Tecnologie a Stampo Aperto STAMPAGGIO IN SACCO o BAG MOLDING
SCHEMATIZZAZIONE Sul materiale, sigillato all interno di un diaframma flessibile, agisce una differenza di pressione (equivale all azione di stampo e controstampo). La pressione costringe il laminato a deformarsi secondo lo stampo su cui è adagiato, per cui ne assumerà la forma. FASI del PROCESSO MATERIALI FORMATURA SOTTO VUOTO FORMATURA IN AUTOCLAVE
FASI del PROCESSO PREPARAZIONE DELL ATTREZZATURA PREPARAZIONE DEL MATERIALE STRATIFICAZIONE ED INSACCAGGIO POLIMERIZZAZIONE
FASI del PROCESSO PREPARAZIONE DELL ATTREZZATURA pulizia della superficie dello stampo applicazione, a spruzzo o a pennello, di agenti distaccanti in fase liquida, essiccazione in forno eliminazione dell eccesso polveroso
FASI del PROCESSO PREPARAZIONE DEL MATERIALE Il materiale viene tagliato da rotoli di prepreg tenendo conto: forma desiderata, dimensioni orientazione delle fibre Operazione manuale (pezzi piccoli o medi molto complessi) o automatica. Gli utensili da taglio: coltelli e forbici, laser e water-jet. Il water-jet produce pezzi con finitura simile a quella ottenuta tramite forbici, ma senza produzione di polvere; problemi per l assorbimento di umidità. Il laser produce pezzi con bordi puliti ed aguzzi, presentando però un alterazione termica della zona adiacente ai bordi.
FASI del PROCESSO STRATIFICAZIONE ED INSACCAGGIO ply on ply lay-up: le lamine di composito vengono stratificate ponendole l una sull altra e passandole successivamente sullo stampo (preplying); direct on tool lay-up: il primo strato è posto direttamente sullo stampo, seguito poi dagli altri strati
FASI del PROCESSO STRATIFICAZIONE ED INSACCAGGIO
FASI del PROCESSO STRATIFICAZIONE & INSACCAGGIO Distaccante non poroso (tessuto di vetro rivestito in teflon): distacco del componente dallo stampo Distaccante poroso (a base di teflon): eliminazione di aria e particelle volatili, passaggio resina espulsa Bleeder (tessuto di vetro a trama grossolana): assorbire eccessi di resina e allontanare l aria (controllo del contenuto di fibre) Peel ply (tessuti ad intreccio in nylon, poliestere o fibre di vetro) Piatto metallico: tiene fermo il materiale e distribuisce uniformemente la pressione applicata Strato di lana di vetro: traspirazione dell aria durante il sotto vuoto Sigillante (stucco): sigilla stabilmente il sandwich (pressioni e temperature più elevate).
FASI del PROCESSO STRATIFICAZIONE & INSACCAGGIO Il bleeder viene posizionato sopra il laminato: la resina abbandona il composito fluendo verso l alto in direzione perpendicolare al piano orizzontale. Il quantitativo di bleeder da utilizzate dipende: potere assorbente, contenuto di fibre da progetto nel componente e contenuto di resina all interno del prepreg utilizzato. Metodologia per la determinazione del corretto numero di bleeder da utilizzare: 1. determinare il contenuto di resina nei prepreg; 2. per un dato contenuto di resina ricavare il rapporto bleeder/prepreg riportato in tabelle; 3. moltiplicare il numero di strati per il rapporto bleeder/prepreg; 4. arrotondare al numero intero più basso per ottenere il numero di tessuti da utilizzare come bleeder.
FASI del PROCESSO STRATIFICAZIONE ED INSACCAGGIO Praticare vuoto per eliminare all interno del laminato : l aria i solventi e i componenti della resina a basso peso molecolare Attrezzature: Pompa + rullo (evitare sacche d aria ed increspature) Tempi: 10-15min n.b. Per gli spessori elevati l eliminazione dell aria avviene per step.
FASI del PROCESSO POLIMERIZZAZIONE Il ciclo tempo-temperature-pressione dipende da: resina spessore del pezzo materiale e spessore dello stampo La scelta della temperatura e della pressione è legata: 1. uniformita della polimerizzazione 2. bassi tempi di polimerizzazione; 3. la temperatura non deve superare Tc in nessun punto del laminato; 4. la pressione deve essere abbastanza alta in modo da assicurare la fuoriuscita della resina in eccesso prima della gelificazione (la viscosità sarebbe troppo alta per permettere il deflusso).
FORMATURA SOTTO VUOTO SCHEMATIZZAZIONE
FORMATURA SOTTO VUOTO
FORMATURA SOTTO VUOTO VANTAGGI 1. semplicità di formatura di pezzi anche molto complessi. 2. buona compattazione del laminato 3. buona impregnazione delle fibre, 4. completa eliminazione dell aria, quindi minore porosità, 5. miglioramento della qualità per la faccia non a contatto con lo stampo 6. contenuto di rinforzo maggiore 7. emissioni ridotte di sostanze nocive SVANTAGGI 1. tempi ciclo lunghi (compattazione) 2. costi elevati sia per l impianto (costo della pompa) che per i materiali del sacco. 3. costi elevati di manodopera (alta specializzazione) 4. puo dipendere dall operatore il controllo ed il dosaggio del contenuto di resina
FORMATURA SOTTO VUOTO APPLICAZIONI
FORMATURA IN AUTOCLAVE SCHEMATIZZAZIONE
FORMATURA IN AUTOCLAVE AUTOCLAVE L autoclave è un grosso recipiente pressurizzato, isolato termicamente mediante Gestione pressione-temperatura tempo Temperatura (max): 350 C ( 5 C) Pressione (max): 14bar; normalmente 4-6 bar. Riscaldamento: avviene mediante elementi elettrici intorno alla periferia e grazie ad un ventilatore per la circolazione del fluido. Ventilatore: è mosso da un motore elettrico esterno. Raffreddamento: è accelerata da un circuito idraulico attraversato da acqua fredda.
FORMATURA IN AUTOCLAVE AUTOCLAVE Autoclave per componenti automobilistici D=2.5m x 4m 7bar 200 C D=1.2m x 3m 10bar 400 C Autoclave per componenti aeronautici D=4.25m x 12m 15bar 220 C La pressurizzazione avviene mediante un fluido (aria e/o CO2)
FASI del PROCESSO POLIMERIZZAZIONE Ciclo di polimerizzazione a due stadi per un prepreg di resina epossidica con rinforzo in carbonio Aumento di temperatura fino a 130 C Mantenimento a tale temperatura per circa 60 minuti (raggiungimento minima viscosità della resina). applicazione pressione esterna (fuoriuscita della resina in eccesso) Aumento della temperatura fino alla temperatura di reticolazione della resina La temperatura e la pressione di polimerizzazione vengono mantenute per minimo 2 ore, a seconda del livello di reticolazione che si vuole ottenere. A polimerizzazione ultimata, la temperatura viene abbassata lentamente, mentre il laminato si trova ancora sotto pressione.
FORMATURA IN AUTOCLAVE VANTAGGI 1. alta qualità, anche per pezzi di geometria complessa 2. alti volumi percentuali di rinforzo 3. ottima flessibilità: la deposizione comunque è manuale, quindi l operatore può far assumere al materiale anche geometrie molto differenti 4. possibilità di produrre molti componenti in un unico ciclo 5. controllo di pressione e temperatura 6. pochi difetti (0.1%) SVANTAGGI 1. costi d impianto elevati 2. alta specializzazione del personale 3. grande controllo dei parametri di processo (temperatura e pressione)
FORMATURA IN AUTOCLAVE APPLICAZIONI
STAMPAGGIO IN SACCO CONFRONTO SOTTOVUOTO AUTOCLAVE Parametri relativi al prodotto finale: Qualità BUONA OTTIMA Spessore Parametri relativi al processo: SOTTILE SPESSO Costo dell attrezzatura Tempo di polimerizzazione MODERATO BREVE ALTO LUNGO
MATERIALI MATRICE RINFORZATA SACCO STAMPI
MATERIALI MATRICE RINFORZATA Preimpregnato: contenuto di resina 34-50% in peso contenuto di fibre nel laminato 50-66% in peso n.b. Dopo polimerizzazione perdita 10% di resina Le resine utilizzate sono: epossidiche fenoliche
MATERIALI SACCO I materiali più utilizzati per i sacchi sono: poliestere cloruro di polivinile gomma siliconica neoprene vetro ricoperto di neoprene e di nylon Lo spessore tipico è di 0.03mm (adattabile a qualsivoglia geometria)
MATERIALI STAMPI Stampi in legno o in gesso: produzione di pochi pezzi pressioni non superiori 1.5atm Stampi metallici (acciaio o alluminio): produzione media di pezzi (circa 100) finitura accurata basse velocità di riscaldamento Stampi plastici: equipaggiamenti poco costosi possibilità di frequenti variazioni di progetto attrezzature leggere, resistenti ad ambienti corrosivi ridotti costi per riscaldamento e raffreddamento facilità di realizzazione Stampi in resina epossidica caricata con alluminio