Как сделать стеклопластик
Изготовление стеклопластика своими руками
Если же рассматривать вопрос про изготовление стеклопластика своими руками, то из всех существующих технологий, предпочтение лучше отдать так называемому методу ручного формирования. О том, как сделать стеклопластик в домашних условиях и какие материалы для этого понадобятся в первую очередь, будет рассказано ниже.
Что такое стеклопластик
Стеклопластик представляет собой одну из разновидностей композитных материалов, очень широко используемых сегодня как в промышленности, так и в быту. Основными элементами стеклопластика, являются: полимерная смола, специальный наполнитель, стеклоткань и армирующие элементы.
Стеклопластик имеет относительно небольшой вес, около 300-900 грамм на 1 м², хотя во многом данный показатель зависит от толщины изделия. Как было сказано выше, для изготовления стеклопластика своими руками, предпочтительней применение метода ручного формирования, без использования дорогостоящего оборудования для этих целей.
Сам процесс изготовления стеклопластика, таким образом, выглядит так:
Заключительным этапом изготовления стеклопластика в домашних условиях, является обработка изделия после его сушки.
Изготовление стеклопластика своими руками
Итак, рассмотрим первый этап изготовления стеклопластика, который начинается с выбора материалов для матрицы. При одноразовом изготовлении стеклопластикового изделия, матрицу для этих целей можно вылить, например, из гипсового раствора. Если же нужно сделать большое количество стеклопластиковых деталей, то лучше всего использовать для этого стальную матрицу.
Теперь что касается полимерной смолы, поскольку её состав может быть также различным. Здесь всё во многом зависит от таких характеристик полученного изделия, как его:
Укладку стеклоткани в матрицу производят после её предварительного раскроя. Если матрица имеет сложную форму, то допускается использование отдельных элементов стеклоткани, для равномерного формирования слоя в матрице.
Далее производится нанесение формировочного слоя на поверхность матрицы, для удобства извлечения высохшего изделия из неё. Материалом для разделительного слоя может служить, например автомобильный воск или тефлоновый гель.
После подготовки матрицы вышеописанным способом, в неё заливается первый слой (покровный) стеклопластика. Покровный слой состоит из состава полиэфирной или эпоксидной смолы. С его использованием медлить не стоит, поскольку применять смолу нужно в течение 15 минут.
Как клеить стеклоткань
Итак, после того как покровный слой уложен, а его толщина должна варьироваться в пределах 0,4 мм, можно приступать к укладке стеклоткани в матрицу. В первую очередь укладывается самый тонкий слой стеклоткани, не более 300 г/м². При этом нужно следить, чтобы в матрице не образовались пустоты и воздушные пузыри.
Количество и толщина приклеиваемой стеклоткани в матрицу, зависит в первую очередь от того, какую прочность должно иметь изделие из стеклопластика. Последний укладываемый слой в матрицу, состоит либо из отделочной стеклоткани, либо из стекловойлока.
Когда залитый состав наберёт свою прочность, а это примерно 12-24 часа, готовое стеклопластиковое изделие извлекается из формы. Далее следует заключительный этап обработки, во время которого производится шлифовочные и полировочные работы.
Как работать со стекловолокном и эпоксидной смолой, известные методики
Сочетание таких материалов, как эпоксидная смола и стекловолокно дает нам уникальный композитный материал – стеклопластик. Он вошел в обиход повседневной жизни, благодаря своим уникальным физическим свойствам. Стеклопластик на эпоксидке или полиэфирке используют в различных сферах промышленности. В быту этот материал тоже нашел свое применение, причем в тех работах, которые, на первый взгляд, в состоянии выполнить только профессиональные мастера.
Наиболее популярным видом работ со стеклотканью и смолой считаются работы, связанные с авторемонтом. Действительно, в кратчайшие сроки и с наименьшими затратами можно получить качественное и прочное покрытие, которое восстановит дефекты бамперов, дверей, крыльев, днища автомобиля и прочих пластиковых и металлических изделий. Но для того, чтобы работать со стеклотканью и эпоксидной смолой, необходимо знать тонкости каждого из этих материалов, их свойства и характеристики. В противном случае можно выйти за пределы сферы применимости и не добиться должного результата.
Достоинства и недостатки стекловолокна
Сначала рассмотрим материалы по-отдельности, чтобы оценить их совместимость и установить границы применимости. У стекловолокна есть масса достоинств, но так как ни один материал не может быть идеальным, то проявляются и некоторые недостатки.
Отметим недостатки материала, хотя их можно считать условными, это означает, что в некоторых видах работ этими недостатками можно пренебречь.
Плюсы и минусы эпоксидки
Эпоксидная смола более известна потребителю, так как ее часто используют в качестве клея. Она востребована в быту и на производстве во многих областях промышленности. Свойства эпоксидки по праву считаются уникальными, однако есть и определенные недостатки.
Как мы уже говорили, у эпоксидки есть свои минусы.
Разновидности стекловолокна
Стекломат легко отличить от стеклоткани по его характерным хаотично расположенным волокнам. Забегая вперед, отметим, что волокна стеклоткани переплетены так, что они похожи на реальную ткань. Прочность стекломата ниже, зато работать со стекловолокном и эпоксидной смолой гораздо сложнее. Первый практически идеально ложится в матрицу, повторяя ее форму. Стекломаты выпускаются в виде плит разной толщины и разной плотности. Основной их параметр – масса единицы площади (одного квадратного метра). Тонкие стекломаты позволяют выводить сложные по форме поверхности, однако может потребоваться наложение материала в несколько слоев.
Назначение стеклоткани ничем не отличается от назначения стекломата. Не вдаваясь в подробности технических характеристик, мастер выбирает между тканью и плитой наиболее подходящий вариант. Прочность стеклоткани в разных направлениях различна, поэтому ее накладывают в несколько слоев, ориентированных друг к другу под разными углами.
Важным показателем качества стеклоткани является способность смолы пропитывать волокна по всей глубине.
Встречаются материалы, в которых между волокнами присутствует парафин. Он не дает смоле проникнуть внутрь ткани, поэтому для ведения ремонта стеклотканью и эпоксидкой необходимо выбирать материалы без парафина или вытапливать парафин перед применением. Тем не менее, большое количество смолы в волокнах стеклоткани вовсе не является залогом прочности. Наоборот, смола должна содержаться в минимальном количестве, но при этом равномерно распределяться по всему материалу.
Изготовление матрицы
Наложение латок из стекловолокна – самый элементарный вид работ. Более сложные работы связаны с изготовлением изделий из стеклопластика. Обязательным этапом является создание макета будущего изделия. Для упрощения задачи в качестве макета принимают уже готовое изделие, с которого необходимо «снять» копию. Примером может служить корпус бампера автомобиля.
Если же такого эталона не существует, то мастеру придется самостоятельно сделать его макет из фанеры, пенопласта или пластилина. Естественно, от точности макета зависит качество будущей детали. Особе внимание уделяется не только форме, но и поверхности матрицы, ведь ровная и гладкая поверхность изделия упрощает работы по последующей обработке и шлифовке детали.
Иногда попытка создать цельную конструкцию заканчивается фиаско. Не всегда деталь из стеклопластика можно после отверждения достать из матрицы. Этот факт следует предусмотреть и при возникновении сложностей разделить изделие на несколько составляющих частей. По макету можно изготавливать необходимую деталь, но для серийного производства делают матрицу. Макет сверху покрывается воском. Затем на него накладывается гелькоут, обеспечивающий будущей матрице гладкую поверхность.
На застывший гелькоут накладывается слой стекловолокна. Сначала можно укладывать тонкий материал – стеклохолст. Он более точно повторяет все изгибы поверхности. Первый слой должен полностью высохнуть перед продолжением работы. Далее происходит накладывание более толстых слоев стеклоткани, пропитанных эпоксидкой. Полностью всю толщину набирать не рекомендуется, так как заготовка матрицы может деформироваться. Необходимо применить процедуру послойного наложения материала.
Ручное формование
В работе с эпоксидной смолой и стекловолокном применяется несколько технологий. Эти технологии применимы не только к стекловолокну, но и к другим аналогичным материалам, способным армировать смолу. Ручное формование – способ наложения стеклоткани, пропитанной эпоксидкой. Он считается самым простым и дешевым по себестоимости, однако требует от мастера определенной квалификации. Если нанимать профессионала, то сэкономить на стоимости ремонта вряд ли получится.
Смола наносится на материал с помощью кисти или валика. Специальные инструменты должны быть рассчитаны на работу с полимером. Стеклоткань или стеклохолст сразу укладывается в предварительно подготовленную форму, но в некоторых случаях целесообразно сначала произвести пропитку, а затем уложить волокна.
Для того, чтобы материал равномерно лег на поверхность, смола распределилась между волокнами, а пузырьки воздуха вышли на поверхность, стеклоткань обрабатывается разбивочным валиком. Финализируется наложение материала укаточным валиком. Оставшийся воздух выдавливается из-под волокон и выходит наружу. Если под стеклотканью останутся пузырьки воздуха, то место их локализации будет прослаблено. Иногда даже образуются сквозные отверстия. Избавиться от такого брака практически невозможно. Придется все работы начинать сначала.
Специализированное оборудование способно механизировать труд, но только лишь частично. Смола подается с помощью смесителей прямо на валик. В нее добавляется катализатор и прочие наполнители. Но раскатывается смола валиком вручную. Тем не менее, такие приспособления позволяют ускорить процесс укладки стекловолокна. Плюс данного метода заключается в небольших финансовых затратах. Но получить качественный результат без должного опыта очень сложно. Ручное формование подходит для небольших объемов работ.
Напыление ровинга
Простота технологии видна лишь теоретически. Только «на бумаге» суть метода разместился в паре строк. На самом деле, способ не стал массовым, причем дело не в наличии специального инструмента. Причина кроется в чрезмерно большом расходе эпоксидной смолы. Само же изделие становится массивным, а при отсутствии переплетения волокон показатель прочности слоя оставляет желать лучшего.
Вокруг пистолета образуется облако пыли из частиц ровинга и смолы, и если человек будет такую смесь вдыхать, это пагубно отразится на его здоровье.
Метод намотки и препрегов
Метод намотки применим при изготовлении полых изделий. Примером могут служить резервуары, секционные емкости, трубы. Методом намотки сделаны рамы велосипедов, удочки, судовые мачты. Волокна не сплетены в ткань. Они попадают в ванну, заполненную эпоксидной смолой, а затем с помощью натяжных валиков наматываются на нужный каркас. Предварительно с волокон убираются излишки смолы.
Процедура полностью механизирована, так как изменяется угол намотки, в зависимости от скорости вращения и поступательного движения каретки. В результате намотки получаются достаточно крепкие изделия.
Препреги – куски готовой стеклоткани, пропитанные смолой. Но для хранения стекловолокна ее пропитывают не готовой смолой, а предкатализированной. Простыми словами, если смолы является двухкомпонентным веществом, то стекловолокно пропитывается только компонентом «А». В таком состоянии препреги могут храниться годами.
Существует и другая технология. Смола смешивается с отвердителем, который вступает в реакцию при высокой температуре. Пропитанные такой смолой волокна не застывают длительное время. После того, как они укладываются в матрицу, происходит их интенсивный разогрев, в результате чего смола начинает отверждение. Данный метод стал бы популярным, если бы не наличие оборудования для нагрева смолы до высоких температур (иногда она достигает 1800°C градусов).
Работа в домашних условиях
Самостоятельные ремонтные работы ведутся по технологии ручного формования. Здесь никаких требований не устанавливается, так как нет должного контроля над качество выполненных работ. Естественно, результат не может всегда быть положительным, поэтому опытные мастера делятся полезными советами, которые помогут повысить качество изделий из стекловолокна.
Необходимо хорошо подготовить поверхность. В случае работы с металлом, пользуются преобразователем ржавчины, после чего металл обрабатывают щеткой. Перед непосредственным наложением стекловолокна поверхность следует обезжирить. Ремонт стеклопластиковых изделий начинается с обработки поверхностей абразивными материалами.
Воздух – побочное явление, с которым необходимо бороться. Оставшиеся пузырьки воздуха не только испортят внешний вид изделия, но и негативно отразятся на его прочности. При наличии вакуумной камеры избавиться от лишнего воздуха просто. В домашних условиях для этого применяют валики. Ленты стекловолокна раскладываются по поверхности и прикатываются валиком. После отверждения никаких особых ограничений действий нет. Материал можно обрабатывать любым доступным способом.
Стеклопластики
Стеклопластик
Композитные материалы, состоящие из полимерного связующего и различных стекловолокнистых компонентов в качестве наполнителей, называются стеклопластиками.
Они получили распространение в строительстве, изготовлении емкостей, детских горок и горок аквапарков, труб, корпусов лодок, прочих конструкционных деталей.
Стеклянные волокна в таких композитах выполняют роль арматуры, которая обеспечивает отличные прочностные и прочие физико-механические характеристики, полимерные смолы соединяют волокна наполнителя в прочную монолитную систему.
Рис.1. Детские горки
Преимущества стеклопластиков
Стеклопластик имеет множество преимуществ, которые обуславливают его важное место в современном мире. Рассмотрим наиболее ценные из них:
Небольшая плотность. Удельный вес марок стеклопластикового материала варьируется в широких пределах от 400 кг/куб.м до 1800 кг/куб.м. Средняя принятая величина плотности равна 1100 кг/куб.м, что чуть выше плотности воды. Для сравнения у металлов удельный вес намного больше, так у стали – 7800 кг/куб.м, у легкого дюралюминия 2800 кг/куб.м. У полимеров общего назначения плотность колеблется от 900 кг/куб.м (у полипропилена) до 1500 кг/куб.м (ПВХ и некоторые полиэфиры) и 1800 кг/куб.м (некоторые реактопласты). Такая легкость придает стеклопластику особые преимущества для использования в транспортной индустрии, где важна экономия топлива на перемещение. То же самое ценно при складских и прочих логистических применениях.
Хороший диэлектрик. Стеклопластики обладают высокими диэлектрическими свойствами, что делает их отличными электроизоляторами. Эта характеристика нашли широкое применение в электротехнике, в том числе для выпуска электронных плат.
Стойкость к коррозии. Стеклопластик стоек как к химическим, так и к электрохимическим воздействиям, что обуславливает его коррозионную резистентность. Используя определенные смолы в качестве связующих для стеклоктани можно произвести стеклопластики, которые будут иметь стойкость к очень агрессивным химикатам, даже к концентрированных кислотам и щелочам.
Эстетические свойства стеклопластиков. В процессе производства данный композит можно окрасить в разные цвета, оттенки и их комбинации. При соблюдении правильной технологии и красителей стойкость цвета может сохраняться в течение всего срока службы изделия.
Хорошая прозрачность. При использовании определенных видов смол существует возможность изготовить прозрачные стеклопластики. Их оптические показатели лишь несколько хуже, чем у силикатного стекла.
Отличная физико-механика. Несмотря на невысокую плотность, стеклопластики характеризуются достаточными механическими свойствами. При определенных условиях производства композита – специальная полимерная основа и правильно подобранная стеклоткань – получают стекломатериал с более высокими физико-механическими свойствами, чем некоторые металлы и даже марки стали.
Теплоизоляционность. Стеклопластик – это композит с небольшим коэффициентом теплопроводности. Однако, при изготовлении сэндвич-конструкций с использованием стеклопластиков, получают еще более изоляционные материалы. Для этого слои пластика чередуют с высокопористыми пластиками, например пенополиуретаном, вспененным полистиролом. Эти сэндвич-конструкции находят применение как теплоизоляцию в строительстве фабрик и заводов, судостроении, вагоностроении и т.п.
Простое изготовление. Стеклопластиковые детали можно производить разными способами. Обычно такое производство не подразумевает больших инвестиций в станки, оборудование и материалы. Самый простой вариант выпуска таких продуктов – ручное формование. Для него нужна лишь изготавливаемая из подручного сырья (дерева, пластика, металла) матрица и несколько несложных инструментов и оснастки. На сегодняшний день в ходу матрицы из самого стеклопластика, которые также легко и недорого изготовить, к тому же они обладают отличной стойкостью и долговечностью. Таким образом, можно сказать, что стеклопластиковые детали воспроизводят сами себя.
Производство стеклопластиков
Стеклопластики, как правило, являются листовыми пластиками. Их изготавливают методом горячего прессования полимерного связующего, смешанного со стекловолокном или стеклотканью. При этом стекловолокно (стеклоткань) является армирующим элементом. Он дает получаемому продукту повышенные физико-механические свойства.
В промышленности для выпуска изделий из этого пластика применяют несколько разнообразных полимерных смол. Больше всего среди них популярны смолы на основе полиэфиров, винилэфирные, а также эпоксидные пластики. Все виды используемых полимеров по способу формования, химической структуре и назначению подразделяют на типы:
1) по способу формования:
Способы получения продуктов из стеклопластика
1. Ручное формование
Эта технология подразумевает пропитку стекловолокна или стеклоткани полимером используя ручной инструмент, такой как валики или кисти. В итоге получаются полуфабрикаты – стекломаты. После получения маты закладываются в формующую оснастку, в которой их обрабатывают при помощи прикаточных валиков. Прикатку валиками применяют для исключения из стекломатов пузырьков воздуха и распределения полимера в получающемся ламинате. Затем при комнатной температуре проводят выдержку на отверждение продукта. Затем он вынимается из формы, и происходит постобработка изделия: удаление грата, получение пазов и отверстий и прочее.
При данном формовании подходят практические любые перечисленные ранее виды смолы и стекловолокна, подходящие друг другу. Достоинствами технологии являются отсутствие дорогостоящего оборудования, простота, большой ассортимент подходящих компонентов, их невысокая стоимость, достаточно большой процент ввода стекловолокна. Минусами ручного формования можно назвать небольшую производительность, высокую зависимость качества готовой продукции от человеческого фактора – уровня подготовки и ответственности персонала, который к тому же вынужден работать во вредной для здоровья среде. Также при этом методе в изделии с большой вероятностью могут оставаться включения воздуха.
2. Способ напыления
При напылении стеклянная нить направляется на ножи специального устройства, которое ее рубит на волокна небольшой длины. Полученная субстанция называется рубленый роввинг.
Он перемешивается на воздухе с потоком связующего полимера и катализатора, а затем поступает в форму, где прокатывается для максимального отделения попавших в материал в ходе перемешивания воздушных пузырьков. После прикатки стеклопластик, также, как и в случае ручного формования, необходимо отвердить при нормальных условиях.
При напылении рубленого роввинга используют главные образом полиэфирные полимеры и стеклянную нить в форме ровницы. Метод применяется достаточно давно и привлекателен скоростью производства. Однако его более широкое внедрение сдерживается важными недостатками. Расход полимерной смолы обычно высок, что приводит к большой массе получаемого пластика. В нем содержатся исключительно короткие волокна, что обуславливает невысокие прочностные характеристики стеклопластика. Полимер применяется низковязкий, что также ведет к ухудшению механических и прочностных качеств и теплостойкости изделий. Подобно ручному формованию, условия в рабочей зоне при напылении вредные, в ее воздухе содержится много стеклянной пыли, а качество готовых изделий сильно зависит от уровня персонала.
Этот метод, получивший название Resin Transfer Moulding слегка напоминает литьё пластмасс под давлением, особенно его разновидность IMD (In Mold Decoration). Он заключается в том, что стекломатериал помещается в матрицу в форме предварительно приготовленных заготовок или выкроек. После этого в форму помещается пуансон, закрепляющийся на матрице под воздействием специальных прижимов. Полимер под воздействием повышенного давления поступает в формообразующую полость. Для упрощения протекания процесса движения смолы через стекло в полости формы может быть применено вакуумное разрежение. После полной пропитки стеклянного материала смолой, впрыск прекращается и полуфабрикат, как и при применении прочих технологий, подвергают сшивке при н.у., но на этот раз прямо в форме. Также в случае RTM метода, отверждать можно при повышенной температуре.
Для получения изделий способом RTM используют эпоксидные или полиэфирные связующие и широкий спектр стеклянных волокон, желательно связанные и имеющие проводящий слой. Достоинствами данного способа является возможность получения материала с большим наполнением стеклом и низким содержанием воздушных включений. Также немаловажен тот факт, что работа ведется в изолированном оборудовании, что обеспечивает безвредные условия труда и отсутствие вредных выбросов в среду. Один оператор способен обслужить более одной установки, что дает увеличение производительности процесса и снижение себестоимости. Кроме того, внешний вид продукции при данном методе имеет преимущества перед ручным производством, а технологические потери минимальны. Недостатки процесса: обязательные инвестиции в дорогостоящее оборудование и сложные формы. Сам процесс изготовления тоже нельзя назвать простым, требователен к уровню персонала, в том числе обслуживающего машины и установки.
Метод напоминает экструзию термопластов. Стекловолокно поступает из катушечной рамы через ёмкость со связующим и попадает в нагретый формующий инструмент (фильеру). Там с него снимаются излишки полимера, и проходит формирование профиля с последующим отверждением стеклопластика. В завершение готовый профиль поступает на отрезное устройство, где разрезается на мерные отрезки.
Рис.2. Профиль из стеклопластика
Для пултрузии применяют эпоксидные, полиэфирные или винилэфирные смолы и практически любые волокна. Плюсы метода заключаются в производительности и автоматизации процесса, а также возможности оперативно изменять состав композиции. Готовая продукция обладает хорошими прочностными свойствами из-за ориентации стекловолокна, его высокого содержания и стабильности техпроцесса. Процесс пултрузии закрыт, что и в случае с RTM обеспечивает достойные условия труда не дает выбросов. Среди минусов процесса небольшая номенклатура выпускаемой продукции, куда входят главным образом профили, а также дорогостоящее оборудование и оснастка.
5. Метод намотки
Этот способ наиболее часто применяется при производстве емкостей, труб и других пустотелых изделий. Суть технологии заключается в том, что стеклянные волокна пропускают сквозь ванну со связующим, потом через валики натяжения на намотку. Валики не только натягивают волокно для последующего использования, но и снимают с него лишнюю смолу. Обычно смоченные смолой волокна наматывают на оправку или сердечник нужного размера. После отверждения изделие снимается с сердечника.
При намотке нет ограничений по использованию того или иного связующего и волокон. Стеклоткани обычно не применяются. Главными преимуществами этой технологии являются скорость и производительность, возможность регулировки соотношения количества стекловолокна и полимера, хорошие прочностные данные этого композита и его небольшой удельный вес. Также при намотке волокна ориентированы, что дает дополнительное повышение свойств стеклопластику, содержание стекла в пластике достаточно велико. Среди минусов метода можно назвать узкий ассортимент продуктов, высокую стоимость оборудования и сердечника. Внешний вид готового изделий не всегда получается нужного качества.
Рис. 3. Намотка трубы
6. Технология RFI
Суть технологии под названием Resin Film Infusion заключается в закладке стеклотканей и слоев вязкой пленки из связующего в форму с получением полуфабрикатного пакета. Затем его закрывают пленкой, создавая в форме вакуумное разрежение. На следующей стадии форму переносят в термошкаф (используют также автоклавы). При нагреве в нем полимер расплавляется и пропитывает полуфабрикат. Затем происходит реакция сшивки смолы.
Для RFI технологии используют исключительно эпоксидные связующие, но волокна любого типа. Среди преимуществ процесса высокий процент стекловолокна и низкий – газообразных включений, хорошие прочностные свойства и низкая себестоимость, а также экологичность. Основным минусом является необходимость специального оснащения производства: вакуумной системой, термошкафом или автоклавом.
7. Препреги
Метод препрегов использует предварительно пропитанные связующими стеклянные ткани. Они пропитываются предкатализированным полимером при нагреве и повышенном давлении. Затем, если необходимо, препреги можно хранить продолжительное время, желательно при низкой температуре. В процессе формования их помещают на формующую поверхность и используют мешок для вакуумирования области формования. Материал нагревают в зависимости от типа смолы до 120-180 градусов. Связующее становится текучим и пластик занимает полость формы. Затем, как обычно, происходит сшивка полимера и система переходит в твердый продукт заданной формы.
При использовании технологии препрегов применяют эпоксидные, полиэфирные, фенольные и некоторые другие типы полиреактивных полимеров в качестве связующего и волокна любого типа. Достоинства метода – большой процент стекловолокна и малое количество газа. Также важны возможная автоматизация процесса, экологичность и хорошие показатели охраны труда. Из недостатков отметим дорогостоящие компоненты и ограниченные размеры получаемых деталей.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
