Esi-impregnoidun lujitteen (prepreg) käyttö lujitemuovisten rakenteiden valmistuksessa

TEKNILLINEN KORKEAKOULU KONEINSINÖÖRIOSASTO

Yrjö Jaakkola

ESI-IMPREGNOIDUN LUJITTEEN (PRE PR EG) KÄYTTÖ LUJITEMUOVISTEN RAKENTEIDEN VALMISTUKSESSA

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi di pi om i-i nsinöörin tutkintoa varten Espoossa 1 381 -05-08

Työn valvoja a pui.prof. Ulv Mai Työn ohjaaja DI Olli Saarela

ALKULAUSE

Tämä työ on tehty Helsingin teknillisen korkeakoulun kevyt ra ken nete kni i kari laboratoriossa vuosina 1 979-31.

Työn valvojana toimi- apu 1 . prof. Ulv Mai ja työn ohjaa­

jana DI Olli Saarela. Heitä k'itän mielenkiintoisesta aiheesta ja. arvokkaista neuvoista työn aikana. DI Juha Kokkoa haluan myös kiittää työn alkuvaiheessa saaduista käytännön neuvoista. Kevytrake n ne teknii kan laboratorion henkilökuntaa kiitän hyvästä yhteistyöstä ja avusta- koekappaleiden ja muottien valmistuksessa. Lujuusopin laboratorion henkilökuntaa kiitän miellyttävästä suh­

tautumisesta ja neuvoista laitteiden käytössä.

Jyväskylässä 1981-05-01

Vuori polku 3 E 43 40270 PALOKKA

SISÄLLYSLUETTELO

TIIVISTELMÄ ALKUSANAT

SISÄLLYSLUETTELO

1. -JOHDANTO 1

2. KAUPALLISET PREPREGMATERIAALIT 2

2.1 Lujitteet 2

2.1 .1 Yhdensuu n taisteipit 2

2.1.2 Kudotut kankaat 3

2.1 .3 M ato t 4

2.2 Hartsit 6

2.3 Muut materiaalit. 7

3. PREPREG TEKNIIKKA . " 8

3.1 Prepreg in käsittely 8

.3.2 Prepreg 1 ami naati n säkitys 8 3.3 Prepreg1 aminaatin kovetus 11

3.3.1 Puristuksen järjestäminen 11 3.3.2 Länimi tysmerietelmät 11 3.3.3 Tyypilliset kovetusprosessit 12 4. PREPREG KERROSLEVYRAKENTEISSA 15

4.1Liimautuvuuskokeet 15

4.2 Koetulosten analyysi 18

5. MUOTIT PREPREGTEKNIIKASSA . 22

5.1 Yleistä 22

5.2 Metallimuotit 22

5.3 Metal 1 i pi nnoi tetu t muotit 23

5.4 Keraamiset muotit 23

5.5 Muu t muotit " 24

6. MUOTTI KOKE I LUT 25

6.1 Betonimalli ja sen muotti 25 6.2 Kerrolevyrakenteinen, lämmitettävä muotti 31

7. LAADUNVALVONTA PREPREGTEKNIIKASSA 35

7.1 Prepregin tarkastus 35

7.2 Valmistuksen valvonta 37

7.3 Valmiin tuotteen laadunvarmistus 37

8. YHTEENVETO 38

LÄHDELUETTELO 39

LIITTEET 1 7

1 JOHDANTO

Esi-impregnoidu 11 a lujitteella tarkoitetaan 1ujitekuituja tai -kankaita, jotka on kostutettu kertamu ovi /kov eti.n- seoksel-la ja osittain kovetettu ns. В-tilaan. Tässä ti­

lassa materiaali on tarttuvaa, taipuisaa ja helposti käsi teltävää.

Englannin kielessä esi-impregno itu a lujitetta kutsutaan nimellä "prepreg“. Tämä sana on vakiintunut myös suomen­

kieliseen ammattisanastoon, mi-stä syystä prepreg-sanaa käytetään tässäkin työssä. Lujitemuovis ten rakenteiden valmistusta prepreg ei s tä kutsutaan prepreg-tekniikaksi.

Prepregejä käytettiin ensimmäisiä kertoja kaupallisesti vuonna 1 948 USA : n lentokoneteollisuudessa: Jo 1 96 0- luvulla niiden käyttö oli hyvin yleistä USA : ssa. Länsi- Saksassa aloitettiin prepregien käyttö vasta 19G0-luvun loppupuolella /1/. Suomessa prepregien käyttö on vielä kokeiluasteella. Kokeiluja on lähinnä tehty Helsingin teknillisen korkeakoulun kevytrakenneteknii kan labora­

toriossa.

Tämän työn tarkoituksena on selvittää prepreg tekniikkaa niin laajasti kun on tarpeellista tekniikan soveltamia seksi käytäntöön. Työn alussa esitellään eri prepreg- materiaaleja ja niiden ominaisuuksia sekä prepregien

lisäksi tarvittavia muita materiaaleja. Materiaa!iosan jälkeen selostetaan prepreg tekniikkaa ja siinä tarvitta­

via laitteita sekä prepregei11ä tehtyjä käytännön ko­

keitten tuloksia. Tämän jälkeen selostetaan prepreg- tekniikassa käytettäviä muotteja ja tehtyjä muotti ko­

keiluja. Työn lopussa esitetään eräitä laadunvarmis­

tusmenetelmiä, joita käytetään prepregtekniikassa .

2 KAUPALLISET PREPREGMATERIAALIT 2.1 Lujitteet

Lähes k-aikkia lujitteita on saatavissa prepregi nä.

Näihin sisältyvät mm. lasi-, hiili-, aramidi- ja boo­

ri k u i d u t sekä näitten hybridit. Seu raavana esitellään tarkemmin eri tyyppisiä lujitteita.

2.1.1 Yhdensuuntaisteipit

Prepregteippi on valmistettu 1ujitekuitu ni pu i s ta, jotka on levitetty, saatettu yhdensuuntaisiksi ja sitten kos­

tutettu prepreghartsi11 a. Teippejä on saatavissa useina eri leveyksinä alkaen n-. 6 ' mm : s tä aina 1 200 mm :ii n asti.

Normaali teipin leveys ori 12 tuumaa eli n. 305 mm. Teippi toimitetaan irroitus ka 1 vol 1 a varustettuna rullilla,

joissa on 50 - 400 m teippiä,. I rroi tu s ka 1 vo on yleensä polyetyleeniä. Yhdensuuntai steippiä on myös saatavissa valmiiksi katkottuina pätkinä. Normaali toimi tu s koko ori tällöin n. 300 mm x 1200 mm.

Lasiprepreg teippiä valmistaa ainakin kaksi yhtiötä:

Hexcel Corporation, USA ja Fiberite Corporation, USA.' Molemmilla on lujitteeksi valittavana joko E -1 a si tai S -2-1 a si. Liitteessä 1 esitetään tärkeimmät tiedot Fib e - riten lasi prepregtei pei s tä.

Hiiliprepregteippiä ilmoittavat valmistavansa seuraavat yhtiöt edellisten lisäksi : Courtaulds Ltd/Eng 1 an ti ,•

Ci.ba-Ge igy/Engl anti , Av co/USA, Narmco/USÄ ja Mitsubishi/

Japani. Courtaulds L td : n valmistamasta hi i 1iprepregtei- pistä on liitteessä 1 näyte ja tekniset tiedot. Samassa liitteessä on myös tekniset tiedot Fiberiten valmista­

masta hiilikuituteipistä.

Aramidiprepregteippiä valmistaa edellisistä ainakin Fiberite Corporation ja 3M ■ Company USA:ssa . 3M: n valmis­

tamista teipeistä esitetään tekniset tiedot liitteessä 1.

Booriprepregteippiä valmistaa ainakin Av со USA:ssa.

Boori on vielä verrattain harvinaista vaikean valmistet­

tavuutensa ja kalleutensa vuoksi . Avcon ilmoittamat tek­

niset tiedot esitetään liitteessä 1.

Prepregteippien paksuudeksi ilmoittaa esim. Hexcel Corn.

0,064 mm - 0,305 mm. Vastaavat neliöpainot ovat välillä 65 - 330 g/m2.

2.1.2 Kudotut kankaat

Prepregkankaat ovat normaalisti aivan samoja kankaita, joita kaupallisesti on saatavissa. Eri prepregväimistäjät ovat vain esi-impregnoineet ne käyttämä!1 ään prepreg- hartsina. Monet prepregva 1 mi stajat tosin myös kutovat omat kankeansa.

Prepregkan kai ta on saatavissa tyypillisesti 1000 mm tai 1200 mm leveinä, mutta tilauksesta myös jopa 1800 mm leveänä.

Kankaat toimitetaan rullilla kahden irroituska!von vä­

lissä. Yhdellä ru-llalla kangasta on n. 50 - 100 metriä.

Kankaiden neliöpainot ilmoitetaan yleensä pelkän kuivaa kankaan painona. Jotkut valmistajat ilmoittavat neliö- painot eri hartsiosuuksi11a. Tällöin painoon tulee siis mukaan myös hartsin neliöpaino. Tavallisin tapa on il­

moittaa kankaan paksuus laminoitune ja laminaatin tiheys.

Lasiprepregkankaita toimittavat ainakin seuraavat yhtiöt:

Hexcel Corp./USA, Fiberite Corp./USA, E1 tro GMBH/Länsi- Saksa ja Ciba-Geigy/Englanti. De 1 ft-Nationa1-Chemie/

Hollanti on myös toimittanut 1 as iprepregiä. Näytteenä

4

1 asiprepregeistä on liitteessä 1 Hex celin valmistama kevyt prepregkangas tyyppi F 155/120 (näyte n : o 2).

Näytteinä 3 ja 4 on Del fti n valmistamat kaksi eri tyyppiä Näyte 3 on normaali prepreg, näyte 4 on erityisesti ker­

ros 1 e vy raken tei s i in tarkoitettu prepreg, jossa hartsi on víin toisella puolella kangasta. Tällä pyritään hy­

vään tarttuvuuteen ydinaineen kanssa. El tro GMBH : n toi­

mittaman 1 asiprepregin tekniset tiedot esitetään liit­

teessä 1 .

Hiiliprepregkankaita toimittavat ainakin seuraavat yhtiöt Hexcel , Fiberite ja Avco. Myös Courtaulds on tulossa

markkinoille hi i 1 ikangasprepregi11 ään. Kankaat on kudottu hiilikuitutouveista, joissa on 1000 - 6000 yksittäistä fi 1amenttia/touvi. Kankaiden painot riippuvat kudonta- tyylistä -ja f i 1 amentti 1 uvus ta vaihdelleen esim. Hexcel i n kankaissa välillä 90 - 520 g/rn^. Vastaavat laminaatin

yhden kerroksen paksuudet ovat 0,09 mm - 0,47 mm (kuva 1).

Hi i 1iprepregkankaista on näytteenä liitteessä 1 Hexcelin valmistama kangas (näyte n : o 5).

Arami d i prepregkank.a i ta ilmoittaa toimittavansa ainakin Hexcel ja Fiberite. Sekä teippeihin että kankaisiin tar­

vittavan aramidi kuidun toimittaa Du Pont. Aramidiprep­

reg i s tä on näytteenä n : o 6 Del fti n valmistama prepreg­

kangas .

2.1.3 Matot

Matoissa lujitteella on satunnainen suuntaus ja lujite- kuidut ovat lyhyttä katkokui.tua. Prepregmattojen käyttö rajoittuu tuotteisiin, joissa ei vaadita suuria lujuuk­

sia ja joitten tulee olla halpoja. Prepregmattoja ilmoit­

taa toimittavansa ainakin Fiberite. Muiden toimittajien tiedotteissa ei niitä mainita. Matot toimitetaan myös rullilla kuten kudotut k-ankaat.

Kuva 1. Hi i 1ikankaiden paksuudet ja n e 1iö p ain o t kudonnan ja fi 1 arnentti luvun funktiona, f2/

(GRAMS/METER2)

6

2.2 Hartsit

Prepreghartsit ovat kertamuoveja , yleensä epoksi, poly­

esterer > poly imidi- tai polysulfonihartseja . Hartsit ovat siten modifioituja, että ne kovettuvat vasta määrätyssä lämpötilassa määrätyssä ajassa. Huoneenlämpötilassa ko­

vettuminen on hidasta ja jo 8°C:een lämpötilassa prep- regiä voidaan varastoida pitkiä aikoja. Monet valmista­

jat ilmoittavat maksimi varas teinti ajoi k si huoneenläm­

mössä 5 - 10 päivää ja -18°C:ssa 6 kuukautta.

Kovettumis 1ämpöti1 at prepreghartsei1 la ovat yleensä joko 121°C (250°F) tai 1 770C (350°F). Jonkin verran esi intyy myös hartseja, joilla kovettumis lämpö ti 1 a on 93°C (200°F) Poly imi di hartsei 11 & ko., lämpötila'! saattavat olla jopa 300°C, normaalisti kuitenkin 204°C (400°F). Kovettumis - lämpötilassa hartsi "geeliytyy" eli muuttuu juoksevasta kiinteäksi määrätyssä ajassa. Tämä aika ilmoitetaan val­

mistajien teknillisissä tiedoissa geeliytyrni sai kana (Gel time). Aika on luokkaa 2-30 minuuttia.

Hartsin määrä prepregeissä on lähellä 40 painoprpsenttia.

Vaihtelua esiintyy eri valmistajilla 38 % : s ta 42 % : iin . On myös saatavissa erityisiä 1iimaprepregejä, joissa hartsin määrä on n. 50 %. Toisaalta on saatavissa myös nettohartsiprepregejä, joissa on vain n. 35 % hartseja.

Valmistettaessa 1aminaattia prepregistä juoksutetaan yli­

määräinen hartsi imukan kai s iin (Bleeders). Tämä hartsin juoksu (flow) ilmoitetaan prosentteina hartsin ja lujit­

teen yhteispainosta prepregissä. 40 % hartsia sisältä­

vissä prepregeissä tämä juoksutus on l uokkaa 25 %. Netto- hartsi prepregei ssä ei juoksuteta ollenkaan tai enintään 10 %.

Esimerkkinä hartsien teknillisistä tiedoista esitetään liitteessä 1 Hexcelin luettelo eri hartsi vaihtoehdoista E -1 asin matriisiksi. Samassa liitteessä esitetään F i be-

ri ten Data Sheet eräästä sen valmistamasta epoksihart- sista.

2.3 Muut materiaalit

Prepregtekniikassa käytetään prepregien lisäksi eräirä muitakin materiaaleja. Liimauksissa käytetään hartsikal- vojen lisäksi erityisesti liimaukseen kehitettyjä liima- kalvoja (film adhesives). Li i makalvoja on saatavissa eri

2 2

painoisina vaihdellen välillä 50 g/m - 500 g/m . Kalvot ovat joko täysin puhdasta liimaa tai vahvistettuja esim.

ohuella puuviTieverkolla. Vahvistukset 1 iima kai von sisällä helpottavat käsittelyä.

Liimakalvot toimitetaan samaan tapaan rullalla kuin prep- regkankaatkin. Kovettumis 1ämpöti1 at voidaan valita sa­

moiksi kuin prepreghartsei 11 a . Näy ttei nä -1 i imakal voi s ta on liitteessä 1 puhdas kalvo (näyte n:o 7) ja sama kalvo valvistettuna puuvillakudoksella (näyte n:o 8).

Kerros!evyrakenteissa tarvitaan usein täyteaineita kolojen täyttämiseen ja jyrkkien mutkien pyöri stämiseen. Täy­

teaineet ovat yleensä harts i/mikropal1oseosta. Näitä aineita on myös saatavissa 1ämpökovettuvina ja yksikom- ponen tti s i na . Kovetus 1 ärnpö ti 1 at on sopivasti tehty sa­

moiksi kuin prepreg'hartsei 11 a. Samanaikainen kovetus onnistuu siis hyvin. Sekä 1iimakalvoja että täyteaineita on toimittanut ainakin Delft.

8

3 P REIP REGTE KN11 KKÄ

3.1 Prepregin- käsittely

Prepreg it varastoidaan jäähdytetyissä tiloissa tai pa­

kastimissa yleensä lämpötilassa -18°C , Hyvissä ajoin ennen käyttöä on tarvittava määrä prepregiä saatettava huoneenlämpötilaan, Tässä lämpötilassa prepregiä voidaan sitten helposti leikata sopiviksi paloiksi . Leikkaaminen tapahtuu parhaiten tasopöydä11ä esim. terävän veitsen avulla. Saksia voidaan myös käyttää. Leikattaessa on suojakalvot hyvä pitää prepregin molemmin puolin ja pois­

taa ne vasta laminointivaiheessa. Suojakäsineitä on syytä, käyttää, jottei prepregiin jäisi tartuntaa heikentäviä

rasvoja. -

Prepre g ien leikkaus voidaan suorittaa hyvinkin tarkasti mittatarkkojen mallineitten avulla. Kuitujen suunnat

saadaan myös tarkoiksi, koska prepregeissä kuitujen

liikkumista toisiinsa nähden ei leikattaessa pääse tapah­

tumaan.

Laminointi muottiin tehdään kerros kerrallaan. Joka ker­

roksen väliltä poistetaan ilmakuplat esim. telaamal1 a.

Prepregin taipumista jyrkkiin mutkiin voidaan helpottaa kuumailmapuhalluksella.

3.2 Prepreg1aminaatin säkitys

Ylimääräisen hartsin poistamiseksi prepregeistä tarvitaan puristusta ja imukankaita, joihin hartsi imeytyy.

Tasaisen puristuksen aikaansaamiseksi yleisin menetelmä on alipaineen hyväksikäyttö. Laini noidut prepregkerrokset suljetaan ilmatiiviiseen al ipainepussiin * josta imetään ilma pois al ipainepumpui 1 a. Laminaatti in kohdistuu täl­

löin'maksimissaan n. 100 kPa : n suhteellinen ylipaine.

Í-. Irroi tuskangas AI i p a i n e s ii k k i

•Ilman johtokerros Tiivis kalvo

Imu kangas

P r e p r e g 1 a m i n a a 11 i

"H a r t s i p a t o Muotti

Kuva 2. Säkityksen periaate.

Alipainepussin sisälle suljetaan kaikki muukin tarvittava materiaali. Oheisessa kuvassa.on esitetty poikkileikkaus- piirros al i painesäkityssysteemistä (kuva 2).

I rroi tuskankaat laminaatin molemmilla "puolilla ovat yleensä tiheitä lasikuitukankaita, jotka on käsitelty irroitus aineel1 a tai teflonilla. Muotin puolella Ismi- naattia ei kangasta, tarvita jos muotti käsitellään i rroi - tusaineella. Irroituskankaan tarkoituksena on erottaa imukankaat laminaatista, mutta kuitenkin päästää ylimää­

räinen hartsi lävitseen. Irroituskangas jättää lisäksi laminaattiin sopivan pinnanlaadun esim. maalausta varten.

Imukankai t ten tehtävänä on i.meä ylimääräinen hartsi it­

seensä. I m u k a n k ain a voidaan käyttää esim. lasikuitukan­

kaita tai erikoisesti imukankaiksi kehitettyjä synteet­

tisistä kuiduista tehtyjä mattoja. Eri valmistajat il­

moittavat ohjeissaan im u k a n k a a n tyypin ja käytettävän määrän prepregkerrosta kehti. Määrä riippuu ylimääräisen hartsin määrästä prepregissä ja halutusta kuitupitoisuu­

desta valmiissa"laminaatissa.

10 0-

I Imánjohtokerros on erotettu i rnukankai s ta tiiviillä kalvolla, joka estää hartsin pääsyn ko. kerrokseen. Ker­

roksen tarkoituksena on toimia a 1 ipainepussista poistu­

van ilman kulkutienä. Ilmanjohtokerrokseria voidaan käyt­

tää esim. muutamaa 1 asikuitu kangas kerros ta. On myös saatavissa synteettisestä kuidusta tehtyjä mattoja, jotka on suunniteltu tähän tarkoitukseen. Tällaiset matot voivat toimia samalla kertaa myös im u k a n k ain a . Hartsi imeytyy tällöin maton laminaatin puoleiseen osaan muun osan johtaessa ilmaa.

Alipainepussin materiaali on 1ämmönkestävää ohutta muo­

vikalvoa. Kalvon tulee olla venyvää, mutta kuitenkin tarpeeksi lujaa. Nämä ehdot täyttää hyvin muovi.Nylon 6-6. Kalvojen paksuudet ovat valittavissa välillä 0,05 mm - 0,15 mm. Paksumpiakin on saa taavissa tilauksesta.

Samaa muovikalvoa rei'itettynä voidaan käyttää suoraan laminaatin pinnassa irroituska!vona. Reiät ovat tällöin kooltaan n. 1 mm ja niitä on n. 200 kpl/dm2. Kalvoa on saatavissa myös niin pienillä rei'illä, että hartsi ei pääse niistä läpi vaan ainoastaan ilma ja muut kaasut.

Tällaista kalvoa voidaan käyttää net tohartsilaminaatin pinnassa irroituskalvona.

AIipainepussin ti i vi s tys voidaan tehdä usealla eri ta­

valla. Paljon käytetään erilaisia tiivis tysnauhoja. Ne ovat lujasti muovikalvoihin tarttuvia, mutta muotista hyvin irtoavia. Nauhan mitat ovat n. 3 mm x 12 mm ja ne toimitetaan rullilla, joissa on n. 5 - 10 m nauhaa.

Toinen tapa tiivistää al i pai nepuss i on käyttää pudotet­

tavaa si 1ikoni mas saa. Si 1ikoni kovettuu lämpötilan ko­

hotessa ja muodostaa tiiviin sauman al ipainepussin reu­

noille. Pursotus on halvempi tapa kuin ti i vi stenauhojen käyttö. Jos muotti ja 1aminaatti ovat sopivan pieniä, ne voidaan sulkea kokonaan saumattomaan pussiin. Tällöin tiivistettävää pintaa jää hyvin vähän.

3.3 Prepreg1 ami naatin k o v e t u s

Prepreghartsiri kovettumiseen tarvitaan määrätty lämpö­

tila, ns. geeliytyrni s 1ämpö ti la. Lämmön lisäksi tarvitaan 1aminaattiin tasainen puristus ilman ja muitten kaasujen sekä ylimääräisen hartsin poistamiseksi.

3.3.1 Puristuksen järjestäminen

Alipa inesäkityksellä saadaan aikaan puristuspa!" ne, joka on enintään n. 100 kPa. Tämä ei usein riitä, vaan vaadi­

taan jopa 700 kPa : n puristuspaineita. Yleisin tapa pu­

ristuspa!" n een lisäämiseksi on sijoittaa alipainesäki- tetty prepreg1aminaatti paineeltaan säädettävään tilaan, ns. autoklaaviin, jota voidaan myös lämmittää. Tällöin al ip ain e s ä kity k s e n tiiveys on ehdoton vaatimus. Jos tiivistys ei ole kunnossa tunkeutuu ylipaine säkityk- sen sisälle rikkoen usein ai ipainepussiri ja puri s tus vai- kutus menetetään kokonaan.

Mekaaninen puristus on eräs keino puristuksen järjestä­

miseksi. Tällöin muotteja puristetaan yleensä hydrauli­

sesti tai pneumaattisesti. Mekaaninen puristus on käy­

tössä vain uuni läinmi tysmenetelmissä silloin, kun auto­

klaavia ei ole käytettävissä.

3.3.2 Lämmitysmenetelmät

Kaksi tärkeintä ja eniten käytettyä 1 ämmi. tysmenetel mää ovat autoklaavi- ja uuni 1ämmitys. Vähemmän käytetty tapa on lämmittää suoraan muottia esim. sähköisesti tai kuu­

malla vesikierrol1 a.

Autok 1 aavi 1 ämmi tys ori yleisimmin käytetty menetelmä prepregien kovetukseen. Autoklaavi määritellään paine­

astiaksi, j o n k. a sisällä lämpötilaa ja painetta voidaan

1.2

portaattomasti säätää. Muodoltaan autoklaavit ovat

yleensä sylin te rimai siä. Halkaisijat vai h tel evät 1 m : s tä 4 m : i i n ja pituudet 1 m: s tä jopa 15 m : i i.n . Au toki aa­

ve i 1 T ä voidaan saavuttaa n. ' 300°C : een lämpötiloja ja jopa 1 500 k P a : n "paineita. Lämmitys voidaan järjestää usealla tavalla. Suora sähkölämmitys on yleisin tapa.

Muita tapoja ovat esim. lämmittäminen kuurnalla öljyllä tai vesihöyryllä. Lämpötilan tasaisuus varmistetaan sisäisellä ilmankierrolla. Autoklaavit on norma alis ti varustettu automatiikalla, joka säätää p-ai netta ja läm­

pötilaa ennalta valitun ohjelman mukaan.

Uuni lämrni tystä käytetään kun tarvitaan korkeita lämpö­

tiloja, kuten esim. polyimidiprepregien kovetuksessa.

Lämpötila täytyy niillä nostaa n. 315 c C : e e n kovetuksen loppuvaiheessa. Uuneilla päästään jopa n. 5 4 00 C: n ( 1000°F ) lämpötiloihin asti, mutta pu ri stusmenetel mi stä ylipaine- puristusta ei voida käyttää.

Muotin lämmitys suoraan esim. sähköisesti on harvinai­

sempi menetelmä prepregien kovetuksessa. Menetelmän etuna on lämmitykseen tarvittavan energian vähyys ver­

rattuna esim. autoklaavin energian kulutukseen. Edellä mainituista puristusmenetelmistä voidaan periaatteessa kaikkia käyttää tämän 1ämmitysmenetelmän yhteydessä.

Ylipainetta ei kuitenkaan yleensä käytetä muussa kuin autoklaavi!ämmityksessä. Muotti on eristettävä hyvin ympäristöstä 1ämpöhäviöiden minimoimiseksi. Tämän työn osana suoritettiin lämmitettävän muotin rakentamiskokei- luja, joita selostetaan luvussa 6.3.

3.3.3 Tyypilliset kovetusprosessit

Prepregien- valmistajat ilmoittavat kovetuksessa vaadit­

tavat lämpötilat ja paineet materiaaliesitteissään.

Kovetusprosessit ovat peri aatteessa samanlaisia lähes kaikilla valmistajalla. Ainoastaan numeroarvot hieman

vai htel evät. Tyypillinen kovetusprosess i on esitetty seuraavassa kohdittain. Lämmityksessä käytetään auto­

klaavia.

1. Viedään al ipainepussi autoklaaviin ja kytketään täys alipaine (100 kPa). Pidetään huoneenlämmössä 30 min 2. Nostetaan lämpötila 80°C:ecn nopeudella 1 - 30 C/mi n.

3. Nostetaan paine autoklaavissa 700 kPariin kun lämpö­

tila on noussut 80 0 C : e e n.

4. Pidetään lämpötila 15 min 80°C:ssä.

5. Nostetaan lämpötila 1 2 00 C : e e n 1 - 3°C/min nopeudella 6. Pidetään 1ämpöti la 120°C:ssa 2 tuntia.

7. Kytketään lämmitys pois päältä ja annetaan autoklaa­

vin jäähtyä paineenal ai sena alle 80°C : een .

8. Kytketään pois paine ja alipaine ja poistetaan sys­

teemi autoklaavista sen jäähdyttyä sopivaksi.

Yllä esitetty kovetusprosessi on esimerkki 120°C : ssa kovettuvalle prepregi 11 e. 1 7 0 0 C : s s a kovettuvan prepre- gin prosessi on periaatteessa aivan sama, väli lämpötila

(kohta 4) on silloin 120°C. Eräät valmistajat ilmoitta­

vat, että väli 1ämpöti 1assa kytketään vain ylipaine ja jatketaan suoraan lämpötilan nostamista.

Vaadittavat paineet vai h tel evät 70 kPa: s ta 700 k P a : iin . Vain 70 kPa vaativat prepregit eivät siis tarvitse

välttämättä autoklaavia ollenkaan, vaan kovetus voidaan suorittaa esim. uunissa käyttäen pelkästään alipaine- puris tus ta.

Kove tus 1ämpöti 1 aa voidaan hieman muuttaa ylös- tai alas päin. Vastaavat kovetusajat muuttuvat tällöin myös.

Esim. E1 tro G m В H ilmoittaa seuraavan vastaavuuden : kovetus1ämpöti 1 a kovetusaika

1 35 C •

80 mi n 50 min 25 min 1 50°C

14

Siis lämpötilaa nostamalla saadaan aikoja huomattavasti lyhyemmiksi, rajoituksena on kuitenkin hartsin lämmön­

kestoisuus. Lämpötilojen nousu-ja laskunopeudet ilmoi­

tetaan 1 - 30 C : k si minuutissa. Eräät valmistajat sallivat jopa 50C/min. Tarkat arvot ko. valmistajan ohjeista on varmistettava aina ennen prepregin kovetus proses sia.

z o o

4 PREPREG KERROSLEVYRAKENTEISSA 4.1 Liimautuvuuskokeet

Prcpreg-i n lujuusominaisuudet on tutkittu ja ne ilmoite taan valmistajien antamissa teknillisissä tiedoissa.

Käytettäessä prepregejä kerros!evyrakenteiden valmis­

tukseen on tärkeä tietää, miten hyvin prepregit liimau tuvat eri ydinaineisiin. Tämä ns. "Peel Strength" 1.

repimis 1ujuus ilmoitetaan kuitenkin hyvin harvoin prep regien esitteissä.

Repi mi s 1ujuuden tutkimiseksi suunniteltiin koesarja standardin ASTM D 1876-61T pohjalta. Koesauvan mitat valittiin samaksi kuin standardissa. Valmistuksen hel­

pottamiseksi jätettiin L-mvotoiset vahvikkeet sauvan päistä pois. Oheisessa kuvassa on esitetty koesauvan mitat muutosten jälkeen.

Koe suoritettiin käyttäen hyväksi TKK:n lujuusopin la­

boratorion vetokonetta (Otto Wolpert-Werke Gmbh, malli Testa U-10). Koneella vedettiin vakionopeudella n. 150 mm/min. koesauvan pintalaminaatti a irti ydinaineesta.

Vahvikkeet Ydinaine

Pinta!aminaatti

Kuva 3. Koesäuvan mitat.

15

Pinta!aminaatin irtoamiskulma , "Peel angle" pidettiin n. 45°:ssa ydinaineesta mitattuna. Ydinaineesta pidet­

tiin kiinni kasin irtoamiskulman pitämiseksi vakiona.

A

Vetokoneen leuat Pintalaminaatti Ydinaine

Kuva 4. Koejärjestely.

Pi n ta 1amin aa ti n irtoamis voi ma rekisteröitiin ajan funk­

tiona piirturilla. Piirturin sisäänmenoon oli kytketty RC-suodatin häiriöiden pienentämiseksi. RC-suodattimen aikavakio oli n. 0,1 sekuntia. Tämä vaikutti myös voi­

man nopeita heilahteluja hidastavasti. Jokaisen vedon, jälkeen kalibroitiin piirturin asteikko 2,5 kg:n mass a 11 Ensimmäisessä koesarjassa ydinaineeksi valittiin PMI- solumuovi Rohacell, tiheys n. 50 kg/m , paksuus 8 mm ja PVC- solumuovi Divinycel1 , tiheys 60 kg/m , paksuus 3 10 mm. Prepregeistä valittiin tähän koesarjaan Eltro Gmbh:n valmistama "I as i prepregkangas EHG 250-68-37 ja Mitsubishin valmistama hi i 1 i prepregtei'ppi A320-10000.

Molemmat ovat lähes nettohartsityyppi siä prepregejä, joi ta ei ole erityisesti suunniteltu kerros!evyrakenteita varten. Vertai 1uarvojen saamiseksi valmistettiin tässä koesarjassa osa koesauvoista normaalilla käs i nl ami n oin™

ti mene teiniä! 1 ä . Lujitteena käytettiin Interglasin lasi­

kuitukangasta tyyppi 92125 ja.hartsina RUtapoxin epoksi- hartsia L02/SL50. Lisäksi tutkittiin ydinaineen esikä­

sittelyn vaikutusta 1 i i mautuvuuteeri. Osa ydinaineista pin taka s i te 1 tiin hartsin L02/SL50 ja Filliten (SG ) se­

oksella ennen pinta!aminaatti en kovettamista. Kaikki prepr eg koekappaleet valmistettiin autoklaavissa valmis­

tajien antamien ohjeitten mukaan-. Puristukseen käytet­

tiin pelkästään alipainetta. Käsinlaminoitujen koekap­

paleiden annettiin kovettua huoneenlämmössä alipaine- puristuksessa .

Toisessa koesarjassa oli tarkoituksena selvittää ylipai­

neen vaikutus 1 iimautuvuu teen. Kovetukset suoritettiin autoklaavissa valmistajan ohjeitten mukaan käyttäen alipaineen lisäksi ylipainetta 200 kPa. Hi i 1iprepreg jätettiin, kokonaan pois ja tilalle otettiin erikoisesti kerros 1evyrakenteis iin suunnitellut Delftin valmistamat 1 asiprepregit Rl 500-1581 ja R2500-1 581. Näissä prep- regeissä hartsi prosentti on n. 50. Tyypissä Rl 500-1 581 ei hartsi ole imeytetty, vaan se on kokonaan kankaan toisella puolella yhtenäisenä kerroksena. Tämä puoli on tarkoitettu ydinainetta vastaan kerros 1evyissä . Tyyppi R2500-1581 on normaali prepreg, jossa ylimääräinen hartsi on myös tarkoitettu 1 iimautuvuuden lisäämiseksi eikä

kovetuksessa poisimettäväksi. Luku 1581 tyypissä ilmoit­

taa kankaan kudonna-n. Tässä koesarjassa kokeiltiin li­

säksi ylimääräisen 1 iimakalvon vaikutusta PMI- soiumuovin ja 1 asiprepregi n välissä 1 iimau tuvuuden parantamiseksi.

Kolmannessa koesarjassa jätettiin ydinaineista PMI-soiu- muovi kokonaan pois ja keskityttiin PV.C-sol umuovi i n . Delftin prepregejä kokeiltiin tässä koesarjassa ilman ylipainetta. El tro Gmbh : n lasiprepregin 1 iimautuvuutta PVC-solumuoviin tutkittiin käyttämällä 1isä1 iimakerrosta näiden välissä. Kovetus suoritettiin vertailun vuoksi ylipaineen kanssa ja ilman sitä. Lisäksi kokeiltiin kahden eri pintakäsittelyaineen vaikutusta liimautuvuu- teen. Toinen niistä oli jo ensimmäisessä koesarjassa

18

r

käytetty Hartsi/Fill i te-seos ja toinen Hartsi/Mi kropal 1 о seos (L02/SL50/Q~cei).

Testattuja koesauvoja oli ensimmäisessä koesarjassa 4 kpl/kombinaatio, muissa vain 3 kpl. Koetuloksia saatiin siis 76 sauvasta kustakin 2 kpl eli yhteensä 152 koe­

tulosta.

4.2 Koetulosten analysointi

Kokeiden tuloksissa saatiin millimetripaperille käyrät pintalaminaatin irtirepeytyrni s voi mas ta ajan funktiona.

Esimerkkeinä liitteessä 3 on kolmen eri tyyppisen koe- sauvan käyrät. Saaduista käyristä määri tetti i n' voi man maksimiarvo, voiman minimiarvo ja silmämääräisesti voi­

man keskiarvo. Nämä arvot on taulukoitu liitteessä 2 koesauvakohtaisesti.

Tulokset ovat taulukoituna hankalia tulkita. Tulosten havainnollistamiseksi poimittiin taulukoista koesauva- kohtaiset keskiarvot jokaiselle sauvatyypi11 e ja las­

kettiin niiden keskiarvot. Lisäksi laskettiin keskiar­

vojen keskihajonnat. Keskiarvot ja keskihajonnat on piirretty koesauvatyypeittäin oheiseen piirrokseen. Sii­

hen on lisätty myös koesauvatyypin suurin ja pienin het­

kellinen voima (kuva 5).

Piirroksesta nähdään selvästi PMI-soiumuovin huono lii- mautuvuus. Paras tulos PMI-solumuovi11 a saavutettiin Fillitellä pintakäsi tel tyriä . Pintakäsittely on tehokas

tapa PMI- solumuovin liimauksen yhteydessä käytettäväksi Repimis 1ujuus nousee n. 2 - 3 kertaiseksi käsittelemät­

tömään vaahtoon verrattuna. Pintakäsittelystä aiheutuva painonlisäys on kuitenkin vain n. 80 g/m . Pintakäsi- 2 teltykään PMI-soiumuovi ei kuitenkaan yllä kuin n. puo­

leen siitä repimis 1ujuudesta, mikä saavutettiin ver­

tailuarvoksi normaalilla käsinlaminoin titeknii kal 1 a.

i 4 .

•

•

LI P MI - s o 1 u m u o v i

Rep imi slujuu s, k M/m

46 32. 28 1,‘¡ 2 /6 1.2 о,в о,i

I—-I---1—4 Lasiprepreg El itrex EHG250-68-37

L2 PM I - so lumuov i

Hi i 1 iprepreg Mitsubishi A3 20-1 0000 L. 3 PVC-.solumuovi'

Hi i 1 i prep rep Mitsubishi A 3 2 0-1 О О О О

| L 4 PVC-solumuovi

Lasiрreрreч El itrex EHG250-68-37 L 5 RMI-solumuevi, pintak. Fillitellä

Lasi prepreg El i tre x' EHG250-68-37 Lb PMI-solumuovi, pintak. Fillitellä

Interglas 92125/RUtabok L02/SL50 1.7 PM I - s ol umu ov i

Interglas 92125/Rütapox L02/SL50 L8 PVC-solumuovi. pintak. Fillitellä

Lasiprep-reg El i trox EHG250-68-37 L9 PVC-solumuovi pintak. Fillitellä

Interglas 92125/Rütapox L02/SL50 Ll 0¡PVC-solumuovi;

Inte rgl as 9 21 2 5/Rütapox L02/SL.50

68 •

ВЧ2Я

--.IH -^4-

K3»

И«

KJ

[Verfai/va ryaj

LI 1 PMI-solumuovi+1 iimakalvo Delft R382U

Lasiprepreg Elitrex’ EHG250-68-37 ^«E»

Ll2 PMI-solumuovi

Las iprepreg Elitrex EHG250-68-3 7 L13 PVC-solumuovi

Lasi prepreg E'litrex; EHG2 50-68 -37

Ll4 PMI-solumuovi J

Lasiprepreg Delft Rl 500-1 581 ___

¡fj ¡g ЕИь*12Я

» 8*

LI 5 PVC-sol umuovi

Las iprepreg Del ft RI 500-1 581 LI 6 PVC-solumuovi

Las iprepreg Del ft R2500-1 581 _ Ll7 PVC-solumuovi, pintak. Q-cel

Interglas 92125/Rütapox L02/SL50 LI8PVC>solumuovi, pintak. Fillitellä Interglas 92125/Rütapox L02/SL50 Ll 9 PVC-solumuovi рДЩЦШ

¡Las iprepreg Delft Rl 500-1 581

... .... ' т .¡н

-"Fir: • •

ЕЗ

r.t:

Ш2Г-ЗГ

Щг t—d:

L20 PVC-solumuovi

rfr

.1.7 F • Lasiprepreg Del ft R2500-1 581

L 21 PVC-solumuovi+liima kalvo Delft R382U Lasiprepreg Elitrex EHG250-68-37

—1::::rrr: H: г Sär.::

L22 PVC -sol umuov i. + 1 i i maka 1 vo . Delft R382U i Lasi prepreg Elitrex EFIG2 50-63-3 7___ _

till

Keskiarvo

±Keskihajonta Maksimi---

>

1

Minimi : I'Mi

Kuva 5 Repimislujuus eri sauvatyypeilla ' :: •: : . . 4 ■ . ' ' :

I

2-0

PVC-solumuovi11 a pintakäsittely nostaa pi n tal ami na a ti n repi mi sl u juus ar vo ja 1 alies kaksinkertaiseksi käsittele­

mättömään solumuovi in verrattuna. PVC-solumuovin pinta- käsittely nostaa kuitenkin painoa n. 400 - 500 g/m , o mikä monissa tapauksissa on liian suuri painoni isä saa­

tavaan hyötyyn nähden.

Vertai 1uarvoksi valittiin käsin!aminointi , koska tiede­

tään, että 1 iimautuvuus PVC-solumuoviin on käytännössä riittävä. Repi mi s 1 u juudeks i saatiin koke.i tten perusteella 1100 ± 110 N/m. Tähän arvoon päästiin prepregeistä ai­

noastaan Delftin lasiprepregtyypi11ä Rl 500-1581 . Hyvin lähelle vertai 1uarvoa päästiin myös Delftin toisella

tyypillä R2500-1581, Liimakalvoa lisänä käyttäen päästiin myös E1 tro GmbH : n 1 asiprepregi11ä hyviin tuloksiin, jopa hieman parempiinkin kuin pintakäsitel ly i 11ä koekappa­

leilla. Llimakalvon aiheuttama painoni isä on pienempi kuin pintakäsittelyn, vain n. 300 g/m .

Ylipaineen käyttö on hieman parantanut repi mi s 1uj uus ar­

vo ja . Tätä voidaan vertailla toisen ja kolmannen koesar­

jan koesauvojen arvoista, lähinnä Delftin molempien prep- regtyyppien kohdalta.

Joillakin koesauvatyypei11ä ovat keskihajonnat huomatta­

vasti suurempia kuin muilla. Tämä johtuu siitä, että valmistusvaiheessa koekappaleiden ylä- ja alapinnat ovat liimautuneet eri tavalla. Koekappaleiden sahaus vaiheessa ylä- ja alapintoja ei merkitty ja näinollen ei voida

varmuudella sanoa kumpi puoli on liimautunut huonommin.

Osaksi syy saattaa myös olla 1 asikankaiden erilaisen suuntaisuuden koekappaleen eri puolilla. Kudontatyy1i 1581 näyttää melkein yhdensuuntaiskankaalta vaikka se on täysin symmetrinen. Eroja repimis 1ujuuteen 'saattaa syn­

tyä riippuen siitä revi täänkö kuituja kude- vai loimi-

suuntiin.

Yhteenvetona voidaan sanoa, että Delftin prepregit sovel-

tuvat hyvin PVC-kerroslevyihi n. Myös muut prepregit so­

veltuvat hyvin käyttämällä apuna 1isälilmakerros ta suo­

raan ydinaineen pintaan. PMI-vaahdon 1 iimautuvuuden parantaminen vaatii lisätutkimuksia jatkossa. Mainit­

takoon lisäksi , että PVC-solumuovi ei kestänyt kokeissa käytettyä n. 300 k P a : n painetta vaan puristui kokoon n. 20 I. Lämpötila näyttää vaikuttavan ratkaisevasti PVC-solumuovin puri s tus 1ujuuteen. PMI-soiumuovi1 la .ei vastaavaa ilmennyt.

22

5 MUOTIT PREPREGTEKNIIKASSA.

5.1 Yleistä

Perusvaatimus "prepreg tekni i kassa käytettäville muoteille on 1ämmönkestävyys . Muottien tulee kestää muotoaan

muuttamatta vähintään n. 130°C:n lämpötilaa useita tun­

teja. Eräitä prepreg1aatuja käytettäessä läpötilavaa- timus on 180°C ja esim. polyimidiprepregejä käytettäessä jopa 400°C. Tämä asettaa muottien materiaaleille tiukat vaatimukset 1ämmönkestävyyden suhteen. Toinen vaatimus muoteille on muodon säilyttäminen lämpötilan vaihdel­

lessa. Muoteissa tulisi siis käyttää joko symmetrisiä rakenteita tai sellaisia materiaaleja, joiden lämpö- laajenemi s kertoimet ovat mahdollisimman pieniä. Seuraa- vdssa tarkastellaan lyhyesti eri muottirakenteita- ja materiaaleja.

5.2 Metal 1imuotit

Ainakin USA:n ja Kanadan prepregtekniikkaa käyttävillä tehtailla on yleisesti käytössä täysmetal1isi a - lähinnä alumiinisia - muotteja. Nämä muotit on valmistettu käyt­

täen hyväksi numeerisesti ohjattuja työstökoneita.

Muottien mitat saadaan näin erittäin' tarkoiksi. Materi­

aalin homogeenisuuden vuoksi ei myöskään suuria vääris­

tymiä pääse tapahtumaan muotteja lämmitettäessä. Huonona puolena on muottien suuri paino ja hinta. Muottien

lämpökapasiteetti on usein suuri, mikä aiheuttaa pitkät lämmitys- ja jäähdytysajat. Paikallisia lämpötilaeroja saattaa myös aiheutua. Toinen tapa täysmeta11is ten muot- ' tien valmistukseen on valmaminen. Valurautaa ja -alu­

miinia käytetään tässä menetelmässä. Valetut metalli- muotit ovat kuitenkin harvinaisia.

5.3 Metal 1 i pi nnoi tetu t muotit

Metal 1 i pinnoitettujen muottien valmistamiseksi on kaksi päätapaa. Toisessa pinnoite muodostetaan elektrolyyt­

tisesti, toisessa ruiskuttamalla sulaa metallia mallin pintaan. Elektrolyyttises ti muottia valmistettaessa täytyy malli ensin saada sähköä- johtavaksi. Tämä saa­

daan aikaan pinnoittamalla malli kemiallisesti ohuella hopeakerroksel1 a. Tämän jälkeen voidaan malli kytkeä katodiksi meta 11iky 1 pyyn. Sähkövirran vaikutuksesta muodostuu mallin pintaan halutun paksuinen metalliker-

ros. Metal 1 i kyl pynä.käy te tää n useimmiten nikkeli- tai nikkeli/koboltti kylpyä. Muodostunut metal li kuori irroi- tetaan mallin pinnalta ja kun se on vahvistettu, on muotti valmis. Vahvistukseen voidaan käyttää esim.

valettavia aineita, kuten va 1 uhartseja , val uaÍum i i ni a tai sementtiä.

Metallin ruiskutus suoraan ma 11in pintaan on eräs mene­

telmä muottien valmistamiseksi. Tässä menetelmässä mallilla on lämmönkestoisuusvaatimus, joka riippuu käytettävän metallin sulamislämpötilasta. Tina/vismut- tu-sebs on paljon käytetty metalli, jonka su 1amis läm­

pö t i 1 a on niin alhainen, että mallin ei tarvitse kes­

tää kuin n. 40°C:een lämpötilaa. Kysymykseen tulevat siis lähes kaikki materiaalit. Teknillisen korkeakoulun kevytrakennetekni i kan 1abora torioon on em. metalliruis- ku tus 1 aitteis to hankittu kesällä 19 80. Sen kokeilujen tulokset näyttävät lupaavilta.

5.4 Keraamiset muotit

Suurta 1ämmönkestävyyttä vaativat muotit tehdään usein erilaisista keraamisista aineista. Usein mainittu muot­

ti materiaa li on kirksiitti. Ominaista keraamisille muoteille on keveys ja 1<ova pinta. Huonona puolena on keraamisten aineiden hauraus. Haurauden aiheuttamien

- 24- -

ri kkoon tumi sten estämiseksi käytetään erilaisia lujit­

teita. esim. hiilikuitua muotti raken teiden sisällä.

5.5 Muut. muotit

Muista prepregtekniikassa käytettävistä muoteista mai­

nittakoon kuuma!u jät, kuitulujitetut epoks imu o tit.

Erona näissä on tavallisiin käsinlaminointimuotteihin verrattuna vain käytetty epoks i hartsi. Huonona puolena on kuuma!uji en epoksiharts ien suuri viskositeetti huo­

neenlämpötilassa. Tämä vaikeuttaa 1aminoin ti a ellei käytetä korotettuja lämpötiloja. Prepregtekniikassa myös muotit voivat olla prepregmateriaaleista valmis­

tettuja. Tällöin mallin tulee olla 1ämmönkestävästä materiaalista tehty. Seuraa vassa luvussa selostetaan muotti kokeiluja, jotka tehtiin edellisiin näkökohtiin pohjautuen.

/•

6 MUOTTI KOKEILUT

Edellisessä luvussa käsiteltiin eri muottirakenteita ja niiden ominaisuuksia. Suoritettujen vertailujen jäl­

keen päädyttiin käytännön sovellutuksena kokeilemaan kerros 1evyrakenteis ta muottia, jossa pinnat olisivat hi i 1 ikuitu prepregi s tä ja ydinaine olisi aiumii nihuna- jakennoa. Tällaisella muotilla uskottiin olevan etuina keveys ja hyvä 1ämmönkestävyys ilman suuria muodonmuu­

toksia. Lisäksi ydinaineeseen voitaisiin sijoittaa lämmitysvastukset muotin suoraa lämmittämistä silmällä­

pitäen. Muotti suunniteltiin valmistettavaksi suoraan 1ämmönkes tävän mallin päälle kovettamalla. Lämmönkes- tävän mallin materiaaliksi valittiin teräsvahvisteinen betoni.

6.1 Betoni malli ja sen muotti

Betoni mail i 1 la on eräitä hyviä ominaisuuksia. Se kestää hyvin kuivatettuna lähes 200°C:een lämpötiloja, on

suhteellisen kevyt (tiheys n. 2,4 kg/dm ) ja luja (pu- 3

ristuslujuus n. 30 MPa). Se voidaan myös helposti valaa muottiinsa. Teknillisen korkeakoulun huoneenrakennus-

tekniikan laboratorion suositusten mukaisesti valittiin betonin luokaksi K30, joka täytti em. ehdot. Liitteessä 4 esitetään valitun betonin koostumus ja puristuslu- juuskokeiden tulokset. Puristuskoesauvojen materiaali otettiin samasta erästä, josta koemallikin tehtiin. Näin varmistettiin betoni erän laatu lujuuden osalta.

Koemallin muotiksi valittiin vanha PIK-19 "Muhinu"- lentokoneen korkeusvakauttimen muotti., josta erotettiin sopivat osat päistä kokeilua varten. Betoni vaiua varten tehtiin muottiin n. 50 mm korkeat laidat muotti vane­

rista. Näiden laitojen varaan tuettiin raudoitus, mikä valussa jäi mallin sisään vahvistukseksi (kuvat 6 ja 7).

26

Kuva 6. Muotti ennen valamista.

Kuva 7: Malli valettuna muottiin.

Ennen valua käsiteltiin muotin pinta kiinteällä irroi- tusvahal1 a kahteen kertaan be töni mal 1 in irtoamisen varmistamiseksi .•

Betonin valaminen muottiin suoritettiin TKK : n rakennus­

osaston tiloissa. Valun jälkeen betonimassaa täry tettiin sauvamalli sella epä kestotäryttimellä, kunnes massa tuli tasaiseksi ja vetisen näköiseksi. Näin varmistettiin mallin hyvä pinnanlaatu. Mallia kasteltiin viikon ajan säännöllisesti halkeamien estämiseksi. Mallin kovetut­

tua se siirrettiin kevytrakenneteknii kan 1 ahora torioon kuivatettavaksi. Perusteellinen kuivaus oli tärkeä

mallin myöhemmän lämmönkestoisuuden vuoksi. '

Mallin kuivaus suoritettiin kiertoilmauunissa. Lämpöti­

laa pidettiin n. 40°C:ssa ja kuivausta jatkettiin niin kauan, että lähes kaikki kosteus oli poistunut. Kosteu­

den poistumista seurattiin ve r ta i 1 u koe kappa! ei s ta pun­

nitsemalla ne joka päivä samaan aikaan ja reki s teröi- mä 11ä painonvähennys . Vertai 1ukoekappaleina käytettiin kahta kappaletta, samoja joita käytettiin puristuslu- juuskokeissa. Kuivausta jouduttiin jatkamaan n. kaksi viikkoa, minkä jälkeen päivittäinen painonvähennys oli pienentynyt merkityksettömäksi. Kuvassa 8 on esitetty vertai 1ukoekappa1 ei den painon vähentyminen ajan funk- tiona.

Mallin pinnanlaatu todettiin hyväksi kuivauksen jälkeen.

Kuitenkin puhallettaessa paineilmalla mallin pintaan havaittiin pieniä huokosia joissakin kohdissa mallia.

Nämä olivat ilmeisesti paikallisia vikoja johtuen tä~

rytyksen puutteesta. Huokoset saatiin helposti umpeen täyttämällä ne täyteaineella Lesonal P61 . Tämän jälkeen mallin pinta oli riittävän sileä jatkokokei1uja varten.

Mallikokei1 un tulosten oltua näin hyvät päätettiin . tehdä, täysikokoinen sement ti mal 1 i PIK-23 " S u h i n u11 - len­

tokoneen s i v uvakautti mesta. Tarkoituksena oli käyttää

28

WO

m/f

(grammaa/päi väj

Kuva 8. Vertai!ukoekappalei sta haihtunut vesi ajan funktiona

sitä em. kerros!evyrakenteisen prepregmuotin mallina.

Betonima!1in valamiseen tarvittava muotti päätettiin rakentaa kertakäyttöisenä kiinteästi laboratorion taso- pöydälle.

Sivuvakauttimen profiiliksi oli valittu NACA 0012.

Profiilien piirtämiseksi paperille käytettiin hyväksi VTT : n Cal cornp 925/1036 rumpupiirturia. Piirturin ohjaa­

miseksi valmistettiin magneettinauha TKK : n käytössä olevalla tietokoneella Univac 1108, jonka muistiin on talletettu em. piirturin perusohjelmisto HCBS. Liitteessä 5 on esitetty magneettinauhan tulostamiseksi tarvitun Fortran-kielisen ohjelman listaus ajovirtoineen.

Piirturi tulosti profiilit kuu!topaperi11 e viidestä eri kohdasta sivuvakautinta. Profiilit leikattiin irti tar-

kasti ja liimattiin kahden läpinäkyvän akryy1ilevyn väliin. Aluksi hiomakonetta ja lopuksi - kas i vi i 1 aa käyt­

täen työstettiin a kryy 1ilevyistä malli kaaret näitten välissä näkyvän profiilin ääriviivan mukaisesti. Samalla kertaa* saatiin siis-aina kaksi samanlaista mal likaarta, kun kuultopaperi poistettiin levyjen välistä. Näin

varmistettiin muotin symmetri syys, muottihan tehtiin vasen ja oikea puoli erikseen. Mallikaaret liimattiin suoraan hyvin vahattuun i tasepöytään kiinni hartsin Rütapox L02/H91 ja Filii ten seoksella. Kaaret tuettiin lisäksi niitten läp.i kulkevilla, halkaisijaltaan 6 mm: n .terästangoilla,, jotka liimattiin pelkällä hartsilla

kaariin kiinni. Ma 11ikaarten liimaannuttua rakennettiin • niitten ympärille muotti vanerista kehikko, joka myös liimattiin kaariin kiinni.' Tämän jälkeen -täy tetti i n maliikaari en väliset tilat kevytsoran ja sementin se­

oksella n. 10 mm vaille muotin lopullisen pinnan. Loput 10- mm täytettiin hartsin Rütapox L02/SL ja Fi 11 i ten

seoksella (kuva 9). Hartsi/Filiite-seos kutistui hieman

Kuva 9r Hartsi/Fillite-seoksen levitys.

Kuva 10. Täyteaineen P60 levitys.

kovettuessaan, mikä aiheutti lievää aaltomaisuutta muotin pintaan. Tämän poistamiseksi ja muotin pinnan­

laadun paran tami seksi levitettiin pintaan täyteai netta Lesonal P60 pitkän, pistemäisesti saranoidun teräs vii- vaimen avulla (kuva 10). Täyteaineen kovetuttua muotti maalattiin. Pohjamaa! i na käytettiin vihreää Lesonal R48-maalia, jota ruiskutettiin ohut kerros. Sen päälle ruiskutettiin keltaista h i omamaalia Lesonal R44. Muotti hiottiin maalin kuivuttua vesihiomapaperilla n : o 240- 320 veden kanssa. Muotin kuivuttua maalattiin toinen kerros keltaista hiomamaalia Lesonal R44 ja hiottiin taas. Pintamaalina käytettiin vihreää Lesonal Class 50 a k ryy1imaalia.

Muotin valmistuksen vaikeuksista mainittakoon akryylis- ten malli kaari en huono hionnan kestävyys sekä muotin koverien pintojen vaikeaa hi ottavuus. Muuten muotti on tällä menetelmällä suhteellisen nopea, valmistaa.

Kuva 12 Muotin pinnanlaadun tarkastelua

32 ^-

\

6.2 Kerros!evy raken te i nen, lämmitettävä muotti

Täysikokoisen' muotin valmistukseen ei tämän työn puit­

teissa ollut aikaa, rahaa eka materiaaleja. Näinollen päädyttiin kokeilemaan vain pienessä mittakaavassa em.

muotin rakentamista. Tarvittavien lämmitystehojen ja rakenteen valmistustekniikan tutkimiseksi tehtiin n.

28 x 34 cm kokoinen koepala. Kerros!evyn pinnat tehtiin yhdensuuntaiskuituprepregista Mitsubishi A320-10Û00.

Molemmat pinnat kovetettiin erikseen tasopinna11 a . Pin­

noissa oli 12 kerro.sta prepregiä vuoronperään suunnissa .0° ja 90°. Pinnan paksuus oli tällöin n. 1,2 mm. Alu­

miini -hunaja kenno ydinaineeseen jyrsittiin urat lammi- tyskaapelin upottamista varten. Jyrsintä suoritettiin porakoneeseen asennetulla "kovametal1ijyrsi mel 1ä. Ydin­

aine oli kiinnitetty jyrsinnän aikana kaksipuolisella teipillä alustaan kiinni . Lämmityska ape 1i upotettiin uriin ja h i i 1ik uit u p re p re g pinnat liimattiin ydinainee­

seen käyttäen Delftin valmistamaa 1 limakalvoa R382.

Liimakalvo kovettuu n. 120°C:ssa . Lämmitys kaapelin

Kuva 13. Koémuotti ennen liimausta

toimitti Mexem Oy, Porvoo ja se oli tyyppiä Habia V535SCF. Kaapelin vastus on 5,35 /m ja sallittu teho 20 W/m. Tämä vastaa n. 1 , 9A : n virtaa kaapelin läpi . Kaapelia upotettiin koemuottiin yhteensä n. 15 metriä.

Koemuoti11 a tehtiin 1ämmityskokei1uja eri tehoilla.

Muotin pintalämpötilan nousunopeuksia mi ta ttiin, samoin muotin vapaata jäähtymisnopeutta. Ensimmäisissä mit­

tauksissa koe ¡nuotti oli suoraan pöytää vasten. Myöhem­

min tehtiin vertailun vuoksi mittauksia- muotti eris­

tettynä pöydästä. Kokeilujen tulokset on esitetty liit­

teessä 5. Kokeiluissa käytettiin virtalähteenä säästö- muuntajaa ja tehojen laskentaa varten virtamittaria.

Pintalämpötilojen mittaamiseen käytettiin alussa Wallac Oy : n valmistamaa lämpömittaria. Mittauksissa havaittiin kuitenkin, että ko. mittarin anturi jäähdyttää herkästi niitattavaa pintaa, suurissa lämpötiloissa jopa kymme­

niä asteita, riippuen mittaustekniikasta. Tästä syystä hankittiin rakennussarjana lämpömittari tyyppiä Jointer DTM-02. Tähän tehtiin eräitä .muutoksia ja se soveltui paremmin pintalämpötilojen mittaamiseen. Lämpömittarin kytkentäkaavio ja siihen tehdyt muutokset esitetään liitteessä 6 .

Lämmitettävän koemuotin lisäksi tehtiin kokeilumuotti em. korkeus vakautti men betoni ma 11is ta . Kokeilun tarkoi­

tuksena oli selvittää, miten kerros 1 evyra ke n teisen muotin teko onnistuu, jos mallissa on jyrkkiä mutkia ja kaksoiskaarevia pintoja. Hii1ikuituprepregpinta ko­

vetettiin suoraan betoni mallin päälle autoklaavissa käyttäen puristukseen alipainetta + 200 kPa: n ylipai­

netta. Prepreg oli Mitsubishin tyyppi A320-10000. Prep- reg kerroksia molemmissa pinnoissa oli 4 kpl (0°/90°/

0°/90°). Havaittiin, että hii1iprepregin taipuvuus jyrk­

kiin mutkiin oli huono ja pinnanlaatu ei ollut riittä­

vän hyvä. Toisessa kokeilussa, täytettiin jyrkät kulmat hartsi/Filiite-seoksella ja pinnanlaadun parantamiseksi

3.4

levitettiin betoni ma 11 i n päälle pi n tag eel i,. Tämän pää!

le laminoitiin sitten prepregkerrokset kuten tiellä.

Pintalevyt liimattiin liimakalvoilla ydinaineeseen kiinni. Pinnanlaatu valmiissa koernuo ti s sa ei vieläkään ollut ri i ttävan- hyvä, vaari ydinaineen kennomainen ra­

kenne oli näkyvissä (kuva 14 ).Hi ominenkaan ei auttanut huonoon pinnanlaatuun. Muotin p.innan paksuutta olisi pitänyt suurentaa ainakin kaksinkertaiseksi em. ilmiön estämiseksi. Lämmitettävässä koemuotissa oli 12 ker­

rosta, mikä oli riittävä määrä. Hiomall-a vesihiomapa­

perilla n:o 320 saatiin aikaan erittäin hyvä pinta.

Koemuottien valmistuksessa huomattiin, että sementti- malli lämpenee autoklaavissa hitaasti johtuen mallin suuresta lämpökapasiteetista. Tästä syystä täytyi läm- mitysaikoja pidentää prepregvalmi s tajien suosituksista.

Olisikin pyrittävä siihen, että lämpötilat mitataan suo raan prepregin pinnasta eikä, kuten edellä, autoklaavin iImankierrosta.

Kuva 14. Valmis koemuotti n:o 2.

A

7 LAADUNVALVONTA PREP REGTEKN11 KASSA 7.1 Prepregin tarkastus

Prepregin valmistajat takaavat prepreghartsien säily­

misen käyttökelpoisena enintään puoli vuotta varastoi • tuna -18°C : ssa . Hartsin käyttökelpoisuuden testaaminen onkin ensimmäinen tehtävä prepregrakenteen hyvän laa­

dun varmistamiseksi.

Hartsin geeliytyrni sai ka on yksi niistä ominaisuuksista, joka täytyy mitata. Geeliytymisaja!1 a tarkoitetaan sitä aikaa, missä hartsi muuttuu juoksevasta kiinteäksi eli alkaa kovettua. Geeliytyrni sai ka mitataan siinä lämpö­

tilassa, jonka hartsin valmistaja on ilmoittanut ko- vettumislämpöti1 aksi. Periaatteessa mittaus tapahtuu seuraavasti :

- leikataan prepregistä sopiva pala

- asetetaan pala ilmoitettuun kovetus1ämpöti1 aan ja aloitetaan ajan mittaus

- tarkkaillaan milloin hartsi alkaa kovettua

- kun kovettuminen alkaa lopetetaan ajan mittaus.

Saatu aika on hartsin geeliytymisai ka ja sen täytyy olla valmistajan i 1 moittamien toleranssien sisällä.

Mittaus toistetaan vähintään kolme kertaa luotettavan

keskiarvon saamiseksi. Liitteessä 7 on esitetty Courtaul ds L t d: n suosittelema, hieman erilainen menetelmä g e e 1 i y - tyrni sajan mittaamiseksi.

Hartsin juoksuprosentti (Flow of prepreg) on toinen tär­

keä luku, joka ilmaisee hartsin käyttökelpoisuutta. Val­

mistajat ilmoittavat tämän yleensä prosentteina prepre­

gi n painosta. Jos prepregiä on varastoitu liian lämpi­

mässä tai liian kauan ko. prosenttiluku pienenee. Juok- suprosentin määrittäminen tapahtuu valmistamalla koela- minaatti tutkittavasta prepregi stä. Valmistuksessa

käytetään määrättyjä, tarkkoja lämpötiloja ja paineita

sekä tarkasti kalibroitua määrää imu kan kai ta . Kaikkien osien painot mitataan ennen ja jälkeen valmistuksen.

Näin saadaan määrättyä tarkasti imukankaisiin imeyty­

neen hartsin määrä ja sen prosenttiosuus. Liitteessä 7 on esitetty tarkemmin menetelmä, jota käyttää Fiberite Corp. , USA.

Muista pre pr eg i n 1 aadu n va 1 von ta ta rka s tu ks i s ta mainitta­

koon prepregin neliöpaino, kuitu os uus ja haihtuvien aineitten osuu s.

Prepregin neliöpaino on yleensä ilmoitettu valmistajien toimesta. Tarkastus on helppo, tarvitsee vain leikata ja mitata sopiva pala prepregiä ja punnita se tarkasti.

Neliöpaino saadaan tuloisista laskettua. Liitteessä 7 on Courtaulds Ltd : n tarkempi ohje neliöpainon määrit­

täni i seksi .

Prepregin kuituosuus mi ta taa an usein em . neliöpainon määrittämisen yhteydessä. Kuidun prosentuaalinen osuus saadaan määrättyä liuottamalla prepregis tä hartsi pois ja punnitsemalla jäljelle jäänyt, hyvin kuivattu kuitu.

Liitteessä 7 on esitetty Courtaulds Ltd : n ohje ko.

ku i tu osuuden määrittämiseksi.

Prepregin haihtuvien aineiden osuus (Volatile content) on oltava mahd oi 1 i-s immen pieni, että vältyttäisiin huokosilta valmiissa rakenteessa. Tämä osuus voidaan helposti mitata 1ämmi ty s m e n e te 1m ä11ä. Menetelmässä pun­

nitaan prepregkoepä 1 at ennen ja jälkeen määrätyn mit­

taisen lämmitysajan ja saatu erotus on haihtuneiden aineiden osuus. Liitteessä 7 on vertailun vuoksi esi­

tetty em. kahden eri valmistajan ohjeet tästä mittauk­

sesta.

7.2 Valmistuksen valvonta

Prepreg tekrii i.kassa valmistusvaihe ts . ko v etusprosessi on kriittinen tuotteen laadun kannalta. Prosessin val­

vo n n a 1 -1 e asetetaan näinollen määrättyjä vaatimuksia.

Lämpötilan tarkkailu ja rekisteröinti on ehdoton vaati­

mus kaikissa kovetuspresesseissa. Lämpötilaa tulisi mitata useasta eri kohdasta valmistettavaa kappaletta

ja lämpötilan säätö tulisi suorittaa yleensä alimman . lämpötilan mukaan. Myös lämmitysajoissa tulee ottaa

huomioon se, että hitaimmin lämpiävät osat pidetään tar-

• peeksi pitkään kovettumislämpötilassa. Täm on tarpeen varsinkin käytettäessä raskaita, massiivisia muotteja, joissa lämpötilaerot saattavat lämmityksen aikana olla suuria. Lämpötilojen reki s tröinti on helpointa suorit­

taa monikanavaisella piirturilla muQiin eri kohdista.

Samalla saadaan dokumentti kovetukses ta myöhempää tar­

vetta varten.

Alipainepussin tarkkailu on valmistusprosessin aikana myös tärkeää. Jos al ipainepussiin tulee vuoto niin myös ylipaineen puristusvoima häviää. Alipainepussin vuo­

don ilmaisemiseksi on kehitetty hälytysjärjestelmiä.

7.3 Valmiin tuotteen laadunvalvonta

Prepreg tekniikalla tehdyn 1ujitemuovisen rakenteen laa­

dunvalvonta on täysin samanlaista kuin muillakin mene­

telmillä tehdyissä rakenteissa. Laadunvalvonta jakaan­

tuu kahteen eri lajiin, ainetta rikkova ja rikkomaton menetelmä. Ainetta rikkovista menetelmistä mainittakoon erilaiset lujuuskokeet ja kuitupitoisuuden määrääminen kemiallisesti. Prepregien valmistajat selostavat yleensä esitteissään em. kokeiden suoritustapoja. Ainetta rik­

komattomista menetelmistä tärkeimmät ovat uitraäänitar- kastusmenetelmä ja suurtaajuisen magneettikentän käyttö.

Lähteissä on tarkemmin selvitelty em. menetelmien hyviä ja huonoja puolia.

38

8 YHTEENVETO

Tässä työssä on esitetty perustietoja prepregmateri- aaleista ja niiden käytöstä iujitemuov i s ten rakenteiden valmistuksessa. Käytännön kokeiluna tehtiin koesarja eräiden prepregicn 1iimautuvuudesta PMI- ja PVC-solu- muoveihin. Kokeissa havaittiin huono 1iimautuvuus PM I - solumuoviin kaikilla preprege i 11ä. Sitävastoin liimau- tuvuus PVC-solumuoviin havaittiin riittäväksi lähes kaikilla prepregei11ä .

Prepregtekniikassa käytettävistä muoteista on esitetty lyhyt selostus. Käytännön kokeiluna tehtiin koemuotteja eri menetelmillä. Koemuottien valmistustekniikkaa ja niitten ominaisuuksia sekä niillä tehtyjä käytännön kokeiluja on selostettu. Lisäksi, on selostettu betoni- mallilla tehtyjä kokeiluja.

Lopuksi on selostettu eräitä menetelmiä, joita voidaan käyttää prepregteknii kan 1aadunvalvonhass a .

LÄHDELUETTELO Luvut 1 ja 2:

/1/ Schönland', H. et al, Niederdrückprepregs als Konstrukt ionswer kstoff für die Leichtbauweise. . Kunststoff-Rundschau 19(1972} 10,s. 537-544.

/2/ Hexcel Corporation, Garben fiber composites, European technical presentation,May 1979.

/3/ Delft-National-Chemiе В.V. , Strucol products for the aircraft industry, catalog.

/4/ Courtaulds LTD, Carbon fibres division, Graf il products 1 978, catalog.

/5/ El tro GMBH, Flensburg, Elitrex prepregs, catalog.

/6/ Fiberite Corporation, Advanced materials division, Fiberite Hy-E advanced composite materials,

catalog 1980.

/7/ Airtech International, California, Product catalog 1980.

/8./ Hexcel Corporation, Impregnated materials, advantages and disadvantages, 1977.

/9/ Ciba-Geigy, England, Advance information, instruction sheets 1970-1977.

/10/ 3M France, Departement rubans adhésifs industriels, Plastiques Renforces.

/11/ Avco specialty materials division,-Mass, Boron/Epoxy selector guide.

/12/ Avco specialty materials division, Mass,

Boron/G.raphste reinforced materials, catalog.

/13/ 3M Company, Minn. , Industrial specialties

division, Scotchply Brand reinforced plastics, product information.

/.14/ Hexcel Corporation, Standard impregnated materials 1978 catalog.

/15/ Mitsubishi Rayon Company, LTD, Japan, Test report of prepreg.

Luku 3 :

/16/ Seri in, I. et al, Polyimide vacuum bag lamination studies, 23rd Annual Technical Conference,

1 968, SP'l. .

/17/ Kuebeler, G. and Jordan, C., Fabrication of advanced composite components, Technical paper 1970, Society of Manufacturing Engineers.

/18/ L.1 ewel yn-Da v i es , D., The use of carbon fibre reinforced plastics in the construction of wings for testing in wind tunnels. Composites, April 1976, s. 100-106.

/19/ House, E., Building the В-l graphite/epoxy slat. SAMPE Quarterly, October 1975, s. 42-46.

/20/ London, A., Boron composite manufacturing technology, Report Ho FSR-AD8-10-68, November 1968, Grumman Aircraft Engineering Corporation.

/21/ Loyd, M. et al, Low cost composite primary

structure, SAMPE Quarterly, October 1977, s. 28-39 /22/ Boeing of Canada LTD, Winnipeg, Manufacturing

capabilities 1979.

Luku 5:

/23/ Spiro, P., Large electroformed nickel moulds for aircraft parts, Aircraft Engineering July 1978, s. 14-16.

/24/ Bushman, E. and G., Carbon-fiberglass-polymer composites for electrical tooling and parts...

a " sleeping beauty ", 33rd Annual Technical Conference , 1 978 , SPI.

/25/ Frankenhoff, E. Low cost spray metal prototype tooling system, 33rd Annual Technical Conference 1978, SPI.

/26/ Knott, T. Plastic tooling for vacuum forming, 33rd Annual Technical Conference, 1978, SPI.

/27/ Loyd, M., Nonmetallic castable tooling for advanced.composites, 33rd Annual Technical Conference, 1978, SPI.

/28./ Ekström, G., El ektrof ormni ng ger. fyra gånger billigare verktyg för korta serier, Dagens Produktion 8.3.1979 s.19.

Luku б :

/29/ Valtion Teknillinen Tutkimuslaitos, ATK-

palvelutoi misto, Calco m p. 925/1036 r u m p u piirturi- järjestelmä, kurssimoniste 1975-11-05.

/30/ Oy Nokia Ab, Kaapeli tehdas, Lammitys kaapelin valinta, luettelo no 4.45, kansio 1, ryhmä 2.

/31/ Mexem Oy, Teflon-eriste¡set 1ämmityskaapelit, luettelo.

/32/ Motorola INC, Silicon temperature sensors, catalog 1978.

Luku 7 :

/33/ van Dreumel, W., An ultrasonic scanning technique with adjustable sensitivity level settings for quality control of advanced composites, Report

LR-227 , Del ft University of Technology, Dep.

of Aerospace Engineering.

/34/ Schliekelmann, R., The resonance-impedance

methods as a means for quality control of advanced fibre reinforced plastic structures, Fokker-VFW Techno 1 og i ga 1 Centre.

/35/ Schliekelmann, R., Introduction into the Fokker Bond Tester system, Report no R-1983, March 1976.

/36/ Dingwall, P., Non-destructive inspection and volume fraction determination of CFRP using an eddy current method, Technical report 76078, 22.6.1976, Royal Aircraft Establishment.

/37/ Courtaulds LTD Carbon Fibers Unit, Grafil Test Methods- 1 972- 1 977 .

LIITTEET

Liite 1

.

Li i te 2. Liimautuvuuskokeiden tulokset Li i te 3. Betoni mallin koostumus ja lujuus Li i te 4. Piirturiohjelman listaus ja ajovirta Liite 5. Lämmityskokeet koemuoti11 a

L i i te 6

.

Liite 7. Prepregin tarkastusmenetelmiä

LIITE 1 .

ESITTEITÄ JA NÄYTTEITÄ KAUPALLISISTA PREPREGTUOTTEISTA

/

350°F/177°C UNIDIRECTIONAL GLASS TAPES

г-/ в? netein

FIBERiTE'S UN ¡-GLASS MATERIAL SELECTOR

Fiberite’s 934 and 976 high temperature resistant epoxide resin systems are available as matrices with a wide variety of fiber reinforcements. The 976 high temperature resin system is notable for its per formance capability in h'gh humidity conditions up to temperatures of 350°F (177°C) with good retention of properties; The 934 resin system imparts excellent room temperature shelf stability to the prepreg material. Additionally, 934 graphite prepreg composites are noted for their excellent ambient ¿no 350°F (177°C) properties. Other high temperature and 250°F (121°C) resin systems are also available..

PREPREG PARAMETERS DATA TEST METHOD

Resin Content, % by weight Volatile Content, % by weight Gel Time @ 121°C, minutes CURED LAMINATE PROPERTIES*

MATERIAL Fiber Resin

Specific Gravity

Nominal Cured Ply Thickness, in. (mm) 75°F (24°C) PROPERTIES

Flex. Str., ksi (N/mm2) Flex. Mod., msi (KN/mm2) S.B.S. Str., ksi (N/mm2) Tens. Str.j ksi (N/mm2) Tens. Mod., msi (KN/mm2) Comp. Str., ksi (N/mm2) Comp. Mod., msi (KN/mm2)

37-43 FTM-R-15

2 maximum QCIC-V-14

8-16 FTM-G-2

E-Glass S-2 Glass

Hy-E® Hy-E® Hy-E® Hy-E®

9034F 9076F 9134B 9176B

E-Glass E-Glass S-2 Glass S-2 Glass

934 976 934 976

. 2.17 2.22 2.11 2.13 •

3.7 (.09) 4.2 (.11) 5.0 (.13) 4.8 (.12)

205 (1414) 184 (1269) 250 (1724) 249 (1717) 7.1 (49) 6.7 (46) 7.9 (55) 8.1 (56) 15.2 (105) 13.0 (90) 12.8 (88) 13.6 (94) 167 (1152) 156 (1076) 190 (1310) 186 (1283) 6.8 (47) 6.7 (46) 7.8 (54) 7.7 (53) 78.3 (540) 79.3 (547) 99.9 (689) 98.9 (682) 7.1 (49) 6.9 (48) 8.2 (57) 8.6 (59) CURE PROCEDURE

Fiberite A-9 cure cycle, Fiberite L-l lay-up.

PREPREG SHELF LIFE 6 months @ 0°F (—18°C) DISPOSAL OF SCRAP MATERIAL

A potential electrical hazard may exist due to microscopic fibers. Therefore, it is suggested that all scrap material be buried in land fill areas.

*AII values except shear, cured ply, and specific gravity are normalized to '60% fiber volume. The mechancial testing was done to Fiberite test methods. •

*The above values were determined from 5 tests each on one. panel. We believe the tensile and compressive strengths to be low, and will do further testing on the glasses in the future.

Until then, please remember that this is preliminary data only.

The data listed has been obtained under carefully controlled conditions from samples considered to be representative of the product described. Because the properties of this product can be significantly affected by the fabrication and testing techniques employed and since v/c do not have any control over the conditions under which our products may be tested or used, Fiberite cannot guarantee that the properties listed will be obtained with other processes or equipment.

f* D"| TT* щ ц M i; Fk Я

<■** "‘..У . t». Ь '■W>> » á 8 Чзвк 6 vi

В^{f- s-J} ÍU:' í » ¡:»

501 WEST THIRD STREET — WINONA, MINNESOTA 55987 TELEPHONE: (507) 454 3611 • TWX 91V - 565 - 22; 0

Printed in U.S.A. 1/80

r : : KEVRA OY

HitiTalahderik. 6 May ¹⁹⁷⁷

00'. 80 HELSINKI 18 Data Sheet OTP5

Puh. 607 063 Sheet 1

PREIMPREGNATED TAPE

DESCRIPTION

GRAFIL prepreg tape is made by a continuous process: the required number of tows is taken from the fibre production line, collimated, and the fibre web impregnated with resin. The excellent fibre alignment gives a flat prepreg with a thickness only "slightly greater than that in a 60% fibre volume laminate. This uniformity enables fibre volume fractions of up to 70% to be readily obtained by autoclave moulding.

MATERIAL SPECIFICATION General

GRAFIL prepreg tape containing GRAFIL А-S, HT-S or HM-S fibre is available in a choice of two resin systems.

GRAFIL XA-S (Super A) prepreg systems kesä also b» available a¿us£é¡t now.

Resin Systems: Shell Epikote 210/BF3MEA epoxy

—yields good mechanical properties over the temperature range—40°C to 150°C НС 25C1 high performance epoxy

-—possesses good processing characteristics, yielding excellent mechanical properties over the temperature range—40°C to 160’C

Tape Width: 341 mm (untrlmmed) on 355 mm wide release paper.

Product Availability:

GRAFIL standard prepreg tapes are indicated in bold type. Other products are supplied to special order.

Prepreg System Epikote 210 HC 3501

Resin Content

% by mass

Effective Thickness mm

Effective Thickness mm

42-5 ± 2-5 0-15 0-13 0-10 —

40-0 ± 2-5 0-15 0-13 0-10 0-15 0-13

37-5 ± 2-5 0'15 0-13 0.-10 0-15 0-13

The products containing 42-5% by mass resin at any thickness and those containing 40% or 37-5% by mass resin at thickness 0-10 mm are available In system A-S/Epikote 210 only.

Epikote 210 HC3501

Standard Prepreg Properties 0-15 mm thick 0.15 mm thick

Resin content by mass 40db2-5% 40-0±2-5%

Mass/unit area of prepreg g/m2 270, 270,

Residual volatiles by mass %: < 2 <2

Resin flow by volume % 20 20

Tack (at 20°C) : good good

Resin gel time min: 12-18 12-20

at 135°C at 135°C

Shelf life at 20°C > 3 months 2 weeks

at — 20°C : > 6 months > 3 months

Continued on sheet 2

V_____________________________________________________________________

‘All statements, technical information and recommendations contained In this data sheet are based on tests believed to be reliable, but their accuracy and completeness are not guaranteed. The user shall determine the suitability of the product lor his intended use beforehand and shall a'isume all risk and liability in connection therewith.

Since the final use of the product di$crif>ed in this technical data sheet cannot be controlled by Courtaulds Llm’ted, It Is the responsibility of those wishing te sel? items made fror' the product to inform the use. of the properties of. the product and the purposes for which It mny bo suitable, together with all precautionary measures required ir. handling this product, to ensure the safety of the user, third persons and property.*