C 7 Curs FPMPC 1

Fabricatia pieselor din materiale compozite

Curs FPMPC 2C 7

Itinerar tehnologic generalMaterial de armare Matrice Materiale auxiliare

Impregnare - amestecare

Aşezarea amestecului pe utilaj, matriţă

Compactare

Polimerizare

Demulare

Finisare

Curs FPMPC 3C 7

A. Tehnologii pentru serii mici de fabricaţieFormarea prin contact� Este o metodă artizanală ce constă într-o impregnare manuală a

materialului de armare (sticlă, kevlar) sub formă de “Mat” sautesatura, cu o matrice termorezistentă, în general un tip de răşină poliesterică nesaturată.

� Principiul metodei constă în depunerea pe o matriţă acoperită cu un agent demulant a unui strat de suprafaţă (gel-coat) peste care, după gelificare, se aşează mai multe straturi de materiale de armare (mat sau ţesătură) care vor fi impregnate succesiv cu răşină. Răşina, care conţine un catalizator şi un accelerator polimerizează. După polimerizare prin îndepărtarea de pe matriţă se obţine piesa dorită.

� Matriţa (placa activă) poate fi realizată din: gips, lemn, tablă subţire şi mai des din MC. Forma sa geometrică este obţinută uneori prin amprentare după o piesă existentă. În practică matriţele sunt realizate din poliester stratificat sau poliepoxid plecând de la un model din lemn.

Curs FPMPC 4C 7

Matriţă

Film de demulare

Gel-coat Material de armare

Rolă

Matrice (Rasina)

Curs FPMPC 5C 7

Curs FPMPC 6C 7

Formarea prin proiecţie simultană� Proiecţia simultană este un procedeu de formare cu contact

mecanizat (compactare mecanizată).� Sticla sub formă de roving trece printr-un tocător ce o

debitează la lungimi dorite, în timp ce răşina este proiectată sub formă de “ploaie”. Fibrele de sticlă tăiate sunt pulsate printre jetul de răşină, sunt asamblate şi depuse simultan pe suprafaţa matriţei. Ulterior procesul este asemănător cu cel manual prin contact respectand urmatoarele operatii: impregnarea, depunerea şi compactarea straturilor.

� Proiecţia simultană împreună cu cea manuală este procedeul cel mai utilizat la obţinerea pieselor de mari dimensiuni.

� Procedeul are loc la temperatura ambiantă şi la presiunea atmosferică. La sfârşit polimerizarea poate fi accelerată prin aşezarea piesei în faţa unui curent de aer cald sau în etuvă.

Curs FPMPC 7C 7

Fibre Răşină

Curs FPMPC 8C 7

Curs FPMPC 9C 7

� Sistemul de tăiere constă în principal în două role mobile, una este din oţel prevăzută cu lame tăietoare pe circumferinţă, iar a doua este dintr-un elastomer.

� Rovingul trece printre aceste role şi este tăiat în bucăţi. Viteza rolelor este reglabilă pentru a putea comanda capacitatea de tăiere şi implicit lungimea bucăţilor de fibră de sticlă.

� 1 – fir, 2 tambur nicovală, 3 – garnitură elastică, 4 – tambur de apăsare, 5 – tambur port cuţite, 6 – lame de tăiere, 7 – fire tăiate.

� Sistemul de tăiere a fibrelor de sticlă:

1

2

3

4

5

6

7

Curs FPMPC 10C 7

Curs FPMPC 11C 7

B. Tehnologii pentru serii mijlociiFormarea cu sac� Formarea se realizează cu ajutorul aerului la presiune

atmosferică. Pentru a obţine presiunea dorită,se utilizeaza unsac flexibil, etanş, sub care se realizează vid. Materialul compozit stratificat, fibre de sticlă şi răşină, este aşezat în cavitatea unei matriţe deschise. Asupra sacului acţionează astfel presiunea atmosferică.

� Formarea cu sac se utilizează pentru obţinerea pieselor complexe de serie limitată care practic nu se pot realiza sub presiune la prese clasice. În mod frecvent se realizează piese pentru industria aeronautică.

� Sunt cunoscute trei procedee de formare cu sac:� Formare cu sac sub vid şi variantele sale,� Formare cu sac sub presiune şi variantele sale,� Formare în autoclavă.

Curs FPMPC 12C 7

Chit de etansare

Folie de etansare

Pasla

Presiune atmosferica

Pompade vid

Straturisuccesive

Folie separatoare

Curs FPMPC 13C 7

Formarea cu sac prin gravitaţie sub vid

Vid

Material compozit (răşină)

Vid

Placă activă (matriţă)

Contra matriţă (miez)

Răşina termorigidă este introdusă prin gravitaţie printr-un anumit punct al matriţei. Polimerizarea este efectuată la temperatura ambiantă sau printr-un aport caloric adus matriţei (fluid cald, rezistenţă electrică, etc.).

Curs FPMPC 14C 7

Formarea cu sac sub presiune� Procedeul este similar celui de formare cu sac sub vid. Particularitatea

constă în faptul că presiunea nu este cea atmosferică ci la valori mult superioare, obţinând astfel un grad mai mare de compactizare a peretelui piesei şi implicit caracteristici mecanice superioare. Matriţa trebuie astfel realizată încât să reziste la presiuni şi eforturi mari.

Sac etanş

Aer sub presiune Placă metalică

Colier

Răşină excedentară

Matriţă

Material compozit stratificat

Curs FPMPC 15C 7

Formarea prin transfer de răşină (tip RTM)

Curs FPMPC 16C 7

a b

c d

e f

Etapele de formare la procedeul RTMa) decuparea materialului de armare; b) preformarea; c) inchiderea şi încălzirea matriţei; d) injectarea răşinii şi umplerea matriţei; e) realizarea ciclului de polimerizare în matriţă; f) deschiderea matriţei şi extragerea piesei (demularea)

Curs FPMPC 17C 7

� Etapele formării prin procedeul RTM prezentate schematic în figura. sunt:� decuparea materialului de armare din fibre compactate sub formă de mat

sau ţesătură, în conformitate cu forma şi dimensiunile piesei;� introducerea materialului de armare într-o matriţă de preformare, având

dimensiunile matriţei de formare a piesei, şi realizarea formei structurale a ranforsării, pentru această operaţie putându-se utiliza şi matriţa de formare;

� introducerea materialului de armare în matriţa de formare, închiderea matriţei şi încălzirea ei la temperatura de iniţiere a polimerizării;

� injectarea cu viteză mică a răşinii în matriţa încălzită, pentru a permite impregnarea fibrelor structurii ranforsării, umplerea completă a matriţei şi degazarea bulelor de gaz ce iau naştere în procesul de polimerizare, eliminarea gazelor putându-se face cu ajutorul unei pompe de vid;

� menţinerea presiunii de injecţie pe tot timpul procesului de polimerizare;� realizarea completă a polimerizării matricei;� deschiderea matriţei şi demularea piesei;� debavurarea piesei şi remedierea eventualelor defecte;� aplicarea eventuală a unui proces termic de maturare (postpolimerizare)

a piesei pentru menţinerea formei şi a dimensiunilor iniţiale.� Faţă de această succesiune de etape, procedeul RTM cunoaşte unele

variante tehnologice care derivă de fapt din tehnologia prezentată mai sus.

Curs FPMPC 18C 7

Formarea prin presare la rece

� Principiul procedeului constă în faptul că între două matriţe din materiale compozite polimerice şi încărcate cu beton se presează la joasă presiune un amestec din materiale de armare şi răşină. Matriţele sunt încălzite la început. Incontinuare, reacţia exotermică ajunge pentru a asigura căldura necesară polimerizării.

� Sunt folosite două metode:� depunerea de răşină pe materialul de armare înainte

de închiderea matriţei� injectarea de răşină după închiderea matriţei. Această

metodă permite ameliorarea impregnării

Curs FPMPC 19C 7

Curs FPMPC 20C 7

� Materiale folosite în acest procedeu sunt următoarele:� - Materiale de armare: sticlă mat sau ţesătură deformabilă, cu

un procent de armare ponderal: 20-30%, si un procent de armare volumic: 10-17%.

� - Matrice: poliester.� Caracteristicile procedeului sunt următoarele:

� grosimea obişnuită: 2-3mm,� dimensiuni maxime: 3x3m,� cadenţa de fabricaţie: 3-4 piese/oră/matriţă (posibil 10-15),� procent de pierderi: 2-4%.

� Avantajele acestui procedeu sunt: ameliorarea sensibilă a cadenţei de fabricaţie a pieselor şi obţinerea de piese având ambele feţe netede.

� Dezavantajele procedeului sunt: se aplică doar la piese av$nd o geometrie mai simplă şi necesitatea de a debavura piesele după scoaterea din formă.

� Acest procedeu se aplică în principal la obţinerea de piese de caroserie auto în serii mici.

Curs FPMPC 21C 7

C. Tehnologii pentru serii mariFormarea prin presarea premix-urilor (BMC)

� Prin acest procedeu premix-ul este presat direct între două matriţe metalice, încălzite, obţinându-se o piesă finită cu două feţe fine.

� În acest procedeu se foloseşte premix-ul, un amestec de fibre de sticlă, tăiate (l=0,1-0,2 mm) într-un procent de armare volumic de 11-16 %, răşini poliesterice şi material de umplutură calcaros. Produsul se prezintă sub forma unei paste.

� Reţeta tip este: material de armare 30 părţi, răşină 70 părţi, carbonat de calciu 120 părţi şi alţi agenţi 35-40 părţi.

� Procedeul se poate folosi pentru obţinerea de piese de dimensiuni maxime de 2x2 m şi grosimi de pănă la 30 mm.

Curs FPMPC 22C 7

Principiul formării prin presare a premixului (BMC).

Curs FPMPC 23C 7

� În acest procedeu se foloseşte premix-ul, un amestec de fibre de sticlă, tăiate (l=0,1-0,2 mm) într-un procent de armare volumic de 11-16 %, răşini poliesterice şi material de umplutură calcaros. Produsul se prezintă sub forma unei paste. Reţeta tip este: material de armare 30 părţi, răşină 70 părţi, carbonat de calciu 120 părţi şi alţi agenţi 35-40 părţi.

� Procedeul se poate folosi pentru obţinerea de piese de dimensiuni maxime de 2x2 m şi grosimi de pănă la 30 mm.

� Avantajul acestui procedeu este posibilitatea de a obţine piese de forme complexe. Ceea ce recomandă acest procedeu pentru fabricaţia pieselor destinate izolaţiilor electrice, având şi o rezistenţă mecanică destul de bună.

� Dezavantajele procedeului BMC sunt:� obţinerea de piese cu caracteristici mecanice inferioare pieselor

obţinute din preimpregnate presate,� posibilităţi de colorare limitate.

Curs FPMPC 24C 7

Formarea prin presarea preimpregnatelor (SMC)

Curs FPMPC 25C 7

� La fel ca procedeul BMC, procedeul constă din presarea între două matriţe metalice încălzite. Nu este necesar ca preimpregnatul să fie dispus în toată matriţa, în general este suficientă o acoperire de 30%

� Materialele folosite sunt următoarele:� materiale de armare: mat de sticlă, ţesătură impregnată de sticlă, cu un

procent de armare volumică de 16-28%,� matrice: răşină poliesterică foarte fluidă, precatalizată cu materiale de

umplutură minerale sub formă de pulberi.� Semifabricatele sunt sub formă de foi protejate de două filme din polietilenă.

Reţeta tip este următoarea: material de armare 30 părţi, răşină 70 părţi, carbonat de calciu 120 părţi, alţi agenţi 35-40 părţi.

� Avantajele acestui procedeu sunt următoarele:� materiale preimpregnate, sub formă de foi,� obţinerea de piese cu proprietăţi mecanice destul de bune,� se obţin piese cu rezistenţă la oboseală şi coroziune destul de bună,� se pot obţine piese complexe şi cu nervuri.

� Dezavantajele acestui procedeu sunt următoarele:� preimpregnatele trebuie tăiate şi foliile îndepărtate,� necesitatea debavurării pieselor formate,� suprafeţele pieselor sunt poroase.

Curs FPMPC 26C 7

Formarea prin injecţie de răşini

termoplastice armate(TPR)

� Procedeul constă în injectarea, de răşini termoplastice armate, cu presiune înaltă într-o matriţă închisă. După răcire se obţin piesele finite. În figura 15 este prezentat principiul acestui procedeu.

� Materialele utilizate de acest procedeu sunt următoarele:� materiale de armare: fibre de sticlă scurte (l=1-2 mm), fibre de

carbon,� matrice: (polimeri termoplastici tehnici) policarbonat, politereftalat de

etil sau butilen, polioxid de fenil, poliacetal, poliamide (PP, ABS).� Semifabricatele se prezintă sub formă de granule de termoplastice

armate (TPR).� Avantajele acestui procedeu sunt: posibilitatea de a obţine piese

omogne şi de precizie şi o cadenţă mare de fabricaţie.

Curs FPMPC 27C 7

Principiul procedeului TPR