Technologie výroby skelných laminátů

Sklolaminát, materiál známý svou vysokou pevností a nízkou hmotností, je vyroben ze skla podobného tomu, které se používá v oknech. Během výroby skleněných vláken se sklo zahřívá, dokud se neroztaví, a poté se protlačí velmi jemnými otvory. Tímto procesem vznikají extrémně tenká skleněná vlákna, jejichž tloušťka se měří v mikronech.

Tyto flexibilní vláknité nitě nacházejí uplatnění v několika aplikacích: mohou být vetkány do větších vzorků materiálu nebo ponechány v méně strukturované formě, používané například pro izolaci. Konečná aplikace závisí na délce vytlačovaných pramenů (delších nebo kratších) a kvalitě skelného vlákna. Pro některé aplikace je důležité, aby skleněná vlákna obsahovala méně nečistot, což vyžaduje další kroky ve výrobním procesu.

Jakmile se sklolaminát spojí dohromady, mohou být přidány různé pryskyřice, aby se zvýšila pevnost produktu a umožnilo se jeho tvarování do různých forem. Mezi běžné výrobky ze sklolaminátu patří bazény a lázně, dveře, surfovací prkna, sportovní vybavení, trupy lodí a široká škála vnějších automobilových dílů. Díky svému lehkému, ale odolnému charakteru je sklolaminát ideální i pro jemnější aplikace, jako jsou desky plošných spojů.

Kompozitní materiály: Složení a výhody

Kompozitní materiály, obecně označované jako lamináty, se skládají ze dvou hlavních složek: výztuže a pojiva. Výztuž je tvořena vlákny, která dávají laminátu tvar a mají zásadní vliv na mechanické vlastnosti finálního výrobku. Jako pojivo se nejčastěji používají pryskyřice.

Nejčastěji používané výztuže:

• Tkaniny ze skelných vláken: Jsou nejběžnějším materiálem pro výrobu lodí, jímek a bazénů. Představují ekonomickou variantu pro opravy nebo výrobu dílů, kde nejsou zvláštní požadavky na mechanické vlastnosti.
• Tkaniny z uhlíkových vláken: Vhodné pro aplikace s požadavkem na vysokou tuhost a pevnost při zachování velmi nízké hmotnosti, avšak za vyšší cenu.
• Tkaniny z aramidových (kevlarových) vláken: Mají vysokou odolnost proti otěru a nejčastěji se používají v kombinaci s uhlíkovými tkaninami.
• Rohože ze skelných vláken: Jedná se o netkanou textilii vyrobenou z krátkých, nahodile rozložených skelných vláken, která jsou navzájem propojená. Používá se častěji s polyesterovými pryskyřicemi pro výrobu a opravy lodí, karavanů, člunů, karoserií, bazénů, střech, jímek apod.

Nejčastěji používané pryskyřice:

• Polyesterové pryskyřice: Jsou levnější variantou vhodnou pro použití se skelnými vlákny. Při aplikaci dochází k uvolňování silně cítitelných výparů, proto nejsou vhodné pro použití v uzavřených prostorech.
• Epoxidové pryskyřice: Jsou dražší variantou s lepšími mechanickými vlastnostmi, vhodnou zejména pro uhlíková a aramidová vlákna. Při aplikaci není téměř cítit, lze je použít v dílně.

Technologie laminování

Ruční kladení (laminování)

Ruční kladení je nejjednodušší a nejčastěji používanou metodou pro kusovou a malosériovou výrobu rozměrných předmětů. Pojivem je obvykle polyesterová, méně často epoxidová pryskyřice. Výztužemi jsou skleněné tkaniny hrubé či jemné nebo skleněné rohože (netkaná, nepravidelně propletená vlákna).

Čtěte také: Proč jsou dřevěné hračky stále oblíbené?

Při ručním laminování se na jednostrannou formu z hliníku, ocelového plechu nebo dřeva nanese filmotvorná separační látka a na ni štětcem nebo postřikem základní vrstva pryskyřice. Na to se položí 2 až 3 vrstvy tkaniny (pevnější) nebo rohože (levnější), které se prosytí pryskyřicí a nechají volně za normální teploty vytvrdit. Výrobek se ořízne podle okraje formy a sejme.

Hlavní výhody a nevýhody:

• Výhody: Nejjednodušší, vhodné pro rozměrné předměty, kromě formy a ručních pomůcek není třeba žádné výrobní zařízení.
• Nevýhody: Velká pracnost, uvolňují se těkavé látky poškozující zdraví.

Parametry výrobků:

• Smrštění: 0,2 až 0,5%
• Maximálně 50% skleněných vláken (menší obsah vláken dává levnější, ale méně pevný laminát)
• Pevnost v tahu: 270 MPa
• Modul pružnosti: 17 000 MPa

Stříkání

Stříkání je vhodné pro středně sériovou výrobu. Na formu ze stejného materiálu jako při ručním kladení se nastříká speciální pistolí směs sekaných krátkých skleněných vláken a polyesterové pryskyřice. Nastříkaná vrstva se uhladí válečkem, aby se z ní odstranily vzduchové bubliny. Vytvrzení pak proběhne za normální teploty.

Charakteristika:

Čtěte také: Návod na výrobu dřevěné kozy pro řezání palivového dřeva

• Snížení pracnosti o 30% (oproti ručnímu kladení).
• Menší obsah skleněných vláken (max 25%) a navíc jsou krátká.
• U stříkaných výrobků jsou mechanické vlastnosti ve všech směrech stejné (izotropie), ale pevnost v tahu a modul pružnosti je menší.
• Výrobky jsou stejné jako u ručního kladení (čluny, části karosérií vozidel, nádrže, nosné kryty, křesla a židle).
• Stříkání do duté formy je vhodné pro výrobu rotačních dutých výrobků (např. velké skladovací nádrže).

Parametry výrobků:

• Pevnost v tahu: 100 MPa
• Modul pružnosti: 8 000 MPa

Navíjení

Navíjení se používá pro zhotovení velmi pevných dutých výrobků rotačního tvaru (např. trubky, nádrže, tlakové nádoby).

Proces výroby laminátu metodou pokládky do formy

Příprava povrchu před laminováním

Výroba dílů pokládkou do formy vyžaduje buď negativní (kopyto), nebo pozitivní formu. Negativní forma, do které bude probíhat pokládka jednotlivých vrstev laminátu, musí mít hladký vyleštěný povrch. Na povrch naneste separační pastu dle návodu konkrétního produktu. Kopyto je nutné velmi dobře naseparovat, aby laminát nevytvořil nerozdělitelný spoj s kopytem. Do připravené formy naneste štětcem nebo válečkem první vrstvu tzv. gelcoat. Jedná se o hustší pryskyřici, která vytvoří hladký povrch výrobku a zabrání protlačení vláken tkaniny na povrch výrobku. Po částečném vytvrzení gelcoatu lze zahájit pokládku a prosycování tkaniny.

Při použití pozitivní formy (kopyta) se laminuje z vnějšku a výsledný povrch nebude dokonale hladký, bude potřebovat úpravu pomocí tmelů a broušení. Pokud nepotřebujete dokonale hladký povrch, tak může postačovat povrch získaný strhávací tkaninou.

Příprava tkaniny pro laminování

Jednotlivé vrstvy je ideální předem připravit a na sucho vyzkoušet poskládáním na místo, kde budou použity. Tkaniny o běžných gramážích cca 80-350 g/m² se vždy aplikují v několika vrstvách. Volba tkaniny záleží na typu a velikosti výrobku. Čím vyšší gramáž, tím silnější vrstva a hrubší povrch. Pro běžné výrobky střední velikosti, pro opravu lodí a menší opravy na jímkách a bazénech lze doporučit tkaniny cca 200-300 g/m². Pro drobnější práce tkaniny cca 30-120 g/m². Pro velké plochy lodí, jímek a bazénů pak tkaniny 280 g/m² a více nebo rohože.

Čtěte také: Krok za krokem: Dřevěné srdce

Je třeba brát v úvahu, že čím vyšší gramáž, tím hůř lze tkaninu tvarovat a ohýbat. Hrubší tkaniny s širokými pramenci vláken jsou zároveň náchylnější na tvorbu bublin. Pro výpočet tloušťky materiálu lze velmi nahrubo počítat, že gramáž/1000 = tloušťka vrstvy v milimetrech. Tedy že jedna vrstva tkaniny o gramáži 200 g/m² vytvoří ve finálním výrobku tloušťku cca 0,2mm. Záleží ale na konkrétním druhu tkaniny a technologii zpracování, výpočet je opravdu pouze přibližný.

Skelné a uhlíkové tkaniny lze stříhat běžnými nůžkami (nutno počítat s jejich rychlým opotřebením), na aramidové tkaniny je dobré použít speciální nůžky, které zabraňují jejich trhání a rozpadání na jednotlivé pramence. Při střihu tkanin pro pokládku do formy vždy nechávejte přesah přes okraj formy nebo přes požadovaný okraj finálního výrobku. Pokud je výrobek velký a je potřeba napojovat jednotlivé díly tkaniny na sebe, pak je vždy lepší napojovat s přesahem a střihy připravit tak, aby se v jednotlivých vrstvách napojení nenacházela ve stejném místě nad sebou. Pro snížení rizika pnutí a deformací je vhodné střídat orientaci vláken jednotlivých vrstev po 45°. Pro místa s komplikovaným tvarem je také vhodné připravit střih s vlákny v úhlu 45°.

Příprava pryskyřice

Pryskyřici namíchejte dle návodu výrobce. Většina pryskyřic vyžaduje pro správnou funkci přesný poměr obou složek. Doporučujeme míchat podle hmotnostních poměrů a použití přesné váhy. Doba zpracovatelnosti se obvykle pohybuje okolo 20 minut. Proto není vhodné míchat velké množství, ale připravovat postupně několik menších dávek. Při pečlivém laminovaní menších dílů v jednom člověku je osvědčené míchat si vždy dávku maximálně 200 g. Vše záleží na náročnosti výrobku, opravy. Čím vyšší je okolní teplota, tím rychlejší je reakce vytvrzení. Teplota laminační pryskyřice a tvrdidla před mísením by se měla pohybovat mezi 15-20 °C. Teplota podkladu při vlastní laminaci a vytvrzování by neměla klesnout pod 15 °C. Při nižších teplotách se prodlužuje doba vytvrzení.

Většina pryskyřic má tendenci v silné vrstvě provádět exotermickou reakci. Pokud Vám tedy zbyde v nádobě vrstva několika centimetrů nezpracovaného materiálu, může při jeho vytvrzování dojít k zahřívání a někdy i kouření a spečení do hnědé barvy. Proto je lepší vše zpracovat, anebo zbytek vylít např. do odpadků, kde se materiál rozlije a nezůstane v silné vrstvě. Nezapomeňte zbytky ekologicky zlikvidovat.

Postup při laminování

Na plochu, kam bude položen střih, naneste pomocí štětce nebo válečku tenkou vrstvu namíchané pryskyřice. Položte první střih. Pokládku provádějte od míst s komplikovaným tvarem směrem ke kraji střihu. Použijte ochranné rukavice. Rukou domáčkněte střih tak, aby přilnul k nanesené pryskyřici. Střih přitlačujte válečkem nebo štětcem, aby do sebe nasál maximum pryskyřice, která byla pod ním. Pokud používáte štětec, je dobré mu zkrátit vlákna na cca 2-3 cm, podle jeho velikosti. Přitlačování/prosycování střihů probíhá domačkáváním v kolmém směru na střih, takzvané tupování. Pokud byste dělali štětcem tahy ze strany na stranu jako při natírání, tak nebude vytvořen dostatečný tlak na prosycení tkaniny a střih se bude hrnout a posouvat ve směru pohybu štětce. Pro rychlé rozmístění většího množství pryskyřice je vhodné použít plastové stěrky.

Dobře prosycenou tkaninu poznáte podle barvy. Musí být od pohledu mokrá a bez bublin (barva je dle pryskyřice, ale většinou čirá, světle modrá). Dobré prosycení je základním předpokladem dobrého výrobku, proto nepospíchejte. Nejprve dotlačte střih tak, aby nasál co nejvíce pryskyřice z podkladu, teprve potom nanášejte pryskyřici z vrchu v místech, kde tkanina není dostatečně prosycena. Poměr laminátu je cca 70% tkaniny a 30% pryskyřice. Čím více pryskyřice v laminátu je, tím je křehčí a těžší. Nedostatek pryskyřice naopak způsobuje oddělování vláken od sebe a snížení pevnosti výrobku.

Ukončení laminování

Po prosycení poslední vrstvy dbejte na uhlazení povrchu záplaty, zejména jejich hran. Každé nadzvednuté vlákno a každý otřep jsou potenciální riziko pro budoucí odtržení záplaty, anebo zranění při kontaktu s tímto místem. Při laminování do formy dbejte na to, aby přesah přes budoucí okraj dílu byl dostatečný a dobře prosycený.

Pro kvalitní uzavření povrchu doporučuji použít strhávací tkaninu. Ta se položí jako poslední vrstva přes vrchní střih a prosytí stejně jako tkaniny pod ní. Strhávací tkanina je tenká, proto se obvykle povede jí dostatečně prosytit pouze dostatečným domačkáním a pryskyřicí z předchozí vrstvy. Záplata ze strhávací tkaniny musí být vždy větší než poslední záplata, tak aby překryla její hrany. Alespoň jednu stranu strhávací tkaniny nechte zvednutou a neprosycenou, aby jí bylo při strhávání za co uchopit. Po úplném vytvrzení pryskyřice (záleží na druhu materiálu - dodržujte pokyny výrobce), které obvykle proběhne do druhého dne, strhněte strhávací tkaninu pryč z laminovaného místa. Strhávací tkanina zanechá sice matný, ale hezky uzavřený povrch bez výstupků, kapek a otřepů z jednotlivých vláken na okrajích záplaty.

Opracování vytvrzeného dílu

Pokud jste neprováděli opravu v ploše dílu, pak budete pravděpodobně potřebovat oříznout hrany a docílit tak požadovaného tvaru výrobku. Pro řezání laminátů lze použít úhlovou brusku s řezným kotoučem. Pokud chcete jemnější a přesný řez, lze lamináty velmi dobře řezat pomocí oscilační brusky. Oříznuté hrany lze dobře brousit brusným papírem potřebné zrnitosti. Výjimkou je aramid, ten je pro svou odolnost vůči otěru opracovatelný velmi obtížně. Další možností je oříznutí přesahů chvilku před finálním vytvrzením. Vrstvy - přesah se nesmí oddělovat, skoro nelepí a dobře se řeže nožem.

Tento postup je obecný a použitelný za běžných podmínek při laminování v domácích podmínkách.

Opravy poškozených výrobků

Poškozené místo obruste pomocí brusného papíru. Je třeba odstranit otřepy, případně zbrousit celé vrstvy laminátu, pokud se vlivem poškození začaly oddělovat od sebe. Pro zvýšení pevnosti je vždy vhodné vyztužit i okolní plochy poškozeného místa pomocí větších záplat. Proto je třeba brousit i okolní plochy kolem praskliny v rozmezí minimálně několika centimetrů (záleží na velikosti výrobku a jeho poškození). Obroušené místo musí být hrubé pro dobrou přilnavost nové vrstvy - brousíme tzv. do živého materiálu, nikoliv pouze povrchově. Pro broušení je vhodné použít úhlovou brusku s lamelovým kotoučem, list pilky na železo, rašple.

Při opravách je třeba nejprve ze zbytků nebo klidně jednotlivých vláken vyplnit prohlubeň, která obvykle vznikne v materiálu přímo v místě praskliny anebo v místě, kde dojde k odbroušení materiálu nebo odpadnutí celé původní vrstvy. Po vyrovnání prohlubně s okolními plochami lze stříhat samotné záplaty. Zde se hodí použít rohož. Vždy doporučujeme několik vrstev přes sebe a to tak, že následující záplata je o kousek větší než ta předchozí. To proto, aby nevznikla vysoká hrana záplaty z několika vrstev, která by byla náchylná k opětovnému odtržení. Záplaty bývají náchylné také na odtržení v rozích, proto je vhodné rohy záplat zastřihnout pod úhlem 45°. Pokud budete laminovat úzké plochy, např. lem pádla, nebo dělící rovinu na boku lodě, je lepší zakoupit pásku potřebné šířky.

Specializované technologie laminování

Kompozity a lamináty nabízejí extrémní pevnost při zlomku hmotnosti. Zpracování skelných a uhlíkových vláken ve spojení se špičkovými epoxidovými a polyesterovými pryskyřicemi umožňuje vytvářet inovativní díly pro letecký, automobilový i energetický průmysl, kde běžné kovy narážejí na své limity.

Proč zvolit kompozitní materiály?

• Teplotní stálost: Spolehlivost a tvarová stálost až do 250 °C.
• Vysoká pevnost a tuhost: Pevnost v tahu 300-600 MPa, v ohybu 150-300 MPa.
• Nízká hmotnost: Výrazně lehčí než kovy, což šetří energii a zlepšuje výkon strojů.
• Maximální odolnost: Neohrozí je koroze, agresivní chemikálie, vlhkost ani UV záření.
• Pružnost: Modul pružnosti 20-50 GPa zaručuje vynikající odolnost vůči nárazům a deformacím.

Specializované technologie laminování

1. Laminování hliníkových svařenců: Unikátní spojení kovu a kompozitu. Potažením hliníkových svařenců vrstvami skelných vláken a pryskyřice zásadně zvyšujeme jejich tuhost a prodlužujeme životnost, aniž bychom drasticky zvyšovali jejich hmotnost. Následně dokážeme vysoce přesně obrobit dosedací plochy a kontury.
2. Přesné laminování do forem: Pomocí speciálně navržených forem se přesně vrství vlákna a pryskyřice. Výsledkem jsou tvarově složité, ale extrémně pevné a lehké 3D díly.
3. CNC obrábění laminátů: Finální úprava kompozitů na milimetr přesně. Hotové laminátové bloky či odlitky se přesně obrobí do požadovaných komplexních tvarů. Získáte tak hotový montážní díl, který bez problému obstojí v tepelně i mechanicky vysoce namáhaném prostředí.

Sklolaminát vs. Uhlíková vlákna a sklem vyztužený plast

Je třeba poznamenat, že ačkoli je to podobné oběma, sklolaminát není uhlíkové vlákno, ani to není plast vyztužený sklem. Uhlíkové vlákno je vyrobeno z pramenů uhlíku. Přestože jsou uhlíková vlákna extrémně pevná a odolná, nelze je vytlačit do pramenů tak dlouhých jako vlákna skleněného vlákna, protože se lámou. To je jeden z několika důvodů, proč sklolaminát, i když není tak pevný, je levnější na výrobu než uhlíková vlákna.

Sklem vyztužený plast je přesně to, co zní: plast se skleněnými vlákny zapuštěnými pro zvýšení pevnosti. Podobnosti se skelnými vlákny jsou zřejmé, ale definující charakteristikou skelných vláken je to, že skleněná vlákna jsou hlavní složkou.

tags: #technologie #výroby #skelných #laminátů #postup

Oblíbené příspěvky:

• Extrudovaný polystyren a hlodavci
• Kvalitní žehlicí prkno v Olomouci
• Řešení pro drobné defekty van
• Laminátové nebo MDF dveře?
• podrobný návod na tmelení dřeva