Vakuum umjesto laminacije
BN 254Gradnja plovila i palube vakuumskom infuzijom započinje pripremom osnovnog i potrošnog materijala, te opreme koja je nužna za proces
Dolaskom naprednijih tehnologija ručno laminiranje je postalo tradicionalna metoda gradnje plovila gdje ga sve više zamjenjuju vakuumski postupci. Vakuumska infuzija jedan je od najčešće korištenih postupaka gradnje plovila koje ima brojne prednosti pred ručnim dodirnim postupkom. Kao prvo, pruža nam mogućnost točnijeg omjera smole i ojačanja u laminatu, za razliku od klasičnog laminiranja gdje se smola nanosi ručno pa količina smole uvelike ovisi o ljudskom faktoru. Kod gradnje ovakvih tipova plovila potrebno je težiti što manjoj masi plovila i optimalnoj čvrstoći trupa plovila. Znači manja masa, manji otpor i gaz daju posljedično veću brzinu. Plovilo "Teredo Navalis” o čijoj gradnji možete pročitati u ovom članku, a kojega je projektirala i sagradila riječka Udruga primijenjenih tehničkih znanosti upravo je jedno od takvih plovila. Ono je rekreativno plovilo trimaranske forme trupa koje se koristi za utrke. Plovilo je ukupne duljine 6,83 m, širine 1,3 m, izrađeno tehnologijom vakuumske infuzije u ženskom kalupu.
Kalup za gradnju
Prvi korak kod izrade kompozitnog plovila predstavlja izrada modela i/ili kalupa. Stoga razlikujemo dvije vrste kalupa, a to su muški kalup ili model, i ženski kalup ili samo kalup. Oba kalupa daju gotovo isti odljevak, s time da za razliku od modela, kalup daje odljevak s ljepšim i glatkim završnim slojem kojeg nije potrebno dodatno obrađivati. Načelno se kalupi koriste za izradu više odljevaka dok se model koristi za jedan ili dva odljevka. Prije nego se upustimo u gradnju takvog ili sličnog plovila potrebno je odrediti i razraditi tehnologiju gradnje kalupa i plovila, gdje je bez pomoći računala i softvera teško napraviti dobar posao.
Osim toga potrebno je ispitati materijale i napraviti testove laminata na staklu kako bi provjerili ponašanje materijala, brzinu upijanja s donje i gornje strane laminata i vertikalne testove. U našem slučaju kalup je građen direktnim glodanjem ženskog kalupa tj. CNC obradom velikih blokova stiropora koji su međusobno lijepljeni i izrađeni u tvrtki PIB extra iz Čakovca.
CNC obrada stiropora
Nakon glodanja u minus 3 mm, kalup se 3D skenira da bi se dimenzionalno kontrolirale dimenzije kalupa nakon čega se dodaje više slojeva staklenih vlakana koji se ručno laminiraju s poliesterskom smolom s niskim udjelom stirena, te se nakon što smola počne stvrdnjavati nanosi 2K kit s kojim se dobije plus od 3 mm koji je potrebno grubo i fino glodati na željene unutarnje dimenzije ženskog kalupa.
Ručna laminacija staklenih vlakana
3D skeniranje kalupa
Kalup se nakon toga ojačava lijepljenjem i vijčanim spojevima sa šperpločama debljine 20 mm kako bi se ukrutili neojačani dio stiropora i ojačali kalup za vertikalni i horizontalni transport. Osim toga, kalup mora biti i dovoljno čvrst kako se zbog razlike u tlakovima uslijed vakuumskog postupka ne bi deformirao. Nakon toga se kompresorskom špricom na kalup nanosi 2K špric kit kojeg je nakon sušenja potrebno lagano pobrusiti granulacijom 300-400, usisati i očistiti kalup nakon kojeg se nanosi Hempel Poly Enamel lak u više slojeva.
Šprickitan kalup pripremljen za lakiranje
Eventualne nepravilnosti potrebno je popraviti i brusiti vodobrusnim papirom granulacije 800-1200 te tako pripremiti kalup za poliranje. Zadnji korak u pripremi kalupa predstavlja fino i grubo poliranje 3M pastom F8, te čišćenje kalupa alkoholom i nanošenje odjeljivača u 5-7 slojeva prema uputama proizvođača.
Poliranje kalupa 3M pastom
Nanošenje kemijskog odvajivača za kalupe
Takav način gradnje kalupa inače nije brodograđevna praksa poput serijske gradnje, ali za izradu 1 do 2 odljevka znatno će uštedjeti vrijeme, novac i ostale resurse malom graditelju ili entuzijastu koji želi napraviti rekreativno plovilo.
Priprema materijala za gradnju
Gradnja plovila i palube vakuumskom infuzijom započinje pripremom osnovnog i potrošnog materijala, te opreme koja je nužna za proces. Osnovne materijale predstavljaju ojačanja i matrice. Za potrebe ove gradnje koristila se smola Sicomin SR InfuGreen 810 i pripadajući utvrdnjivač SD 8823, dok su se za ojačanja koristila ugljična vlakna. Vanjski dio trupa sačinjavaju dva sloja finog roving tkanja ugljičnih vlakana 245 g/m2 (Kordcarbon) , poliesterske "jezgre” za infuziju LRC SORIC 3 mm debljine (155 g/m2) koja pokriva dio do prijelaza laminata na bočne trupove, gdje je dalje korišten isti materijal debljine 2 mm. Ravna paluba plovila je također napravljena infuzijom iz 3 segmenta na kalupu koji je napravljen od brodograđevne šperploče okume-topola debljine 20 mm na glatkoj strani.
Krojenje slojeva ojačanja
Krojenje i postavljanje jezgre soric
Paluba je napravljena od 1 sloja iznutra i izvana s karbonom iste mase kao za trup i jezgrom od Sorica 2 mm.
Krojenje Sorica za palubu
Priprema spoja za šivanje
Priprema u ovom procesu obuhvaća 80% posla. Sav materijal potrebno je planski skrojiti, numerirati i prilagoditi dijelovima trupa te planirati njegova preklapanja. Jezgra je u ovom slučaju bila šivana koncem na spojevima segmenata kako ne bi došlo do preklapanja i boranja uslijed vakuumskog procesa. Soric je pogodan materijal za kompleksne forme te je kao takav i logičan izbor. Potrošni materijal unutar kalupa sačinjen je od tkanine za odvajanje (engl. peel ply) koja se stavljala namjenski na mjestima predviđenim za rebra i ojačanja, koje se postavlja preko suho složenih ojačanja, a služi za upijanje viška smole i ostavlja hrapavu površinu za naknadno lijepljenje strukture ili dodatnog ojačanja i perforirane rupičaste folija koja je prekrila trup i spriječila lijepljenje mrežice za poboljšanje protoka na ugljična vlakna.
Krojenje perforirane folije
Mrežica za poboljšanje protoka smole (engl. flow media) koja nam omogućuje lakše protjecanje i ravnomjerno raspoređivanje smole po čitavoj površini ispod vakuumskog pokrivača koji predstavlja zadnji sloj. Vakuumski pokrivač je vrlo bitan dio sustava jer njegova nepropusnost osigurava pravilno i nesmetano izvođenje postupka. Materijali od kojih mogu biti izrađeni mogu biti različiti, ali najčešće se koriste prozirni najlonski pokrivači debljine od 50 do 80 mikrometara.
Krojenje vreće za vakuumiranje
Brtvljenje se izvodi pomoću obostrano ljepljive trake koja nam služi za održavanje kontinuiranog vakuuma i hermetičkog zatvaranja između vakuumske vreće i kalupa. Najčešće je debljine 3 mm, širine 10-25 mm i dužine role od 5 do 15 m. Traka se koristi i za brtvljenje ostalih mjesta u sustavu vakumiranja poput spojeva cijevi i priključaka, eventualnog popuštanja pokrivača.
Unutar kalupa po obodu se postavljaju mikro porozne spiralno rezane cijevi koje omogućuju održavanje vakuuma tijekom trajanja cijelog procesa. Ova cijev uvelike smanjuje rizik stvaranja suhih područja u kompleksnim infuzijama poput ove. Princip rada je sličan prozračnoj vodotpornoj odjeći jer dozvoljava prolaz zraka kroz membranu, ali učinkovito brtvi kada matrica dođe u dodir s membranom. Spirala koja je u središtu omogućuje održavanje vakuuma u prostorima gdje još nije došlo do infuzije. Na uvodnoj liniji smole u centralnoj liniji plovila postavlja se slična spiralno rezana cijev bez omotača oko koje se postavljaju silikonske uvodnice s pravilnim razmakom po dužini kalupa.
Lijepljenje spiralno rezane cijevi
Uvodnice su oblika krnjeg stošca koje pomažu da uslijed podtlaka na mjestima uvoda ne dolazi do puknuća vreće i ulaženje zraka u sustav. U vanjskom dijelu sustava izvan vakumskog pokrivača potrebne su nam jednokratne cijevi za dovod i odvod smole. Najčešće se koriste prozirne plastične poli etilenske cijevi niske gustoće koje su čvrste i savitljive kako bi mogli prekinuti dovod smole ili eventualno odvod smole. Osim toga ovdje se koriste i jednokratni kuglični ventili, T i I spojnice za cijevi, krep trake za označavanje cijevi, i obostrane ljepljive trake za brtvljenje na ulazima cijevi, posude za miješanje smole, sprej za ljepljenje slojeva ojačanja i dr.
Kada je sav materijal pripremljen možemo krenuti sa slaganjem materijala unutar kalupa, brtvljenje kalupa i testom probnog vakuuma, prije nego počne sam proces puštanja smole u sustav. U idućem broju opisati ćemo detaljno postupak izvođenja vakuumske infuzije...
...
.JPG "Hidrodinamika: Vakuumska infuzija")