Практическое руководство Содержание

Практическое руководство
Изготовление стеклоармированных композитных подложек для акриловых и
АБС/акриловых систем
Содержание
Разделы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Темы
Вступление
Листовые термопласты
АОС — лидер отрасли
Смолы
Эмиссия
Катализатор (Инициатор)
Стекловолокно
Наполнители
Смешивание
Добавки
Оборудование для переработки
Входной контроль качества
Термоформование
Подготовка каркаса
Ламинирование
Отверждение
Финишная обработка
Обращение и транспортировка
Испытание адгезии
Благодарности
Мы выражаем признательность компании Lucite International и лично Джону М. Дэниэлу, ведущему инженеру,
за техническую поддержку и помощь касательно акрилов и АБС, и компании Emerald Spa и лично Стиву
Бусшеру за возможность сфотографировать производственный процесс.
Вступление
Информация в настоящем руководстве — это рекомендации в помощь изготовителям
композитных изделий, которые используют полиэфирные или винилэфирные смолы под
акрилы, АБС или АБС с акриловой подложкой вакуумного формования. Приведенная
информация не является исчерпывающей; данные были собраны техническими
специалистами AOC на основании полевых испытаний и наблюдений в цехах изготовителей.
Вопросы о характеристиках смол следует направлять только техническому представителю
компании AOC.
2: Листовые термопласты
Листовой термоформованный сшитый акрил уже несколько десятилетий используется в
качестве лайнера для ванн и спа. Для улучшения эластичности и прочности некоторые
изготовители спа-систем и бассейнов используют лайнеры из акрилонитрилбутадиенстирола
(АБС). Экструдированные листовые термопласты для этих областей применения — это либо
массив АБС, либо коэкструзия АБС или атмосферостойкого полимера. Тепло, блеск, глубина
цвета, долговечность, легкость очистки, однородность качества и инновационные разработки
новых цветов и поверхностных эффектов привели к увеличению перехода на акриловые и
АБС изделия. Специфические преимущества листовых термопластов в сочетании с гибкими
возможностями геометрии при термоформовании — вот причины, по которым компетентные
потребители выбирают эти материалы. Рекомендации касательно хранения, срока годности,
обращения, сушки и термоформования листовых термопластов необходимо получить у
поставщиков таких материалов.
Листовые термопласты поставляются в широком ассортименте цветов и эффектов
поверхности.
3: AOC — лидер отрасли
AOC — лидер в области разработки и обеспечения технической поддержки систем
полиэфирных и винилэфирных смол для акриловых и АБС подложек. Мы предлагаем
полный ассортимент продукции от традиционных «рабочих лошадок» — ортофталевых
смол, до новейших винилэфирных смол. Различные продукты AOC обеспечивают:
• Пониженное содержание стирола
• Возможность повышения загрузки наполнителя
• Профили быстрого отверждения для повышения производительности
• Отличное связывание с лайнерами из акриловых или АБС термопластов
Попросите своего регионального технического представителя AOC рассказать вам, как наши
продукты, оптимальные по соотношению цена-качество, могут улучшить ваш
производственный процесс.
4: Смолы
Используемый здесь и в отрасли термин «армированный пластик» относится к полимерам
или пластикам, армированным волокном. Армирующее волокно — это обычно
стекловолокно, а наиболее широко используемый полимер — это ненасыщенная
полиэфирная смола. Термин «ненасыщенная» относится к реактивным жидким
полиэфирным смолам, которые «катализируются» (или инициируются) для отверждения с
образованием жесткой структуры. Технически более правильно говорить, что химия смолы
«инициируется», но в отрасли чаще используется термин «катализируется».
Выбор смолы очень важен и основывается на факторах обслуживания, верности качеству,
цены, близости поставщика, ассортимента и др. Специалисты технической поддержки АОС
помогут подобрать систему смолы с учетом назначения конечного продукта.
Предлагаются различные рецептуры смол с различными характеристиками времени
гелеобразования, текучести, вязкости, тиксотропии, степени эмиссии и содержания стирола.
Конкретная рецептура изготавливается в соответствии с требованиями заказчика.
Существует два базовых подхода к созданию подложки для акрилового листового
термопласта:
• использование чистой смолы
• использование наполненной смолы
Барьерное покрытие на основе винилэфира Hydropel® между листовым термопластом и
стеклопластиковой подложкой значительно улучшает влагостойкость изделия.
В акриловых ванных и умывальных раковинах стеклопластиковая подложка обычно
изготавливается на основе ортофталевой смолы общего назначения.
В спа-системах и других изделиях, находящихся в постоянном контакте с горячей водой,
некоторые производители предпочитают использовать материалы с более высокой
влагостойкостью. Часто наносят слой чистой винилэфирной смолы в качестве скинкоута или
барьерного покрытия, который исключительно устойчив к влаге, между листом термопласта
и стеклопластиковой подложкой. После нанесения этого слоя чистой (ненаполненной) смолы,
менее дорогая смола общего назначения используется в массе стеклопластикового
армирования. Масса может быть наполненная или ненаполненная.
Второй подход, с успехом используемый многими изготовителями, заключается в
использовании наполненной смолы с рубленым стекловолокном в 100% конструкции
непосредственно за лайнером. Этот подход менее затратен и вполне успешен при строгом
контроле качества.
В подложках для АБС смолы AOC могут использоваться в качестве скинкоута из чистой
смолы и затем в наполненном виде для массы ламината, либо в качестве 100% наполненной
системы для подложки АБС. Эта система может использоваться как в чистом, так и в
наполненном виде, что устраняет необходимость применения двух химически различных
типов смол. «Система одной смолы» устраняет необходимость хранить и обращаться с двумя
типами смол и обладает хорошей адгезией как к акрилам, так и к АБС.
Необходимо минимизировать колебания температуры нанесения. Многие изготовители
устанавливают устройства контроля температуры на емкости «дневного запаса» или
нагреватели на пистолеты напыления, чтобы обеспечить постоянную температуру подачи
материала. Постоянство температуры в цехе — еще один принципиальный способ контроля
температуры нанесения. Для обеспечения максимально однородного и высокого качества
стеклоармированной подложки необходимо регулировать рецептуру смолы с учетом
летних/зимних изменений времени гелеобразования. Примечание: «Время гелеобразования»
- это время, за которое смола загущается в бумажном стакане при перемешивании так, чтобы
шпатель не погружался, длительность варьируется в зависимости от изменения количества
катализатора и рецептуры смолы.
Технические специалисты AOC помогут вам установить диапазон температур нанесения и
время гелеобразования в рамках первичного посещения.
5: Эмиссия
Если изготовителю необходимо снизить содержание летучих органических компонентов
(VOC) или опасных загрязнителей воздуха, можно использовать системы с пониженным
содержанием стирола или повышенным наполнением. Эти смолы разработаны таким
образом, чтобы исключить необходимость серьезных модификаций процесса производства.
6: Катализатор (Инициатор)
Наиболее часто используемый тип катализатора в смолах для акриловых или АБС подложек это МЭКП (метилэтилкетонпероксид). Обычно катализатор используют в дозировке от 1.0%
до 1.5% на вес смолы, в зависимости от типа катализатора, загрузки наполнителя, требуемого
времени гелеобразования, температуры окружающей среды и других условий в цехе.
Изменения температуры окружающей среды в связи с сезонными изменениями погоды и
незначительные, вроде бы, изменения в производственном процессе могут оказать серьезное
влияние на характеристики смолы. Мы можем помочь вам выбрать тип катализатора и
отрегулировать дозировку катализатора, если вы предоставите техническому специалисту
АОС полную информацию об условиях в цехе и о процессе производства.
Использование катализатора в дозировке выше рекомендованной может оказать негативное
воздействие на готовый продукт. Носитель в катализаторах типа МЭКП — нереактивный
растворитель, в высоких дозировках может снизить развитие твердости и продлить
отверждение, что отрицательно скажется на характеристиках готового изделия.
МЭКП — наиболее часто используемый катализатор, также называемый инициатором.
Разбавленный катализатор можно использовать в жаркие месяцы лета, предварительно
необходимо проконсультироваться со специалистами компании АОС. Использование
разбавленного катализатора в холодных условиях может оказать негативное воздействие на
готовые изделия. При достаточной прикатке и достаточном времени смачивания можно
использовать продукт с увеличенным временем гелеобразования. Если требуется
увеличенное время гелеобразования, AOC может отрегулировать время гелеобразования
продукта в соответствии с вашими требованиями.
Снижение эмиссии летучих органических компонентов достигается путем снижения времени
гелеобразования до минимально необходимого времени работ плюс еще немного времени
дополнительно. Оптимизацию времени гелеобразования следует проводить только по
рекомендациям технического специалиста АОС.
7: Стекловолокно
Стекловолокно может использоваться в виде рубленого стекловолокна («ровинга»), мата или
ткани. Наиболее распространенная технология нанесения — с помощью пистолета для
рубленого ровинга, при изготовлении ванн используется ручная выкладка и стекломаты или
валик с подачей под давлением и стекломаты.
Подходящая структура ламината — это часть инженерного проектирования изготовителя.
Спецификация проекта определяет тип стекла и процент стекла в изделии.
Ровинг и маты — наиболее широко используемые типы армирующих материалов для
стеклопластиковых подложек.
Конкретные значения прочности указаны в инженерных спецификациях на конкретное
изделие. Обычно используется от 15 до 35% рубленого стекловолокна в качестве
армирования. Рубленый ровинг и стекломаты в 2-3 раза дороже наполненной смолы (за
фунт). Поэтому по экономическим причинам не следует использовать больше стекла, чем
необходимо для достижения требуемой прочности, жесткости и снижения эмиссии.
Содержание стекла влияет на механические свойства. Верхний предел концентрации
стекловолокна определяется количеством, которое может быть смочено наполненной смолой,
и рабочими характеристиками устройства для рубки. Также важна длина стекловолокна.
Слишком короткое рубленое стекловолокно чаще соскальзывает со стенок. Слишком длинное
рубленое стекловолокно чаще торчит на поверхности, погружаясь в смолу лишь частично.
Головки пистолета для рубки можно точно отрегулировать для получения нужной длины
стекловолокна.
8: Наполнители
Армированный стеклопластик может быть наполненным или ненаполненным. Все чаще
неорганический наполнитель добавляют в смолу для снижения стоимости, усадки или
эмиссии летучих органических компонентов во время нанесения и отверждения.
Наполнители также используются для обеспечения огнестойкости и улучшения
механических свойств. Наиболее широко используемые наполнители в стеклопластиковых
подложках: карбонат кальция (CaCO3), сульфат кальция (CaSO4), тригидрат алюминия (АТГ)
и их смеси.
Существует распространенное заблуждение, что неорганические наполнители
взаимозаменяемы в производственном процессе. Напротив, выбор наполнителя (тип и марка)
является важным элементом конструкции продукта и неотъемлемой частью однородности
продукции. Технические специалисты AOC помогут вам подобрать наполнитель в
соответствии с характеристиками вашего процесса и требованиями к конечному продукту.
После того, как выбор сделан, не меняйте наполнитель без предварительной консультации с
техническими специалистами AOC.
АТГ — наиболее популярный наполнитель для придания огнестойкости и снижения
дымообразования. CaSO4 — второй по популярности наполнитель для придания
огнестойкости и снижения дымообразования. АТГ и CaSO4 содержат химически связанную
воду, благодаря чему эти продукты используются для огнезащиты. Эти два наполнителя при
сгорании разлагаются с выделением воды, которая тушит огонь. CaCO3 разлагается до
диоксида углерода, который замещает необходимый для горения кислород. АТГ — самый
дорогой наполнитель, после него идет CaSO4, затем CaCO3. Некоторые изготовители
смешивают АТГ с CaCO3 или CaSO4.
Загрузка наполнителя варьируется от 30 до 60%, некоторые изготовители с успехом
используют большее или меньшее количество. Пониженная загрузка наполнителя в спасистемах позволяет использовать больше стекловолокна для повышения конструкционной
прочности, требуемой при больших габаритах. Тип наполнителя, марка и дозировка
определяются на основании данных о стоимости, степени усадки, твердости поверхности,
жесткости, прочности, совместимости со стекловолокном, эмиссии, степени огнестойкости и
снижения дымообразования и других факторах. Запросите у своего поставщика наполнителя
рекомендации по достижению желаемых характеристик готового изделия.
И еще один немаловажный момент. Необходимо помнить, что наполнители гигроскопичны и
должны храниться в сухом помещении, чтобы сохранилась вязкость матрицы и не возникли
дефекты при напылении и прикатке. Соблюдайте рекомендации поставщика наполнителя по
обращению и хранению.
9: Смешивание
Наполнитель следует медленно добавлять к чистой смоле и перемешивать до полного
смачивания наполнителя смолой. Рекомендуется перемешивать матрицу при постоянной
температуре. Это обеспечит постоянство температуры для каждой изготавливаемой партии.
В противном случае время гелеобразования будет удлиняться или укорачиваться в
зависимости от температуры матрицы. Теплая смесь имеет сниженную вязкость, что
улучшает текучесть. Емкость для смешивания должна периодически промешиваться в
течение дня, благодаря этому наполнитель поддерживается в суспендированном состоянии,
не выпадает в осадок и не слипается. Не рекомендуется оставлять наполненную смолу в
баках дневного запаса на длительное время. Рекомендуется оборудовать баки дневного запаса
весовыми датчиками или весами для обеспечения точной загрузки/отвешивания требуемого
количества наполнителя и смолы в емкость для смешивания.
10: Добавки
В соответствии с технологическими требованиями производителя компания АОС может
ввести в смолу различные добавки:
• Добавки для снижения эмиссии летучих органических компонентов (VOC). В результате
влияния таких добавок на ваш продукт может потребоваться изменение времени нанесения и
способа нанесения.
• Тиксотропная добавка может быть введена для повышения тиксотропии или стойкости к
«потекам».
• Смачивающие добавки могут быть введены для обеспечения совместимости с конкретным
стекловолокном или наполнителем.
• Воздухоудаляющие добавки могут быть введены для облегчения удаления пузырьков
воздуха при изготовлении композита.
• Микросферы могут быть добавлены в систему для снижения плотности готового изделия.
Важно помнить, что введение любых добавок в смолу может изменить характеристики
конечного изделия.
11: Оборудование для переработки
Пистолеты для напыления должны быть чистыми и в хорошем рабочем состоянии.
Обратитесь к своему поставщику оборудования за рекомендациями касательно параметров
давления, технического обслуживания, выбора насадки и регулировки ножей.
Необходимо как можно чаще проверять калибровку и подачу рубленого стекловолокна,
минимум два раза в день. Поддержание постоянного соотношения стекло:смола и
постоянной длины стекловолокна обеспечит однородную подачу стекловолокна.
Пистолеты для напыления, хорошо откалиброванные и проходящие регулярное техническое
обслуживание, обеспечивают высокое и стабильное качество.
Правильная подача и смешивание катализатора являются существенным условием при
изготовлении изделий. Необходимо проверить время гелеобразования наполненной системы
— материала, подаваемого из пистолета. Это значение времени гелеобразования должно
соответствовать времени гелеобразования при входящем контроле качества, при условии, что
температура системы одинакова для обоих образцов. Указанием на плохую
подачу/перемешивание катализатора является присутствие в готовом изделии участков, где
гелеобразование не прошло.
Подтекание катализатора или чистящих растворителей из пистолета для напыления на
термопласт может вызвать проблемы на границе между акрилом и подложкой. (Примечание:
Подтекание катализатора из насадки пистолета говорит о том, что оборудование не в
порядке.)
Следует часто менять насадки для напыления. Наполнитель царапает насадку и с течением
времени расширяет отверстия. Чем выше скорость производства, тем чаще необходимо
менять насадки.
12: Входящий контроль качества
Рекомендуется установить входящий контроль качества. Технический представитель
компании AOC может помочь вам наладить базовые процедуры, которые помогут проверять
вязкость, индекс тиксотропности и время гелеобразования смол для сравнения с
Сертификатом анализа, предоставляемым AOC.
Проверяйте вязкость каждой партии акриловой связующей смолы HyCryl™.
13: Термоформование
Практика показывает, что листы термопласта, протянутые слишком тонко при
термоформовании, могут привести к образованию пузырей, микротрещин и осветлению
цвета акрила или возникновению дефекта «апельсиновая корка» и повышают вероятность
деламинации. «Апельсиновая корка» - это зоны деформации листа термопласта в результате
тепла экзотермы, выделяющегося из ламината подложки. Наиболее вероятно возникновение
такого дефекта в зонах глубокого рельефа и на углах. Свяжитесь со своим поставщиком
листового термопласта для получения рекомендаций по термоформованию, чтобы избежать
получения тонкотянутого акрила.
Хорошо протянутый каркас из термопласта обеспечивает отличное связывание со смолой
HyCryl ®.
14: Подготовка каркаса
AOC рекомендует, чтобы поверхность каркаса из термопласта была чистая, сухая, без следов
влаги и пыли для обеспечения хорошей адгезии к акрилу.
Свяжитесь со своим поставщиком листового термопласта для получения рекомендаций по
очистке.
Одним из вариантов очистки является использование тока сжатого ионизированного воздуха
для удаления пыли с устранением накопления статического электричества. Необходимо
периодически проверять воздуховоды на наличие загрязнений, таких как масло, которое
может попасть на изделие и ухудшить адгезию.
Перед нанесением стеклопластикового ламината каркас должен быть чистым, сухим и без
пыли.
15: Ламинирование
Необходимо поддерживать постоянную температуру в цехе. Серьезные изменения
температур повлияют на поведение смолы. Не следует допускать падения температуры ниже
18 0С и превышения 32 0С, иначе качество изделия может пострадать. Постоянная
температура в цехе обеспечивает постоянство времени гелеобразования на изделиях.
Примечание: Использование холодных форм может негативно повлиять на механизм сшивки
полиэфира или винилэфира с акриловой поверхностью. В результате может произойти
деламинация. Перед нанесением стеклопластиковой подложки рекомендуется оставить
каркасы прогреться до окружающей температуры в цехе.
Смолы HyCryl™ разработаны для обеспечения превосходного смачивания волокна.
В большинстве случаев, стеклопластиковая подложка наносится в два или три слоя до общей
толщины от 4,5 до 8 мм. Конечная толщина зависит от размеров изделия (ширина пролета) и
требуемой жесткости. Правильно спроектированные конструкционные элементы из ДСП,
трубок, формованных вставок или опор могут значительно сократить требуемую толщину и
вес подложки. Толщина подложки также некоторым образом зависит от толщины
сформованного акрила и используемого процента стекловолокна и наполнителя.
На акрил или АБС следует нанести напылением тонкий слой смолы с катализатором. При
использовании пистолетов для напыления, которые работают при низком давлении и с
большим соплом, может быть трудно получить тонкий слой. Может потребоваться нанесение
кистью. Не наносите на термопласт большое количество смолы с катализатором.
Хорошая прикатка предотвращает образование пустот и воздушных карманов
В качестве первого слоя ламината или клеевого слоя можно нанести чистую смолу или смолу
с наполнителем, которая обеспечит как механическую, так и химическую связь со
следующим слоем. Некоторые изготовители используют ту же наполненную смолу на 2 или 3
этапе процесса ламинирования. Ключевым моментом является поддержание постоянной
толщины в течение всей фазы ламинирования и соблюдение схемы ламинирования,
разработанной в соответствии с техническим проектом изготовителя. Для измерения
толщины нанесения используйте толщиномер. Не допускайте возникновения зон с
повышенным содержанием смолы, они будут выделять большое количество тепла.
Старайтесь равномерно распределять смолу со стекловолокном. Неравномерность толщины
будет заметна по неоднородности цвета изделия. Это можно предотвратить путем нанесения
смеси равномерным проходом пистолета с полным нажимом.
Армирующий мат можно добавить в зоны, требующие дополнительной прочности.
Когда начинается ламинирование, напыление начинают с нижней части изделия от борта и
идут вверх. Это устраняет накопление сухого стекловолокна в зоне борта и снижает
вероятность попадания сухого стекловолокна на субстрат. Сухое стекловолокно на субстрате
вызывает образование пустот или участков расслоения без адгезивного связывания.
Рекомендуется прикатать/прижать каждый слой вручную. Очень важно обеспечить хорошую
прикатку первого слоя на акриле или АБС для предотвращения образования пустот или
воздушных карманов между двумя субстратами.
Если изготовитель не использует прикатку или использует незначительно, рекомендуется
протестировать систему смолы на достаточность силы адгезии к листу термопласта в
конечном изделии. Смолы для подложки обычно требуют прикатки на первом этапе
ламинирования по термопласту.
Между изготовлением изделий валики и опрессовочный инструмент обычно хранят в
мыльном растворе или в растворителе. Важно удалить мыльный раствор или растворитель с
инструментов перед возобновлением опрессовки/прикатки. Вода или растворитель
ингибируют отверждение и могут вызвать образование молочно-белых зон на изделии.
16: Отверждение
После завершения всех этапов ламинирования изделие проходит процесс отверждения. Не
следует допускать воздействия холодного воздуха на изделие. Холодный воздух замедлит
отверждение, потоки холодного воздуха приведут к неравномерному отверждению
поверхности.
Измерьте температуру экзотермы с помощью ИК-прибора или индикаторных полосок. Если
наблюдаются локальные зоны высоких пиковых температур, ищите участки с высоким
содержанием смолы без стекловолокна или с неравномерной подачей материала/толщиной
слоя.
Оставьте ламинат отверждаться в зоне, где отсутствуют потоки холодного воздуха.
17: Финишная обработка
Во время цикла отверждения возникает связывание с акрилом или АБС. Вибрация в процессе
зачистки может вызвать расслоение, если степень отверждения недостаточна.
Для минимизации отслаивания листа термопласта рекомендуемое значение твердости по
Барколу перед обработкой составляет 20 HB.
Проверьте твердость по Барколу перед зачисткой.
18: Обращение и транспортировка
Следует соблюдать осторожность при извлечении изделия из формы. Подбивание слишком
большого количества клиньев по краям, бортам или в глубоких зонах может вызвать
микроразрывы поверхности термопласта. Отсутствие бережного обращения при
транспортировке может вызвать повреждение изделия.
19: Испытание адгезии
Многие изготовители разрабатывают собственные цеховые методы измерения адгезии
сцепления. Можно быстро и легко оценить степень адгезии при финишной обработке. Края
изделия обычно обрезаются. Разломите пополам один из таких отрезанных краев. Признаком
хорошей адгезии является присутствие разорванного стекловолокна. Однако для большей
точности и получения количественного значения силы адгезии рекомендуется использовать
метод измерения прочности на разрыв перпендикулярно слоям ASTM C297. Компании,
желающие измерить прочность адгезии по этому стандарту, но не имеющие необходимого
оборудования, могут отправить образцы продукции в стороннюю организацию на испытания.
Испытание прочности на разрыв перпендикулярно слоям по ASTM C297 дает числовое
значение адгезии между листом термопласта и стеклопластиковой подложкой.
Множество факторов влияет на способность полиэфирной или винилэфирной смолы
образовывать связь с акрилом или АБС. Смола — лишь один из таких факторов. Тип и
количество наполнителя, условия производства при термоформовании и даже тип и цвет
акрила или АБС — вот только некоторые факторы, влияющие на способность смолы
образовывать сцепление. Необходимо оценить пригодность использования конкретной смолы
в конкретных условиях производства.
Ограничение ответственности: Компания AOC рада предоставить вам решения,
содержащиеся в настоящем руководстве. Примите во внимание, что наши рекомендации
носят общий характер, и вы несете полную о окончательную ответственность за разработку и
изготовление своей продукции. Никакая информация, содержащаяся в данном руководстве,
не может рассматриваться как гарантия.