Как сделать форму для стеклопластика своими руками

Стеклопластик своими руками

Стеклопластик получил широкую известность и популярность как в быту, так и во многих отраслях народного хозяйства. Из этого материала производят и самые простые детали, как например пуговицы и подиума акустической системы, и сложнейшие изделия, например обшивку самолетов. Изделия из стеклопластика можно встретить в автопроизводстве, яхтостроительстве, изготовлении легких самолетов и вертолетов и других сферах промышленного производства.

Из чего состоит стеклопластик?

В состав этого универсального материала входит полиэфирная или эпоксидная смола, которой придают нужную форму особым способом и армируют стеклотканью или стекловолокном. Полиэфирную смолу также можно армировать тканью из углеродных волокон, стекловолокном, кевларовой тканью, стекловатой, стеклотканью, с помощью которых изделие приобретает особую прочность. За неимением этих материалов для армирования можно использовать любую синтетическую ткань: искусственный шелк, нейлон и т.д., но изделия не будут иметь такой прочности, как при использовании стекловолокна или стеклоткани.

Что такое стеклоткань?

Стеклоткань представляет собой плотный материал, состоящий из хаотично расположенных или упорядоченно расположенных нитей, связанных между собой тонким слоем эпоксидной смолы.

Стеклоткань имеет толщину до 12 мм, но обычно ее измеряют в граммах на квадратный метр. Самые распространенные значения: 300, 450, 600, 900 грамм на 1 кв.м.

Стеклоткань отличается по типу, способу изготовления, массе и природе стекловолокна. Самой распространенной является “тафта”, которая имеет клеточную текстуру.

Стекловойлок имеет меньшую сопротивялемость механическим нагрузкам, чем стеклоткань, но, несмотря на это, его удобнее использовать для изготовления сложных форм.

Для серийного производства применяют другой тип волокна: это резаное волокно, имеющее такую же или чуть меньшую длину, как у стекловойлока. Его используют при изготовлении основы.

Особенности и советы по изготовлению формы для изделия из стеклопластика

Детали из стеклопластика своими руками изготовляются методом формовки. Для этого нужна специальная форма, которая бывает охватывающей или охватываемой. Форма должна иметь определенный уклон для удобства вынимания из нее готового изделия. Чем качественнее и ровнее отполирована поверхность стенок формы, тем будет выше качество поверхности формируемого изделия.

Для выполнения формовки изделия нужно произвести ряд подготовительных работ:

• Внутренняя поверхность формы покрывается специальным веществом, способствующим свободному извлечению из нее готовой детали. Сам метод формовки заключается в том, что деталь из стекловолокна укладывается в специальную форму и пропитывается эпоксидной или полиэфирной смолой.
• Для армирования изготавливаемых деталей выбирается определенная стеклоткань в зависимости от ее внешнего вида и способности к сопротивлению действующим нагрузкам.
• Из плотной бумаги изготовляется шаблон, по которому делают разметку и вырезают стеклоткань.
• Полиэфирную смолу выбирают соответственного качества, в зависимости от назначения и эксплуатации детали. Смола содержит в своем составе красители и может отличаться химическим составом. Например, если смола предназначена для нанесения первого слоя, она называется ледяным покрытием.

Формовку деталей можно формировать по-разному, главное, чтобы при этом соблюдались следующие правила:

• стеклоткань в форме должна располагаться равномерно;
• стеклоткань полностью пропитывается полиэфирной смолой, исключая малейшие пузырьки воздуха в пропитке;
• обеспечивается высокая производительность готовой детали для серийного производства.

Рассмотрим для примера технологию производства контактного формования или формования на одной форме. Это самый легкий способ, при котором количество используемого материала уменьшается, но при этом увеличивается потребность в количестве рабочей силы.

Чем аккуратнее и опытнее исполнитель, тем больше готовых деталей получится из исходного материала. Такой способ может применяться для одной и для нескольких одинаковых деталей или небольшой серии. Форма может быть любого размера и, как уже говорилось выше, она бывает охватываемой или охватывающей, зависимо от желаемого результата, при котором больше ценится хороший внешний вид наружной или внутренней поверхности готовой детали.

Форма должна иметь высокие показатели прочности. Ее уклон должен быть не менее 35%. Если формовочная деталь имеет обратный уклон, тогда форма должна быть выполнена из нескольких идеально подогнанных друг к другу частей.

Из какого материала изготовляется форма?

Выбор материала для формы зависит от предназначения производства. Например, форма из гипса применяется для изготовления всего одной детали; стальная форма может использоваться большое количество раз для изготовления нескольких тысяч деталей; а для изготовления деталей мелкими сериями лучше всего изготовить модель, с которой снимается слепок формы. Она будет состоять из слоистого пластика, в состав которого входит стекловолокно и полиэфирная смола. Для укрепления формы профилированный картон или деревянные пластинки погружают в слоистый пластик для образования нервюр. Благодаря этому, в усиленной форме можно изготовить не одну сотню деталей.

Подготовка полотна

Особое внимание нужно обратить на подготовку полотна. Вырезанные полотна нужно поместить во влажное помещение в таком порядке, чтобы их удобно было брать по очереди нанесения слоев. Также необходимо правильно выбрать среди большого количества всевозможных веществ, предназначенных для разделения изделия и формы, именно такое, которое будет соответствовать материалу формы.

Формовка детали

Когда разделительное покрытие нанесено и высушено, можно наносить первый закрывающий слой специальной смолы (иногда с наполнителем), предназначенный для скрытия волокон стеклоткани, которые в результате нанесения смолы стают невидимыми на поверхности детали. Толщина закрывающего слоя не должна превышать 0.4 мм. На слишком толстом слое после высыхания могут возникнуть трещины. Закрывающий слой можно и не накладывать, если наличие видимых волокон стекловолокна не имеет значения. В этом случае сразу наносится толстый слой эпоксидной смолы.

На вертикальных стенках деталей могут возникнуть подтеки. Чтобы этого избежать, в смолу подмешивают специальный наполнитель. Первый нанесенный слой подсушивают до студнеобразного состояния. Если он немного прилипает к пальцам, значит можно накладывать следующий слой.

Смола приготавливается двумя этапами: сразу в часть смолы добавляют ускоритель полимеризации, а потом смешивают с остальной смолой, которая будет использоваться. По необходимости в нее добавляют краситель.

Следующим этапом изготовления стеклопластика своими руками является дозирование и смешивание катализатора, если это необходимо, то есть, рассчитывается количество смолы, которая будет использована в ближайшие 15 минут. Смолу разливают в две одинаковые емкости. В одну емкость добавляют ускоритель, а в другую – катализатор.

Для удобства смесь можно готовить в третьей емкости небольшими равными порциями. Благодаря такому способу, можно избежать повторяющихся неоднократно приготовлений смолы и катализатора небольшими порциями. Чтобы сделать правильную дозировку смолы, ее можно взвесить на весах или использовать дозировочную емкость необходимого объема. Дозировка ускорителя и катализатора определяется с помощью мензурок очень маленькими порциями.

Когда покрывающий слой или первый слой смоляного покрытия станет студенистым, можно приступать к наложению первого слоя стекловолокна. Для этого используют легкий стекловойлок с показателем 300 г/1 кв.м. При наложении каждого слоя стекловолокна необходимо следить за тем, чтобы слой ложился ровно и постепенно, заполнял пустоты и закругления. Иногда при наложении слоев стекловолокна возникают воздушные карманы. Это происходит либо из-за слишком быстрого прижатия, либо из-за неплотного сопряжения острого угла. После укладки стекловолокно пропитывается слоем смолы, который наносится кисточкой или валиком.

Важно помнить, что каждая порция смолы рассчитывается примерно на 15 минут работы. Работая кистью, смолу нужно наносить не мазками, а как при торцевании, похлопывая концом кисти по обрабатываемой поверхности. Когда пропитка эпоксидной смолой будет завершена, нельзя сразу пытаться отделить стекловолокно, так как отдельные волокна при этом могут приподняться и вырваться. После слоя смолы, не дожидаясь его высыхания, накладывают следующий слой стеклоткани.

Чтобы обеспечить высокую механическую прочность, слой стекловолокна и стеклоткани укладывается поочередно. Последним слоем укладывают стекловойлок или специальную отделочную стеклоткань (300 г на 1 кв.м).

Выполняя такую укладку, нужно соблюдать ряд важных правил:

• металлические или полиэтиленовые емкости для накладываемых веществ должны быть чистые;
• смола в емкости должна быть полностью использована перед тем, как емкость будет заполнена новой порцией;
• возникшие воздушные пузыри, неподдающиеся устранению, убираются надрезанием их лезвием бритвы;
• кисти и валики после использования моются с помощью ацетона или трихлорэтилена. Это нужно сделать сразу, так как впоследствии произойдет полная полимеризация смолы, оставшейся на инструментах, и ее уже нельзя будет удалить;
• всю работу необходимо производить в резиновых перчатках, для защиты рук от прямого контакта со смолой;
• рабочее помещение должно иметь хорошую вентиляцию, чтобы вредные пары полистирола не вызвали раздражение слизистых оболочек и глаз;
• ни в коем случае во время работы нельзя тереть глаза, так как стеклянные волокна, случайно попавшие на кожу, могут нечаянно травмировать глаза;
• в рабочем помещении должна быть температура не ниже 20 градусов, оно должно быть защищено от холода, сырости и прямых солнечных лучей;
• во время работы нельзя курить во избежание пожара, так как смолы являются легко воспламеняемыми;
• выемка изделия производится не раньше, чем через 12 часов. Сушильная камера (не выше 60 градусов) или нагрев инфракрасными лучами может сократить этот период времени;
• края изделия после выемки обрезаются и заглаживаются;
• если изделие необходимо покрасить, то прежде этого его нужно зачистить шлифовальной шкуркой, а затем уже нанести полиуретановую краску;
• если детали нужно склеить между собой, то для этого склеиваемую поверхность делают шероховатой, промывают ацетоном, а затем склеивают специальным клеем или пропитанной полиэфирной смолой тесьмой.

Чтобы улучшить качество формовки используют метод давления. Работа выполняется точно так же, как мы уже рассмотрели, но по окончанию изделие в форме придавливают, создавая разрежение между гибкой мембраной и покрытием на форме, либо раздувая эластичный пузырь, помещенный в закрытую форму.

Такие детали будут иметь самое высокое качество, так как при придавливании обеспечивается равномерное распределение смолы. Такой метод применяется для среднесерийного производства.

Чтобы готовое изделие имело высокое качество и приятный внешний вид, формовка во входящих друг в друга формах производится или с очень слабым сжатием, или вообще без него.

Для среднесерийного производства формовка под давлением для входящих друг в друга форм может также производиться с помощью укладки слоя стекловолокна, а сверху него определенного количества смолы. С помощью сжатия обеспечивается равномерное растекание смолы по детали.

Чтобы этот способ можно было применить в крупносерийном производстве, или при производстве основы будущей детали, формы намеренно подогревают. В результате подогрева стеклянные волокна прижимаются к поверхности формы, которая сделана из перфорированного листа. В этом состоянии их пропитывают смолой с помощью краскопульта. После этого форму с нанесенной основой несколько минут подсушивают в камере для сушки. Подсушенный полуфабрикат вынимают из временной формы и помещают в конечную форму, покрывают слоем смолы и сжимают в течение непродолжительного времени. В результате получается готовая деталь.

Источник

Как работать со стекловолокном и эпоксидной смолой, известные методики

Сочетание таких материалов, как эпоксидная смола и стекловолокно дает нам уникальный композитный материал – стеклопластик. Он вошел в обиход повседневной жизни, благодаря своим уникальным физическим свойствам. Стеклопластик на эпоксидке или полиэфирке используют в различных сферах промышленности. В быту этот материал тоже нашел свое применение, причем в тех работах, которые, на первый взгляд, в состоянии выполнить только профессиональные мастера.

Наиболее популярным видом работ со стеклотканью и смолой считаются работы, связанные с авторемонтом. Действительно, в кратчайшие сроки и с наименьшими затратами можно получить качественное и прочное покрытие, которое восстановит дефекты бамперов, дверей, крыльев, днища автомобиля и прочих пластиковых и металлических изделий. Но для того, чтобы работать со стеклотканью и эпоксидной смолой, необходимо знать тонкости каждого из этих материалов, их свойства и характеристики. В противном случае можно выйти за пределы сферы применимости и не добиться должного результата.

Достоинства и недостатки стекловолокна

Сначала рассмотрим материалы по-отдельности, чтобы оценить их совместимость и установить границы применимости. У стекловолокна есть масса достоинств, но так как ни один материал не может быть идеальным, то проявляются и некоторые недостатки.

• Одним из плюсов можно обозначить относительно высокую прочность. Об относительности мы говорим по той причине, что стеклопластики не могут сравниться с металлами, однако свою функцию они выполняют отлично. Рассмотрим, к примеру, применение стеклопластика в автомобиле. Из него делают бампера. Они более безопасны для пешеходов в случае ДТП, нежели металлические. Статистические же нагрузки такой бампер выдерживает с большим запасом прочности.
• При отсутствии критических условий эксплуатации стекловолокно не имеет установленного ресурса. Простыми словами, стеклопластик может «служить вечно».
• Волокна имеют пористую структуру, вследствие чего материал обладает высокими теплоизоляционными свойствами. Стекломат и стекловату используют, как утеплитель в строительстве зданий и сооружений.
• Стеклоткань для эпоксидной смолы выполнена в виде плетеных волокон. С ней очень легко работать. Смола пропитывает материал, а после застывания изделие можно обрабатывать, шлифовать и красить.
• Наконец, не последним фактором является ценовая доступность. К примеру, ремкомплект для ремонта авто, куда входит смола и стекловолокно, обойдется всего в 300-400 рублей, причем основная доминанта в ценообразовании принадлежит именно смоле.

Отметим недостатки материала, хотя их можно считать условными, это означает, что в некоторых видах работ этими недостатками можно пренебречь.

• Многие автовладельцы рассказывают, что после незначительных ДТП бампер автомобиля способен восстановить свою форму. Но, несмотря на эластичность стеклопластика, он считается ломким материалом. Еще раз обратимся к вышеописанному примеру, в котором сказано, что именно ломкость соответствует современным требованиям безопасности пешеходов.
• Без эпоксидной смолы или альтернативной пропитки стекловолокно пропускает влагу и пыль. Материал гигроскопичен, поэтому в обособленном виде редко где применяется.

Плюсы и минусы эпоксидки

Эпоксидная смола более известна потребителю, так как ее часто используют в качестве клея. Она востребована в быту и на производстве во многих областях промышленности. Свойства эпоксидки по праву считаются уникальными, однако есть и определенные недостатки.

• Высокие свойства адгезии позволяют работать с большим количеством видов материалов. Исключение составляют лишь такие, как тефлон, полиэтилен, термопласт, полипропилен, оргстекло и поликарбонат.
• С помощью смолы можно клеить детали, даже если смола предназначена для заливочных работ.
• Эпоксидка до востребования может храниться десятки лет, не снижая своих показателей.
• Современные материалы абсолютно безопасны для здоровья человека. Смола не источает неприятных запахов, чего нельзя сказать, к примеру, о полиэфирных смолах.
• Обладает влагостойкостью.
• Практически не дает усадки.
• Добавление наполнителей изменяет некоторые физические свойства материала. Смола для автомобильных ремонтных работ обладает повышенными показателями прочности.

Как мы уже говорили, у эпоксидки есть свои минусы.

• Полимеризация может занять значительное время. В период отверждения смолы пользоваться изделием нельзя.
• Эпоксидку нельзя назвать бюджетным материалом. В случае авторемонта себестоимость работ будет существенно ниже затрат на специализированный автосервис, но по сравнению с другими аналогичными материалами эпоксидная смола достаточно дорогая. Дешево можно купить лишь универсальные марки без наполнителей.

Разновидности стекловолокна

Стекловолокно, как материал, может продаваться в трех разновидностях. Речь идет о ровинге, стекломатах и стеклоткани. Ровинг представляет собой стеклянную нить, которая наматывается на бобину. При производстве ровинга на специальный пистолет подается основной состав, смола и катализатор.

Стекломат легко отличить от стеклоткани по его характерным хаотично расположенным волокнам. Забегая вперед, отметим, что волокна стеклоткани переплетены так, что они похожи на реальную ткань. Прочность стекломата ниже, зато работать со стекловолокном и эпоксидной смолой гораздо сложнее. Первый практически идеально ложится в матрицу, повторяя ее форму. Стекломаты выпускаются в виде плит разной толщины и разной плотности. Основной их параметр – масса единицы площади (одного квадратного метра). Тонкие стекломаты позволяют выводить сложные по форме поверхности, однако может потребоваться наложение материала в несколько слоев.

Назначение стеклоткани ничем не отличается от назначения стекломата. Не вдаваясь в подробности технических характеристик, мастер выбирает между тканью и плитой наиболее подходящий вариант. Прочность стеклоткани в разных направлениях различна, поэтому ее накладывают в несколько слоев, ориентированных друг к другу под разными углами.

Важным показателем качества стеклоткани является способность смолы пропитывать волокна по всей глубине.

Встречаются материалы, в которых между волокнами присутствует парафин. Он не дает смоле проникнуть внутрь ткани, поэтому для ведения ремонта стеклотканью и эпоксидкой необходимо выбирать материалы без парафина или вытапливать парафин перед применением. Тем не менее, большое количество смолы в волокнах стеклоткани вовсе не является залогом прочности. Наоборот, смола должна содержаться в минимальном количестве, но при этом равномерно распределяться по всему материалу.

Изготовление матрицы

Наложение латок из стекловолокна – самый элементарный вид работ. Более сложные работы связаны с изготовлением изделий из стеклопластика. Обязательным этапом является создание макета будущего изделия. Для упрощения задачи в качестве макета принимают уже готовое изделие, с которого необходимо «снять» копию. Примером может служить корпус бампера автомобиля.

Если же такого эталона не существует, то мастеру придется самостоятельно сделать его макет из фанеры, пенопласта или пластилина. Естественно, от точности макета зависит качество будущей детали. Особе внимание уделяется не только форме, но и поверхности матрицы, ведь ровная и гладкая поверхность изделия упрощает работы по последующей обработке и шлифовке детали.

Иногда попытка создать цельную конструкцию заканчивается фиаско. Не всегда деталь из стеклопластика можно после отверждения достать из матрицы. Этот факт следует предусмотреть и при возникновении сложностей разделить изделие на несколько составляющих частей. По макету можно изготавливать необходимую деталь, но для серийного производства делают матрицу. Макет сверху покрывается воском. Затем на него накладывается гелькоут, обеспечивающий будущей матрице гладкую поверхность.

На застывший гелькоут накладывается слой стекловолокна. Сначала можно укладывать тонкий материал – стеклохолст. Он более точно повторяет все изгибы поверхности. Первый слой должен полностью высохнуть перед продолжением работы. Далее происходит накладывание более толстых слоев стеклоткани, пропитанных эпоксидкой. Полностью всю толщину набирать не рекомендуется, так как заготовка матрицы может деформироваться. Необходимо применить процедуру послойного наложения материала.

Ручное формование

В работе с эпоксидной смолой и стекловолокном применяется несколько технологий. Эти технологии применимы не только к стекловолокну, но и к другим аналогичным материалам, способным армировать смолу. Ручное формование – способ наложения стеклоткани, пропитанной эпоксидкой. Он считается самым простым и дешевым по себестоимости, однако требует от мастера определенной квалификации. Если нанимать профессионала, то сэкономить на стоимости ремонта вряд ли получится.

Смола наносится на материал с помощью кисти или валика. Специальные инструменты должны быть рассчитаны на работу с полимером. Стеклоткань или стеклохолст сразу укладывается в предварительно подготовленную форму, но в некоторых случаях целесообразно сначала произвести пропитку, а затем уложить волокна.

Для того, чтобы материал равномерно лег на поверхность, смола распределилась между волокнами, а пузырьки воздуха вышли на поверхность, стеклоткань обрабатывается разбивочным валиком. Финализируется наложение материала укаточным валиком. Оставшийся воздух выдавливается из-под волокон и выходит наружу. Если под стеклотканью останутся пузырьки воздуха, то место их локализации будет прослаблено. Иногда даже образуются сквозные отверстия. Избавиться от такого брака практически невозможно. Придется все работы начинать сначала.

Специализированное оборудование способно механизировать труд, но только лишь частично. Смола подается с помощью смесителей прямо на валик. В нее добавляется катализатор и прочие наполнители. Но раскатывается смола валиком вручную. Тем не менее, такие приспособления позволяют ускорить процесс укладки стекловолокна. Плюс данного метода заключается в небольших финансовых затратах. Но получить качественный результат без должного опыта очень сложно. Ручное формование подходит для небольших объемов работ.

Напыление ровинга

Процесс отличается технологичностью и без специнструмента не может быть осуществлен. Суть метода заключается в том, что стеклянная нить (ровинг) измельчается, смешивается со смолой и наносится на поверхность. Пистолет-измельчитель готовит состав и под давлением подает его в виде мелкодисперсного вещества. Но после нанесения требуется укатка валиком, которая обеспечивает удаление пузырьков воздуха.

Простота технологии видна лишь теоретически. Только «на бумаге» суть метода разместился в паре строк. На самом деле, способ не стал массовым, причем дело не в наличии специального инструмента. Причина кроется в чрезмерно большом расходе эпоксидной смолы. Само же изделие становится массивным, а при отсутствии переплетения волокон показатель прочности слоя оставляет желать лучшего.

Вокруг пистолета образуется облако пыли из частиц ровинга и смолы, и если человек будет такую смесь вдыхать, это пагубно отразится на его здоровье.

Метод намотки и препрегов

Метод намотки применим при изготовлении полых изделий. Примером могут служить резервуары, секционные емкости, трубы. Методом намотки сделаны рамы велосипедов, удочки, судовые мачты. Волокна не сплетены в ткань. Они попадают в ванну, заполненную эпоксидной смолой, а затем с помощью натяжных валиков наматываются на нужный каркас. Предварительно с волокон убираются излишки смолы.

Процедура полностью механизирована, так как изменяется угол намотки, в зависимости от скорости вращения и поступательного движения каретки. В результате намотки получаются достаточно крепкие изделия.

Препреги – куски готовой стеклоткани, пропитанные смолой. Но для хранения стекловолокна ее пропитывают не готовой смолой, а предкатализированной. Простыми словами, если смолы является двухкомпонентным веществом, то стекловолокно пропитывается только компонентом «А». В таком состоянии препреги могут храниться годами.

Существует и другая технология. Смола смешивается с отвердителем, который вступает в реакцию при высокой температуре. Пропитанные такой смолой волокна не застывают длительное время. После того, как они укладываются в матрицу, происходит их интенсивный разогрев, в результате чего смола начинает отверждение. Данный метод стал бы популярным, если бы не наличие оборудования для нагрева смолы до высоких температур (иногда она достигает 1800°C градусов).

Работа в домашних условиях

Самостоятельные ремонтные работы ведутся по технологии ручного формования. Здесь никаких требований не устанавливается, так как нет должного контроля над качество выполненных работ. Естественно, результат не может всегда быть положительным, поэтому опытные мастера делятся полезными советами, которые помогут повысить качество изделий из стекловолокна.

Необходимо хорошо подготовить поверхность. В случае работы с металлом, пользуются преобразователем ржавчины, после чего металл обрабатывают щеткой. Перед непосредственным наложением стекловолокна поверхность следует обезжирить. Ремонт стеклопластиковых изделий начинается с обработки поверхностей абразивными материалами.

Воздух – побочное явление, с которым необходимо бороться. Оставшиеся пузырьки воздуха не только испортят внешний вид изделия, но и негативно отразятся на его прочности. При наличии вакуумной камеры избавиться от лишнего воздуха просто. В домашних условиях для этого применяют валики. Ленты стекловолокна раскладываются по поверхности и прикатываются валиком. После отверждения никаких особых ограничений действий нет. Материал можно обрабатывать любым доступным способом.

Источник