Kỹ thuật hand lay-up dùng ựể sản xuất các sản phẩm gia cường, thường bao gồm việc tẩm ướt sợi thủy tinh với nhựa lỏng. Nhựa dùng trong công nghệ này là loại nhựa nhiệt rắn và ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng với áp suất thường. Sản phẩm gia cường làm từ quy trình hand lay-up là những sản phẩm quá lớn không thể sản xuất ựược từ những kỹ thuật khác, kỹ thuật này dùng ựể sản xuất các sản phẩm có số lượng ắt và có ựầu tư cho sản phẩm thấp
V
ắ d ụ: tàu, thuyền, xe hơi, bồn chứa hóa chất, hồ bơi,Ầ 3.2. PHƯƠNG PHÁP
Phương pháp hand lay-up thường dùng khuôn ựơn, có thể là khuôn ựực hoặc khuôn cái. Khuôn có thể ựược quét gelcoat trước hoặc chỉ dùng chất róc khuôn. Các bước cần thiết trong kỹ thuật hand lay-up là chuẩn bị khuôn, quét khuôn, quét chất róc khuôn, chọn nhựa và chất gia cường thắch hợp, ựặt sợi gia cường vào trong khuôn, quét nhựa lên, dùng con lăn ựể phân bố nhựa ựều và khử bọt khắ, chờ cho ựóng rắn, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn và hòan tất sản phẩm
3.3. NGUYÊN VẬT LIỆU
3.3.1. Chất róc khuôn và chất làm kắn
Nhựa ựược dùng trong sản phẩm gia cường thường có tắnh chất bám dắnh tốt. Vì thế chúng ta phải ngăn chặn sự bám dắnh của nó vào khuôn bằng cách dùng tác nhân róc khuôn. Trong kỹ thuật hand lay-up, thường dùng chất róc khuôn ngoại quét lên khuôn chứ không dùng chất róc khuôn nội
Khi sử dụng vật liệu xốp như gỗ hoặc thạch cao làm khuôn thì bề mặt thường có các lỗ li ti, vì vậy phải bịt kắn các lỗ này trước khi róc khuôn. Các chất làm kắn này thâm nhập sâu vào bề mặt gỗ và thạch cao, làm ựầy các lỗ, không cho nhựa bám vào, thường dùng vecni, sơn mài, dầu bong,Ầ Một số chất làm kắn cho khuôn gỗ và thạch cao: cellulose acetate, wax, silicon
Cẩn thận khi chọn lựa vật liệu dùng làm chất làm kắn, một số vật liệu bị phân hủy ở nhiệt ựộ khuôn, stearate là một chất làm kắn rất tốt, mặc dù nhôm stearate ngăn cản quá trình ựóng rắn của polyester. Với sản phẩm từ khuôn thạch cao thì phải chú ý: khi ựắp, nhựa ựóng rắn tiếp xúc với thạch cao, mặc dù chất làm kắn ựược dùng trong khuôn thạch cao, nhưng sự hóa vôi và phân hủy thạch cao sẽ xảy ra ở nhiệt ựộ vượt quá 1200C
3.3.2. Một số loại gelcoat dùng trong hand lay-up
Loại gelcoat Tắnh chất Lĩnh vực áp dụng
Gelcoat ựiều chế từ isophthalic
Có tắnh ựàn hồi, chịu va ựập, chịu thời tiết, chịu hóa chất tương ựối tốt và có ựộ bóng cao
được dùng trong sản xuất thuyền và cho mục ựắch thông thường
Gelcoat ựiều chế từ Orthophthalic
Giống isophthalic nhưng có giá trị và ựộ bền va ựập thấp hơn Thường dùng cho mục ựắch thông thường Gelcoat trong, không có màu Có ựộ trong rất tốt ở dạng màng mỏng, màu sắc ắt thay ựổi, có ựộ bóng cao
Dùng cho mục ựắch trang trắ, là lớp có ựộ bóng cao phủ lên lớp Gelcoat màu Gelcoat chịu hóa
chất
Là lọai gelcoat bền với acid, kìềm và dung môi
Dùng làm các bồn chứa hóa chất và nắp nồi hơi Loại isophthalic
chịu hóa chất cho các
mục ựắch thường
Là loại gelcoat ựàn hồi, chịu mài mòn, có giá thành thấp hơn loại chịu hóa chất
Dùng làm các thiết bị chịu hóa chất yếu
Loại gelcoat không in hình sợi phắa sau
Công thức chứa từ 40-50% chất ựộn sợi thủy tinh trơ, không cho thấy lớp sợi gia cường phắa sau trên bề mặt gelcoat
Làm tăng khả năng trang trắ, dùng cho bàn ghế và các mục ựắch thường
Loại gelcoat có màu ựen hoặc xám
Có bề mặt cứng Kết hợp với nhựa ựắp ựể
Trang- 39 - 3.3.3. Nhựa dùng trong công nghệ hand lay-up
Là loại nhựa nhiệt rắn ở dạng lỏng, ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng. Các loại nhựa thường dùng là polyester, vinyl este, và nhựa epoxy. Tùy vào mục ựắch sử dụng mà ta có thể chọn lựa vật liệu thắch hợp ựể ựạt ựược sản phẩm có tắnh năng cao. Các loại nhựa sử dụng cho công nghệ này ựòi hỏi thời gian ựóng rắn không ựược ngắn quá, ựộ nhớt không ựược quá cao vì sẽ ảnh hưởng ựến khả năng thấm ướt sợi gia cường
3.3.4. Hệ ựóng rắn
Một số chất hữu cơ ựược hòa tan trong styrene, trong quá trình ựóng rắn chúng phân hủy sinh ra gốc tự do và tấn công vào liên kết ựôi của polyester
Kỹ thuật hand lay-up ựược ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng, thường dùng xúc tác là MEKP và chất xúc tiến là cobalt napthenate, ngòai ra có thể dùng chất ức chế ựể làm chậm quá trình ựóng rắn
3.4. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ3.4.1. Khuôn 3.4.1. Khuôn
Khuôn ựược làm từ nhiều loại vật liệu như kim loại, gỗ, ximăng, thạch cao,Ầ
Tránh vấn ựề khuôn bị biến dạng
Một số loại lổi có thể thường gặp trong sản xuất: Hiện tượng không bằng phẳng hoặc gợn song
Bề mặt xù xì: bề mặt không bóng thắch hợp hoặc bề mặt không chuẩn bị ựúng, các tác chất không ựược áp dụng phù hợp, bề mặt bị bẩn trước khi phun và ựắp
Các vết rạng trong quá trình ựắp: vật liệu ựắp quá cứng, quá mỏng, ứng suất va ựập trong quá trình sử dụng, biến dạng quá mức trong quá trình sử dụng, dùng nêm ựể lấy sản phẩm
Hiện tượng giộp hoặc vỡ ựến lớp ựắp: các lỗ xốp hình thành trong quá trình sản xuất khuôn: do nhựa bị gel hóa quá nhanh ngăn cản quá trình bọt khắ thóat ra, sự tỏa nhiệt quá cao gây ra bong bóng nhựa
Sự cong vênh: quá nhiều lớp ựược ựặt một lần hoặc quá sớm khi lớp trước ựó ựược ựặt lên
3.4.2. Thiết bị trộn và chuẩn bị
Nhiều vấn ựề có thể gây ra do nguyên nhân chắnh là các nhà sản xuất trộn nhựa bằng tay. Trong nhiều trường hợp, tuy nhiên trong gia công cần trộn chất xúc tác, chất xúc tiến, chất ựộn, màu, chất pha lõang và một số tác nhân khác cho hệ ựóng rắn, khi trộn phải tuân theo một số nguyên tắc như sau:
Cân nhựa, ựộn sợi gia cường
Cân chất xúc tác, một số phụ gia khác ựược tổ hợp lại vì chúng ựược sử dụng với một lượng rất nhỏ
Mặc dù quy trình ựắp ở ựây là bằng tay nhưng cũng cần trang bị thêm cho người công nhân một số công cụ như: con lăn có các hình dáng dùng cho mặt phẳng và cong, con lăn sơn, bàn chải, cọ, dao,Ầ
3.5. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Sau khi khuôn ựược làm xong cần ựặt lên giá ựỡ ựể tiện thao tác. Trong trường hợp khuôn có cốc khuôn rất sâu thì nên ựặt khuôn ựứng thẳng
Chuẩn bị khuôn, dùng chất làm kắn, chất tạo bóng, bước tiếp theo dùng chất róc khuôn. Trong công ựoạn này phải cẩn thận không ựược dùng quá nhiều chất róc khuôn vì nhựa dùng trong ựắp tay không bám dắnh tốt làm cho sản phẩm không giữ ựược trong khuôn. Trong từng vùng, diện tắch bề mặt khuôn cần phải ựược ựánh chất róc khuôn ựều ựể sản phẩm khỏi dắnh vào khuôn gây hư hỏng bề mặt
Bước tiếp theo là phun hoặc quét gelcoat lên bề mặt khuôn. Tùy thuộc vào loại khuôn, diện tắch mà gelcoat có thể quét hoặc phun. Hàm lượng chất xúc tiến và xúc tác phù hợp ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng. điều này rất quan
Trang- 41 -
trọng, cần phải ựể cho lớp gelcoat ựược ựóng rắn hòan tòan nhằm ngăn cản sự xâm nhập của styren qua, làm cho lớp gelcoat bị nhắu
Bắt ựầu quá trình ựắp, quét lớp nhựa ựắp lên trên bề mặt gelcoat, sau ựó ựặt lớp sợi gia cường lên, tiếp tục quét nhựa, dùng con lăn khử bọt khắ,ựảm bảo lượng bọt khắ tối thiểu và khả năng thấm ướt tối ựa
Giai ựọan ựóng rắn: có thể cho phép dùng nhiệt hoặc hoặc ựược xúc tiến bằng hơi nóng hoặc ánh sáng mặt trời. Cẩn thận trong việc ựìều khiển nhiệt ựộ, bởi vì nếu nhiệt ựộ cao quá mức thì sẽ gây ra sự sôi, nhanh chóng làm bốc hơi chất pha lõang và các phụ gia lỏng khác. Kết quả là hình thành bong bóng khắ và biến dạng sản phẩm trong khi ựắp. Nếu dùng nhiệt ựộ cho quá trình ựóng rắn thì chỉ cần cho quá trình khơi mào phản ứng trùng hợp, còn sau ựó thì nhiệt ựộ sẽ tăng lên. Cần phải có sự thông gió tốt nhằm mục ựắch loại bỏ các chất bay hơi như styrene vì nó có thể gây cháy và ựộc hại
Khi sản phẩm có ựộ cứng phù hợp, nó ựược lầy ra khỏi khuôn. Có thể dùng nhiều kỹ thuật cho công ựọan quan trọng này nhằm tránh làm hư hỏng bề mặt sản phẩm như là dùng khắ nén hoặc dùng áp lực của nước
Sản phẩm nên ựược di chuyển ựến khu vực hòan tất nhằm mục ựắch tránh bám bẩn
Các dung môi dùng rửa dụng cụ là acetone, metyl isobutyl keton, ethylen chloride
3.6. THUẬN LỢI VÀ HẠN CHẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP đẮP TAY
Một số thuận lợi của phương pháp hand lay-up so với các công nghệ gia công chất dẻo gia cường khác là:
Làm ựược các sản phẩm lớn, có kết cấu phức tạp mà không thể gia công bằng phương pháp ép khuôn hoặc phun
độ bền của sản phẩm phụ thuộc vào hàm lượng sợi thủy tinh, ựộ bền cao nhất có thể ựạt ựược ở lượng sợi là 60%. Sợi có thể chọn lựa hướng ựịnh hướng ựể phù hợp với yêu cầu ựộ bền
mã.
Giá thành của khuôn và sản phẩm thấp, dễ thay ựổi kiểu cách và mẫu
Tuy nhiên bên cạnh ựó có một số bất lợi:
Tốc ựộ sản xuất bị giới hạn, giá thành khuôn giảm thì tốn thêm chi phắ nhân công vì dùng nhiều nhân công
Kỹ năng và kinh nghiệm của người nhân công cần phải cao nếu như muốn làm các sản phẩm ựồng nhất giữa nhựa và sợi cũng như ựảm bảo chất lượng
Tắnh chất ựôi khi phải hy sinh cho giá thành. Nếu ta làm sản phẩm có ựộ bền cao thì sợi chiếm tỷ lệ lớn do ựó không cần thiết
3.7. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA SẢN PHẨM đẮP TAY
Các số liệu sau ựây ựược ựo từ mẫu gia công với hàm lượng sợi thủy tinh 30%
Tắnh chất Sợi mát Sợi dạng vải dệt
Tỷ trọng( g/cm3) 1.4-1.8 1.6-2.0
độ bền kéo(psi) 16.000 40.000
độ bền uốn(psi) 24.000 60.000
độ bền nén(psi) 12.000 45.000
Modun ựàn hồi uốn(psi) 1.000.000 3.000.000
Chương 4
CÔNG NGHỆ LÀM KHUÔN
4.1. PHÂN LOẠI KHUÔN
- Theo cách lấy khuôn: khuôn ựơn, khuôn nhiều mảnh
- Theo yêu cầu sản phẩm: khuôn một mặt láng hay hai mặt láng - Theo hình dạng khuôn: khuôn ựực và khuôn cái
4.1.1. Theo cách lấy khuôn4.1.1.1. Khuôn ựơn 4.1.1.1. Khuôn ựơn
Sử dụng khuôn ựơn khi sản phẩm có hình dạng dễ tháo khuôn, tháo khuôn do có ựộ nghiêng tự nhiên. Vắ dụ khuôn ựơn cho sản phẩm một mặt láng hình nón, hoặc sản phẩm một mặt láng dạng tấm phẳng
4.1.1.2. Khuôn nhiều mảnh
Trong một số trường hợp hình dạng của sản phầm có thể ựòi hỏi khuôn nhiều mảnh ựể có thể tách khuôn ra khỏi mô hình sản phẩm khi chép khuôn và tháo sản phẩm ra từ khuôn sau này. Cần xem xét kỹ việc dự kắến các phần của khuôn. Vì phải tháo các chi tiết của khuôn ra nên phải ựảm bảo góc của các chi tiết không lớn hơn 900, nghĩa là vị trắ mở khuôn là phần rộng nhất của khuôn
4.1.2. Theo yêu cầu sản phẩm4.1.2.1. Khuôn một mặt láng 4.1.2.1. Khuôn một mặt láng
Khi sản phẩm không có ựộ nghiêng thóat khuôn tự nhiên, yêu cầu một mặt láng: khuôn sẽ gồm nhiều mảnh khuôn ghép lại, có thể từ 2 ựến 6 mảnh. Vắ dụ sản phẩm dạng cánh quạt, ống hình trụ rỗng,Ầ
4.1.2.2. Khuôn 2 mặt láng
Sản phẩm có ựộ thóat khuôn tự nhiên và ựòi hỏi hai mặt láng, yêu cầu khuôn cần dạng hai mảnh
4.1.3. Theo hình dạng khuôn 4.1.3.1. Khuôn ựực
Khuôn cái và khuôn ựực là hai loại khuôn cơ bản, tuy nhiên, chúng lại khác nhau ựáng kể về cách lấy sản phẩm. Với khuôn ựực thì gia công nhanh hơn, ắt tốn kém hơn bằng cách bắt chước hình dạng của sản phẩm cần tạo hình bằng cách phủ lên bề mặt ngoài của khuôn. Cách làm này thực sự nhanh hơn, sản phẩm lấy ra thường có bề mặt ngoài gồ ghề, cần phải xử lý rất kỹ
Với khuôn ựực, chú ý là phải khuôn nhỏ ựi một chút so với kắch thuớc thật của sản phẩm ựể sản phẩm làm ra sẽ ựạt kắch thước mong muốn vì sản phẩm sẽ bị co ngót trong quá trình ựắp. Khuôn ựực thường dùng cho sản xuất nhỏ từ 5-10 sản phẩm. Nếu sản phẩm nhiều hơn thì dùng khuôn cái sẽ tiết kiệm thời gian nhưng chi phắ khuôn cao hơn
4.1.3.2. Khuôn cái
Khuôn cái thường có chi phắ cao hơn, thường ựược dùng khi sản xuất ựại trà. Thời gian hòan tất sản phẩm sẽ giảm ựáng kể do mỗi sản phẩm ựược ép với bề mặt khuôn trơn láng. Khuôn cái có thể dùng gia công sản phẩm có lõi vì lớp bên ngòai của sản phẩm lúc nào cũng trơn, láng không quan tâm ựến sự không ựồng nhất của các lõi bên trong. Mỗi loại khuôn có thể dùng cho thổi chân không, nhưng khuôn cái thường dễ hàn mà vẫn ựảm bảo tắnh chất bề mặt tốt. Khuôn cái dùng khi cần sản xuất lớn hơn 5-10 sản phẩm với yêu cầu bề mặt trơn láng
4.1.3.3. Khuôn kết hợp (khuôn nén)
Bằng cách sử dụng cả dạng khuôn âm và khuôn dưong, người ta thực hiện khuôn nén. Với khuôn nén, việc hợp khuôn rất quan trọng khi sản xuất các phần chắnh xác. Các khuôn này thường ựược quét nhựa và gia công trước khi ựóng chặt lại. Nhựa dư ựược ép hết ra làm giảm các chỗ trống, sản phẩm sẽ bóng láng ở cả 2 mặt. Khuôn nén có thể biến ựổi ựể dùng bơm hoặc phun nhựa vào khuôn
4.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU LÀM NGUỘI4.2.1. Lựa chọn phương pháp 4.2.1. Lựa chọn phương pháp
Trang- 45 -
Trước khi thiết kế khuôn phải xem xét mức ựộ yêu cầu của nó. Việc thiết kế phải cân bằng các yếu tố như tắnh chất của khuôn, chi phắ và thời gian chế tạo khuôn. Việc cân nhắc này sẽ làm giảm các phát sinh có thể có ựối với kết quả cuối cùng
Khi lựa chọn vật liệu và phương pháp làm khuôn, cần phải xem xét các yếu tố như chiều dài của bộ khuôn và chất lượng bề mặt khuôn mong muốn. Thời gian và vật liệu rót vào khuôn lúc bắt ựầu sẽ quyết ựịnh là cần làm mấy phần và chất lượng của các phần này. Một số yếu tố cần xem xét nữa như việc gắn thêm các thiết kế phụ hỗ trợ ựể gia công như hút chân không, ép nén. Với khuôn có cạnh lớn thì việc gắn thêm phần phụ này sẽ dễ dàng hơn. Với khuôn phức tạp có nhiều mảnh ựòi hỏi phải thẳng hang, cần bắt chốt dọc theo cạnh khuôn và phải chú ý việc khuôn sẽ ựược giữ như thế nào trong lúc sử dụng; hoặc sử dụng một cấu trúc dạng khay ựựng trứng( egg-crate structure) ựể hỗ trợ và dễ ựiều khiển
Cách tháo sản phẩm khỏi khuôn cũng có ảnh hưởng ựến việc thiết kế và chế tạo khuôn. Yếu tố ựầu tiên là góc lấy khuôn, là góc tạo ra giữa một cạnh của khuôn với nền của nó. Một khuôn có góc lấy khuôn bằng không nghĩa là cạnh của nó vuông góc với ựáy. Với khuôn có góc lấy khuôn dương, nghĩa là các cạnh rộng ra ở phắa trên hơn là phắa dưới ựáy( hình thang ngược), ựiều này sẽ giúp cho việc lấy khuôn dễ dàng hơn. Với góc lấy khuôn âm( dạng hình thang), việc lấy khuôn sẽ gặp nhiều khó khăn. Các hình dạng cần lấy với góc khuôn âm thì phải làm khuôn nhiều mảnh, lúc này mỗi mảnh có góc lấy khuôn dương ựể dễ tháo khuôn, cho dù khi kết hợp lại chúng lại là dạng lấy khuôn âm
điểm mà các mảnh khuôn ghép lại với nhau ựược gọi là ựường ghép khuôn, ựó là ựường thẳng hay mặt phẳng tưởng tượng chia góc lấy khuôn âm