Qui Trình Làm Khuôn Composite

Trong tất cả các ưu ựiểm của vật liệu composite, có lẽ khả năng tạo khuôn có hình dạng phức tạp là thông dụng nhất. Gia công vật liệu composite ắt tốn chi phắ ngay cả khi sản xuất ựại trà các chi tiết nhựa. Khuôn phải có hình dạng rõ nét và tốn ắt thời gian ựể hoàn tất sản phẩm.

Dưới ựây sẽ mô tả các bước cần thiết ựể tạo khuôn sản xuất các chi tiết composit chắnh xác, chất lượng và ắt bị biến dạng. điều này sẽ giúp cho những người mới vào nghề có thể ựạt kết quả tốt hơn. Trong khi tất cả các nguyên tắc ựã ựược biết ựến cũng giống nhau về các ựiều kiện kỹ thuật, cách này chỉ cần sử dụng xưởng nhỏ, garage ựể sản xuất.

Các bước trong qui trình làm khuôn: Ớ Lập bản vẽ sản phẩm.

Trang- 53 - Ớ Chép khuôn

Ớ Làm sản phẩm mẫu 4.3.1. Lập bản vẽ sản phẩm

Phác thảo sơ bộ hình dạng sản phẩm, dự kiến sản phẩm làm bằng vật liệu gì, dự ựoán các biến dạng hình học của sản phẩm, ựộ co ngót khi gia công sản phẩm. Mô hình sản phẩm sẽ có kắch thước bằng với kắch thước thật của sản phẩm cộng với kắch thước bị co ngót. Vật liệu composit UPE gia cường có ựộ co ngót 5 Ờ 8%, sản phẩm ựúc bằng nhựa UPE có ựộ co rút 2 Ờ 4%.

4.3.2. Làm mô hình sản phẩm

Từ bản vẽ chi tiết sản phẩm, ựưa ra bản vẽ mô hình sản phẩm, trong ựó có tắnh ựến ựộ co ngót và công nghệ tiến hành. Các thông số này phải ựược thể hiện chi tiết trên bản vẽ 3 D của mô hình, ựể từ ựó xác ựịnh ựường phân khuôn.

Mô hình sản phẩm có thể là một món hàng có sẵn hay một vật ựược tạo hình giống sản phẩm. Các cấu tạo hay kết cấu ựặc biệt muốn có trên sản phẩm thì phải có trên bề mặt mô hình sản phẩm.

Thực hiện mô hình mẫu, cần chọn nguyên liệu làm mẫu thắch hợp theo yêu cầu và tắnh chất, hình dạng sản phẩm ựơn giản hay phức tạp. Một trong những ựiều quan trọng trong chế tạo khuôn là giai ựoạn chuẩn bị mẫu, là bước ựầu tiên ựể tạo khuôn. Sau ựó là ựến các sản phẩm, bề mặt tốt nhất cho mẫu phải là loại A, nghĩa là nó có ựộ bóng cao, không bị trầy xước. Xử lý bề mặt mẫu tốt nhất sẽ cho bề mặt khuôn tốt và bền.

Mô hình sản phẩm có thể ựược làm bằng bất cứ vật liệu gì có sẵn, miễn là bề mặt nó phù hợp với giai ựoạn làm khuôn kế tiếp. Một số vật liệu thông thường dùng tạo mô hình sản phẩm gồm có gỗ, vữa, kim loại và xốp PU: PU xốp có ưu ựiểm là dễ tạo hình sơ bộ nhưng mất thời gian trét kắn lỗ xốp. Có hai cách tạo hình từ PU xốp: Cắt gọt tạo hình từ tấm PU xốp hoặc dùng hệ Ộ Trộn và rótỢ gồm hai thành phần phản ứng hoá học ựể tạo xốp trong cốc khuôn có hình dạng sản phẩm.

So với PU xốp thì gỗ ựịnh hình tốt, cấu trúc vững, không cong vênh, dễ ựắp mặt và chà nhám, dễ sửa chữa.

để tăng ựộ bền cho mô hình sản phẩm làm từ vật liệu xốp, gỗ, người ta ựắp lớp nhựa - sợi thuỷ tinh lên mô hình sản phẩm sau khi hoàn tất việc tạo hình.

Mô hình sản phẩm nên sơn một màu ựồng bộ (màu sáng) ựể dễ kiểm tra sai sót, làm cùng một loại vật liệu ổn ựịnh về thành phần hoá học, yêu cầu có ựộ bền cao ựể có thể dùng chép nhiều khuôn sau ựó. Sơn lót epoxy hoặc sơn lót loại dùng cho ôtô ựáp ứng ựược yêu cầu này. Phân bố các gờ nổi và một số mặt phân khuôn cần thiết trên mô hình sản phẩm. Chú ý là trước khi dán các chi tiết phụ lên mô hình hoặc trước khi phủ sơn lót lên bề mặt phải trà nhám ựể tạo ựộ bám dắnh. Sau ựó, chà mịn ựể tạo bề mặt phẳng, bóng láng cho mẫu.

Như vậy, các bước tạo mô hình sản phẩm lần lượt như sau: Tạo hình

đắp mặt (nếu có)

Trét primer, mastic cho xe hơi ựể bịt kắn các lỗ li ti và làm mịn bề mặt. Chà giấy nhám ựến khi bề mặt bóng láng như gương.

4.3.3. Chép khuôn 4.3.3.1. Chuẩn bị

đầu tiên, qúet chất róc khuôn lên mẫu. đây là bước quan trọng nhất, vì nếu có một chỗ nào ựó không ựược phủ chất róc khuôn, khi ựó không thể lấy khuôn và có thể làm hỏng bề mặt khuôn và mẫu. Chú ý qúet ựều và kỹ, nhất là ở các góc cạnh. Chất róc khuôn có thể hoặc kết hợp WAX (dùng cho sản phẩm) và PVA hoặc chất róc khuôn một giai ựoạn như Fibrelease.

Khi dung WAX, quét bốn lớp, ựợi một giờ giữa hai lớp hai và ba. Sau khi lớp WAX cuối cùng ựược ựánh bóng, phun 3 lớp mỏng PVA và ựể cho khô trong 30 Ờ 45 phút. Fibrelease có thể ựược lau bằng vải mềm hoặc phun lên mẫu, ựể khô 30 phút. Phải ựảm bảo phủ ựều chất róc khuôn ở bề mặt các gờ nổi và mặt phân khuôn.

Trang- 55 - 4.3.3.2. Chép khuôn

Với hầu hết các khuôn, thường sử dụng nhựa polieste và mat strand cắt ngắn 400 Ờ 500 g/m2. Có thể tăng ựộ bền và bề dày khuôn bằng cách dùng sợi roving dệt hoặc các kết cấu tạo hình (chỉ dùng cho khuôn ựể tăng tắnh ổn ựịnh).

Với khuôn polieste, ựầu tiên quét lớp gelcoat (loại ựặc biệt chỉ dùng cho khuôn, thường có màu vàng cam sáng) cho gelcoat ựúng tỷ lệ ựể ựạt kết quả tốt nhất. Nên dùng súng phun phun gelcoat (gelcoat cup gun) 3 lần, mỗi lần 0.1 Ờ 0.2 mm ựể tạo bề dày tổng cộng 0.5- 0.6 mm.

Sau khi lớp geloat khô trong 1.2 Ờ 5 giờ ựắp một lớp mat ựể ổn ựịnh lớp gelcoat tránh bị co rút hoặc tách bề mặt mẫu. Quét một lớp nhựa lên trên lớp gelcoat, xong ựặt lớp mat lên, nhớ quét nhẹ ựể tránh hiện tượng làm trầy lớp gelcoat.

Chú ý ựể lớp mat ép sát các ựường viền của mẫu, ựẩy tất cả bọt khắ bị nhốt ra ngoài ựể lớp mat tỳ sát vào bề mặt mẫu và ựược thấm nhựa ựồng bộ. Vùng không có hoặc không ựủ nhựa và có bọt khắ sẽ có màu trắng ựục trên nền gelcoat của khuôn. Dùng con lăn cứng ựể ựẩy bọt ra khỏi lớp mat và một con lăn tẩm nhựa có khắa ựể giúp tẩm nhựa ựều. Chú ý các vùng góc nhọn và chỗ gồ ghề, sợi dễ bị phồng lên, không ôm sát bề mặt. Sau khi nhựa gel, những vùng còn bọt khắ phải ựược cắt ra cẩn thận bằng dao chuyên dùng và thay vào ựó miếng vá dạng tấm vứa khớp. đắp các miến băng lên các bờ rìa, dùng hỗn hợp nhựa xúc tác và sợi xay nhỏ trộn lại và quét lên ựể chống bọt khắ.

Ngay khi lớp mat ựầu này ựóng rắn, trộn các cát mịn với nhựa ựổ lên, sau ựó ựắp mat tương tự như lớp ựầu. đa số các khuôn có 8 Ờ 10 lớp sợi, thường ựắp 3- 4 lớp trên 1 lần, tránh ựắp tại trung ựộ giảm thiểu nhiệt toả ra ảnh hưởng ựến khuôn. Sơn lớp mat thứ 3 một lớp roving dệt hoặc kết cấu dùng làm khuôn có thể ựược thêm vào ựể tạo ựộ dày cho khuôn. Thông thường, bề dày khuôn nên gấp ựôi bề dày sản phẩm.

Khuôn ựược ựể ựóng rắn ắt nhất 24 h trước khi tháo khuôn. Một vài kết cấu ựỡ khuôn ựược gắn vào phắa sau khuôn trước khi dỡ khuôn khỏi mẫu. Phần lơn khung gia cố làm bằng gỗ hoặc vật liệu không ựắt tiền. Cắt gỗ ựể tạo hình cho hợp với ựường viên khuôn, hoặc làm khung. Không ựể cho cấu trúc hỗ trợ này chạm ựến khuôn vì sẽ tạo vết trên khuôn. Sử dụng nhựa và sợi ựể liên kết với khuôn, sau khi ựóng rắn, chúng sẽ dắnh cứng vào khuôn.

Gờ tách khuôn gắn ở xung quanh vòng ngoài khuôn, giữa khuôn và mẫu, tựa vào gờ, người ta tháo sản phẩm ra một cách nhẹ nhàng. Với gờ có rãnh dẫn không khắ, ựược gắn với máy nén khắ, dùng làm tách những vùng khó tách.

Dùng cái nêm bằng nhựa ựể gỡ khuôn thì dễ hơn và không làm trầy bề mặt khuôn so với việc dùng vắt hay dao. Gắn các cái nêm xung quanh khuôn và gõ nhẹ. Nếu phần nào khó gỡ thì dùng khắ nén ựể gỡ. Nếu vẫn không gỡ ựược, dùng cái vồ bằng cao su rung cho tới khi tách ựược khuôn ra. đừng có cố gỡ ra thì làm ảnh hưởng ựến bề mặt khuôn.

Sau khi tháo khuôn, dùng nước ấm rửa sạch chất róc khuôn còn lại trên khuôn và kiểm tra lại bề mặt, các sai sót trên khuôn phải ựược xử lý bề mặt và sửa lại. Nhớ là các lỗi trên khuôn như các vết trầy xước, không thẳng hàng, kắch thước không chắnh xác sẽ xuất hiện trên sản phẩm làm ra từ khuôn ựó.

4.3.4. Bảo trì khuôn

4.3.4.1. đánh bóng khuôn

Trước khi gia công sản phẩm trong một khuôn, khuôn phải ựược chà bong bằng giấy nhám (có cát) ướt và ựánh bóng ựến (loại A). Giấy nhám nước dùng theo số tăng dần, sử dụng 400, 600, và cuối cùng giấy nhám 1000. Mỗi lần thay giấy nhám mịn hơn, cần thay nước trong xô và rửa bề mặt khuôn ựể chắc chắn không còn các hạt thô hơn. đánh bóng bằng vật ựệm quay tốc ựộ cao gồm 2 bước.

Bước 1: xoá các vết trầy xước do cát.

Trang- 57 - 4.3.4.2. Quét chất róc khuôn

Sau khi ựánh bóng khuôn, phải quét chất róc khuôn lên bề mặt giống như khi chuẩn bị mô hình sản phẩm. Khuôn mới khi chưa sử dụng thường ựược phủ một lớp tác nhân róc khuôn ựể bảo vệ, ựể 3 ngày cho khuôn ổn ựịnh.

Cuối cùng trước khi sử dụng thoa lớp chóng dắnh cho khuôn. Bước này thực hiện giống như trong lúc làm khuôn. Một khuôn còn mới ựòi hỏi phải dùng nhiều chất róc khuôn và ựánh nhiều lần ựể ựảm bảo có thể gỡ khuôn tốt.

4.3.4.3. Sửa chữa

Trong trường hợp phá khuôn không ựúng cách làm hỏng khuôn, phải sửa khuôn lại. Phần vật liệu bị hỏng hoặc bị mềm ựược loại bỏ bằng cách trà giấy nhám hoặc mài, giũa và quét gelcoat dùng cho khuôn lên vùng ựó, phủ lên vùng sửa chữa lớp giấy có WAX hoặc PVA ựể làm phẳng bề mặt vùng cần sửa. Sau khi ựóng rắn vùng sửa có thể ựược trà giấy nhám và ựánh bóng bằng vải mềm ựến ựộ bóng như trước.

4.3.5. Xem xét việc làm khuôn ựặc biệt4.3.5.1. Khuôn nhiều mảnh 4.3.5.1. Khuôn nhiều mảnh

Trong một số trường hợp, hình dạng của mẫu ựòi hỏi phải làm khuôn nhiều mảnh ựể tách khuôn và tháo sản phẩm dễ. Nên cân nhắc ựến các phần của khuôn, vì phải tháo các chi tiết của khuôn ra nên phải ựảm báo góc của các chi tiết không lớn hơn 90 oC nghĩa là vị trắ mở khuôn là phần rộng nhất của khuôn.

Khi làm khuôn nhiều mảnh, ựầu tiên, tạo một gờ trên mô hình mẫu ở nơi dự kiến chia khuôn ra thành nhiều mảnh , gọi là ựường phân khuôn mong (Parting dam). Gờ này ựượ làm bằng vật liệu xây dựng, kim loại hay nhựa (nhiệt rắn hay nhiệt dẻo), và ựược ựịnh vị bằng ựất sét. Các vị trắ góc nhọn mà không có bán kắnh phải ựược ựặt trên ựường phân khuôn.

Trên gờ phân khuôn, khoan các lỗ ựể bắt chốt ựịnh vị dùng ghép các mảnh khuôn lại. Gắn các chốt hay ựinh ốc mủ bằng nhỏ khoảng Ử - ớ inch

lên gờ phân khuôn. Sau khi làm nửa khuôn ựầu tiên (ựắp tràn sợi thuỷ tinh qua tấm phân khuôn tạo be của khuôn ), sẽ tạo những lỗ lõm (của ựinh hoặc chốt) trong nửa khuôn này sau khi phần khuôn ựầu tiên ựã ựóng rắn, gỡ gờ phân khuôn ựi và sử dụng mép phần khuôn ựã chép làm gờ phân khuôn cho nửa tiếp theo. Quét chất róc khuôn lên bề mặt này trước khi tiếp tục chép khuôn. Khi làm nữa khuôn kia nhựa sẽ ựi vào các lỗ này và tạo chốt trong nửa khuôn thứ 2 hoặc sau khi chép khuôn xong, trước khi tách các mảnh khuôn ra khỏi mô hình sản phẩm, ngưới ta khoan lỗ trên be ựể bắt ốc vắt giữ 2 mảnh khuôn ghép chắnh xác vớI nhau khi làm sản phẩm thường làm theo cách này.

Với khuôn nhiều mảnh, vẽ lại khuôn hoàn tất này trước khi tháo khuôn ựể tránh các sự cố khi ráp khuôn.

4.3.5.2. Các phương pháp chép khuôn yêu cầu ựặc biệt

Nếu ựộ bền và ựộ ổn ựịnh kắch thước là các yếu tố quan trọng trong việc làm khuôn, dùng nhựa epoxy thah cho polyester.

Cách làm này cũng giống như với nhựa polyester ngoài trừ mat không dùng ựược với epoxy, do chất gắn dùng ựể giữ các sợi thuỷ tinh cắt ngắn với nhau thành tấm không tương hợp với nhựa epoxy vì vậy người ta dùng vải dệt. đầu tiên, sử dụng vải dệt 2 hoặc 4 ounce (1 ounce =28.35 g) ựể hạn chế sự in dấu ra ngoài bề mặt. Sau ựó ựổi loại vải dệt 4 Ờ 10 ounce. để có ựộ cứng tốt nên sắp xếp các lớp sao cho các hướng sợi hợp với nhau một góc 45 o. Dùng cọ quét epoxy lên mẫu (nếu phun phải pha loãng bằng monomer và như thế sẽ giảm ựộ bền lớp phủ ngoài Ờ ND). Vì epoxy có ựộ co rút thấp hơn polyester, không quá cần lớp gia cường ổn ựịnh ngay trên bề mặt lớp phủ.

Nếu ựòi hỏi khuôn ựặc biệt cứng, dùng sợi cacbon thah cho vải sợi thuỷ tinh. Nên dùng nhụa epoxy với sợi cacbon và một chổi quyét bằng cao su mềm ựể phân tán nhựa qua vải sợi tốt nhất.

4.3.6. Làm sản phẩm

Trang- 59 -

Sau khi ựánh bóng và quét chất róc khuôn, tiến hành làm sản phẩm. Bước ựầu tiên của quá trình làm sản phẩm là xác ựịnh loại nhựa và sợi gia cường cần sử dụng. Phần trước ựã ựề cập tắnh chất 3 loại nhựa chắnh, phần này chúng ta sẽ tập trung chọn lựa sợi gia cường.

Khi chọn gia cường thì yếu tố quan trọng nhất là dạng dệt và khối lượng của vải (sợi) vải có khối lượng càng nhẹ thì khá năng phủ qua các ựường viền càng dễ và cần ắt nhựa ựể thấm ướt nó. Vải nhẹ sự dụng chủ yếu cho bề mặt. Vải có khối lượng trung bình dùng ựể sản xuất và sửa chữa. Vải nặng nhất dùng ựể tăng nhanh bề dày như làm khuôn và thân tàu.

Lượng nhựa cần dùng phụ thuộc vào khối lượng vải ựược chọn. Tỷ lệ sợI nhựa cho hầu hết sợi thuỷ tinh dạng dệt và KevlarR khoảng 50 : 50 trong khi sợi cacbon là 60:40 sợi thuỷ tinh dạng mat yêu cầu nhựa gấp 2 lần sợi ựể có thể thấm ướt sợi. Dùng thêm vật liệu làm lõi sandwich giữa các lớp sợi ựể tăng ựộ bền cho sản phẩm như gỗ nhẹ, xốp PU, xốp vinyl, tàn ongẦLõi có bề dày phụ thuộc vào ứng dụng. độ bền và và ựộ cứng sản phẩm tăng lên ựáng kể trong khi khối lượng chỉ tăng thêm rất ắt.

4.3.6.2. Quá trình thực hiện

Sau khi lựa chọn ựược nhựa và sợi, ta bắt ựầu làm sản phẩm. đầu tiên, phủ một lớp róc khuôn. Trong khi chờ chất róc khuôn khô, cắt sợI theo kắch thước và số lượng phù hợp, nếu dùng sợi mat thì xé thay vì cắt. Các phần bị xé có ựường biên bị xơ ra sẽ trộn lẫn vào nhau trong khuôn làm tăng ựộ bền liên kết thay vì cắt. Sử dụng sợi dệt tại các vị trắ cần ựộ bền lớn nhất và ựịnh hướng. Với dạng dệt thông thường thì ựộ bền ựồng nhất hơn bằng cách chọn mức ựộ ựịnh hướng sợi 0/90 và 45/45.

Qúa trình thực hiện tương tự như các bước làm khuôn. Khi làm ở khuôn cái thì ựầu tiên là phủ gelcoat lên bề mặt khuôn. Bước này không cần thiết trong quá trình sản xuất trừ khi sản phẩm cần ngoại quan ựẹp. Ngoài ra, nếu ựắp trực tiếp lớp nhựa/sợi ựầu tiên lên bề mặt khuôn thì có thể làm bề mặt

không ựều, bị rổ, in vết bẩn khi vận chuyển, cầm nắm. để khắc phục, người ta ựắp 1 lớp sợi nhẹ trước rồi mới ựắp lớp nhựa/ sợi như bình thường.

Cách sử dụng gelcoat tốt nhất là phun 1 lớp dày 0.375 Ờ 0.5 mm quá