Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding

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Ricardo Carboni
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1 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Impiego nell industria aerospaziale (non sono richieste elevate produttività)

2 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding

3 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding

4 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Materiali tipici: prepregs a base di resina epossidica parzialmente reticolata (B-stage) Contenuto iniziale di resina ~ 42% wt Contenuto teorico di fibra ~ 50% vol Perdita durante il processo ~ 10% wt Contenuto finale di fibra ~ 60% vol (standard industria aerospaziale) Trend: minori contenuti iniziali e minori perdite di resina (~ 34% wt, 1-2% wt) (ELIMINAZIONE ARIA, SOLVENTI) (DISTACCANTE) (CHIUSURA) (DISTACCANTE) (ASSORBIMENTO RESINA IN ECCESSO) (DISTACCANTE) (DISTACCANTE) (ASSORBIMENTO RESINA IN ECCESSO) (DISTACCANTE)

5 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Honeycomb core sandwich structures

6 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Parametri di processo: Pressione esterna (autoclave) Vuoto interno al sacco Temperatura Consolidamento e densificazione delle lamine con formazione del laminato finale (Eliminazione volatili) T ~ 130 C (~ 60 min) 2 C/min (Eliminazione eccesso di resina) Eventuale post-cura a temperature elevate

7 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Parametri di processo

8 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Condizioni operative Flusso della resina in eccesso Direzione normale alla superficie del laminato ( ) Direzione tangenziale alla superficie del laminato ( ) Velocità di riscaldamento, stadio isotermo e temperatura di reticolazione Tempo di gelificazione (t gel )

9 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Scelta delle condizioni di temperatura e pressione. Obiettivi: L indurimento della resina deve essere uniforme e con un predeterminato grado di reticolazione Durante il processo di reticolazione la temperatura in ogni punto del prepreg non deve superare un predeterminato limite La pressione deve essere sufficiente per eliminare tutta la resina in eccesso in ogni punto del prepreg prima della gelificazione Problematiche Presenza di vuoti Processo di indurimento non ottimale (funzione del numero di plies) Applicazione dei prepregs (lay-up) Controllo corretta orientazione delle fibre Controllo corretta sequenza dei prepregs Taglio dei prepreg La larghezza dei prepregs in genere è inferiore a quella dello stampo Ogni strato contiene diversi prepregs (sovrapposizione)

10 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Contenuto di vuoti

11 Stampaggio con sacco da vuoto in autoclave - Autoclave vacuum bag molding Value chain analysis

Processo di stampaggio a compressione (compression molding process) Elevati volumi di produzione Impiego nell industria automobilistica Condizioni operative P = 2-50 MPa T = 120-160 C Vantaggio

12 Processo di stampaggio a compressione (compression molding process) Elevati volumi di produzione Impiego nell industria automobilistica Condizioni operative P = 2-50 MPa T = C Vantaggio principale: possibilità di produrre in poco tempo pezzi a geometria complessa (spessori non uniformi, nervature, flange, fori, ecc.) con eliminazione di postlavorazioni (foratura, formatura, saldatura). Possibile automazione Materiali: sheet molding compounds (SMC), bulk molding compounds (BMC) (60-70% della superficie stampo)

13 Processo di stampaggio a compressione (compression molding process)

14 Processo di stampaggio a compressione (compression molding process) Sheet molding compounds

15 Processo di stampaggio a compressione (compression molding process) Bulk molding compounds

16 Processo di stampaggio a compressione Profili di temperatura - Effetto dello spessore Temperature dello stampo elevate devono essere evitate per pezzi di spessore elevato

17 Processo di stampaggio a compressione Effetto del riempitivo (filler, CaCO 3 ) e dell ispessitore (thickener, MgO) All aumentare del contenuto in filler diminuisce T exo (effetto diluente, diminuisce la quantità totale di calore liberato) e il tempo necessario per raggiungere T exo (effetto serbatoio di calore ) Diminuisce il ciclo di curing Riduzione del ciclo di curing: preriscaldamento della carica Occorre raggiungere una bassa viscosità prima della gelificazione

18 Processo di stampaggio a compressione Effetto della velocità di chiusura dello stampo Chiusura veloce: tutti gli strati fluiscono in modo uniforme (flusso a pistone) Chiusura lenta: gli strati esterni fluiscono prima di quelli interni Viscosità bassa Viscosità alta Effetto marcato per spessori elevati

19 Processo di stampaggio a compressione Difettologie Difetti superficiali: aspetto (finitura) superficiale scadente Difetti interni: proprietà meccaniche scadenti (a) (b) (c) (d) (e) (f) Microvuoti interni e buchi superficiali causati da aria o altri gas intrappolati (porosità) Blisters: micro-cricche interlaminari (eccessiva pressione interna di gas - stirene monomero o aria) Difficile controllo dell orientazione delle fibre (in caso di lunghi percorsi di flusso): deviazione dall orientazione random Incurvatura di fibre (eccessivo flusso di resina trasversale) Linee di saldatura successivo ad un inserto (foro) Risucchi in prossimità di nervature

20 Processo di stampaggio a compressione Effetto della non-uniformità di reticolazione - Tempi di apertura dello stampo La reticolazione inizia in prossimità della superficie dello stampo e prosegue all interno La differenza in resistenza a flessione deriva da diverse densità di reticolazione

21 Processo di stampaggio a compressione Esempi di prodotti ottenibili Cappa per antenne Basamenti per giostrine

22 Processo di stampaggio a compressione Esempi di prodotti ottenibili

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