формуют три-четыре детали с NORSLIPP. Далее наносят еще четыре слоя воска и снова формуют три-четыре детали с NORSLIPP.

Таких циклов должно быть три-четыре, т. е. суммарное количество восковых слоев должно быть 12-16. После проведения последнего цикла обработка NORSLIPP уже не понадобится, поскольку декоративный слой будет насыщен воском, что позволит длительное время легко снимать детали. Как показала практика, возможно более 500 съемов с матрицы без ее ремонта.

При работе с полиэфирными смолами и гелькоатами необходимо учитывать сроки и условия их хранения, а также смол, пероксидов и других компонентов.

Срок хранения:

• смол Polylite 410-900 и 33542-00 - шесть месяцев;
• гелькоатов NORPOL GM60014 и GM90000 - четыре месяца;
• пероксидов NORPOL № 1 - восемь месяцев.

Хранить указанные материалы необходимо при температуре не выше 25°С, а пероксид - не на свету, избегая прямых солнечных лучей.

Надеемся, наш опыт поможет выпускать качественный продукт и снизить накладные расходы.

ООО "Композит" - материалы и технологии для вашего бизнеса.