Tecnologie a Stampo Aperto Bag Molding (Stampaggio in sacco) Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 1
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. Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 2
Fasi del processo 1) Preparazione dell attrezzatura 2) Preparazione del materiale 3) Stratificazione ed insaccaggio 4) Polimerizzazione Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 3
1) Preparazione 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 Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 4
2) Preparazione 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. Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 5
3) Stratificazione ed insaccaggio La stratificazione del laminato 1. ply on ply lay-up: le lamine di composito vengono stratificate ponendole l una sull altra e passandole successivamente sullo stampo (preplying); 2. direct on tool lay-up: il primo strato è posto direttamente sullo stampo, seguito poi dagli altri strati Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 6
3) Stratificazione ed insaccaggio Insaccaggio 1. Distaccante non poroso (tessuto di vetro rivestito in teflon) favorisce il distacco del componente dallo stampo. 2. Distaccante poroso (a base di teflon) permette l eliminazione di aria e particelle volatili, con passaggio della resina espulsa. Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 7
3) Stratificazione ed insaccaggio Insaccaggio 3. Bleeder (tessuto di vetro a trama grossolana) assorbe eccessi di resina e allontana l aria 4. Peel ply (tessuti ad intreccio in nylon, poliestere o fibre di vetro) 5. Piatto metallico tiene fermo il materiale e distribuisce uniformemente la pressione 6. Strato di lana di vetro favorisce la traspirazione dell aria durante il sotto vuoto 7. Sigillante (stucco) sigilla stabilmente il sandwich (pressioni e temperature più elevate). Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 8
3) 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) Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 9
4) Polimerizzazione Il ciclo tempo-temperatura-pressione dipende da: resina spessore del pezzo materiale e spessore dello stampo La scelta della temperatura e della pressione è legata: 1. uniformità della polimerizzazione 2. bassi tempi di polimerizzazione 3. 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). Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 10
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. può dipendere dall operatore il controllo ed il dosaggio del contenuto di resina Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 11
Campi di applicazione I campi di applicazione per questa tecnologia sono gli più svariati dal settore navale, a quello automotive, dalla componentistica per carrozzeria di auto e moto, ai complementi di rifinitura delle stesse. Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 12
Stampaggio in sacco con autoclave La variante più performante dello stampaggio in sacco è quella che include l uso dell autoclave durante il processo di polimerizzazione al fine di sottoporre i pezzi che voglio produrre a cicli tempo-temperaturapressione strettamente controllati. Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 13
Autoclave Ventilatore: è mosso da un motore elettrico esterno. L autoclave è un grosso recipiente pressurizzato, isolato termicamente mediante il controllo 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. Raffreddamento: è accelerata da un circuito idraulico attraversato da acqua fredda. Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 14
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 CO 2 ) Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 15
Stampaggio in sacco con 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) 4. Cicli lenti con lenta diminuzione della temperatura al fine di non indurre tensioni residue 5. Vincoli dimensionali dovuti alle dimensioni funzionali dell autoclave Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 16
Campi di applicazione Tale tecnologia è la più utilizzata in campo aereonautico, in campo aereospaziale per vettori spaziali e satelliti, per parti strutturali del settore automotive e del settore motociclistico, in competizioni sportive come Moto Gp e Formula 1, per barche con scafi ultraleggeri da competizione. Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 17
Materiali 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 Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 18
Materiali 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) Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 19
Materiali 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 Corso di Tecnologie Speciali 1 - Prof. Luigi Carrino 20