Lamineringsmetoder

Om en komposittillverkning sker så att kompositen läggs i skikt som varvas kallas slutresultatet laminat och metoden kallas laminering. Ofta kallas även andra komposituppläggningsmetoder av armerad plast som inte strikt läggs i varvade skikt för laminering varvid de metoder som utnyttjas då en fiberarmerad plast framställs generellt kallas lamineringsmetoder.

För att konstruera ett föremål i fiberarmerad härdplast krävs att fibrerna väts av plasten ovanpå eller inuti någon typ av form. För privatpersoner och vid mindre industriella serier handlar det ofta om att laminatet skapas antingen genom att fibern placeras på eller inuti formen varvid den direkt väts med den härdande plasten. Det kan även handla om att fibern är förimpregnerad med harts (s.k. Pre-preg) som härdas genom att laminatet värms upp. En tredje vanlig metod för att skapa billiga laminat snabbt är att den härdande plasten sprutas på formen tillsammans med avhuggen armeringsfiber.

Undvika luftbubblor i laminatet

Det härdande våta laminatet måste behandlas för att laminatet skall bli tätt och följa formen väl samt för att luftbubblor i laminatet undviks, vilka annars bla kan försämra hållfasthetsegenskaperna avsevärt för det härdade laminatet.

Denna behandling kan ske manuellt genom att det våta laminatet pressas med metallroller, spackel eller pensel. Behandlingen kan även ske genom att armeringsfibrer lindas runt laminatet om detta tillåts varefter eventuellt tejp eller polyetenplast späns över.

En annan metod är att utnyttja en yttre form tillsammans med en inre form som det blöta laminatet pressas mellan.

En generell metod som ofta utnyttjas vid mer seriös laminering av privatpersoner eller i mindre industriell skala är att en plastduk spänns över laminatet varefter luften sugs ut, en metod som kallas vakuum bagging.

Vissa av dessa metoder utnyttjas även för att pressa ut så mycket plast som möjligt för att därmed ge ett laminat med högre fiberhalt som därmed blir styvare och starkare i förhållande till vikten.

Laminering vått-i-vått

För att få ett homogent laminat där plasten tillsammans med armeringsfibrerna bildar en enhet bör laminatet i största möjliga mån läggas ”vått-i-vått”. Detta innebär att laminatet bör läggas på en gång så att plasten inte har hunnit härda innan nästa lager läggs på. Annars finns alltid risk för att laminatet blir svagare mellan olika fiberlager och kan delaminera vilket innebär att det delar på sig utmed ett laminatlager vid belastning.

Om det inte är möjligt att lägga laminatet vått-i-vått, om tex föremålet som skall lamineras är för stort, om det krävs så tjocka laminat att det finns risk för att härdplasten överhettas pga den exoterma reaktionsvärmen inte hinner avkylas, om uppbyggnad av kompositföremålet kräver att det sker i steg eller liknande bör man eftersträva att laminatlagrerna inte hinner genomhärda utan att nästkommande lager läggs då laminatet fortfarande är klibbigt.

Om laminat ändå måste läggas på genomhärdat laminat krävs det att ytan förbehandlas innan enligt följande:

Polyester – förberedelser innan laminering på genomhärdat laminatskikt

Polyester innehåller ofta vax för att reducera styrenavdunstningen. Detta gäller speciellt s.k. miljöpolyester och topcoat. I det härdade laminatet ligger vaxskiktet på ytan och begränsar möjligheten för att ett ytterligare lager med polyester (vinylester eller epoxi) skall kunna fästa. Vaxlagret avlägsnas med aceton som även gör ytan klibbig vilket förbättrar möjligheten för nästa polyesterlager att binda sig med det tidigare.

Ännu bättre blir resultatet om ytan efter rengöring av aceton raspas eller slipas grovt. Innan den nya lamineringen påbörjas tas allt damm bort med vatten varefter ytan rengörs med aceton.

Förfarandet sker på samma sätt vid laminering med vinylester.

Epoxi – förberedelser innan laminering på genomhärdat laminatskikt

Då lamineringsepoxi härdar i kontakt med luft påverkar luftens koldioxid och vattenånga epoxin varvid det bildas ett tunt osynligt karbonatskikt på den det härdade epoxilaminatets yta. Karbonatskiktet försämrar möjligheten för ytterligare epoxilager att fästa perfekt. Skiktet tas bort genom att ytan tvättas med 10 procentig citronsyralösning eller ättiksyra, helst i kombination med grov slipning av ytan. Eventuellt damm sköljs bort och ytan tvättas ren från eventuellt fett eller smuts med aceton direkt innan nästa lager lamineras på. Detta är extra viktigt då lamineringsepoxi normalt inte innehåller några lösningsmedel som kan lösa upp fett eller smuts.

Handläggning

Handläggning är den i särklass vanligaste metoden för privatpersoner och mindre industriell framställning samt vid laminering av stora kompositkonstruktioner som tex båtskrov.

Principskiss över handläggning av laminat i honform

Vanligtvis varvas blandad härdande harts med fiberväv eller matta. Fibern väts med hjälp av pensel eller roller tills den är mättad utan att onödig mängd plast tillförs. Är det glasfiber som lamineras går det se relativt tydligt om fibrerna är genomvätta av plasten. Om plasten är något pigmenterat underlättas denna kontrollmöjlighet ytterligare.

Om det är tunna vävar eller mattor (under 300gr/m²) som lamineras i flera skikt räcker det ibland att endast väta vartannat skikt och låta de undre skikten väta de skikt som inte tillförs plast, genom att väven pressas med pensel, spackel eller metallroller. På detta sätt kan man skapa ett laminat med relativt hög fiberhalt (upp mot 60% vid laminering av väv och 50% vid laminering av matta) som därmed har hög styvhet och styrka i hörhållande till vikten. Risken för att laminatet inte blir helt genomvätt ökar dock varvid laminatet kan få luftinneslutningar eller partier med torr väv något som kraftigt försämrar laminatet hållfasthetsegenskaper.

Då hartsen blandas till med härdare och eventuell accelerator innan lamineringen är det viktigt att man bedömer hur mycket plast man kommer att hinna med att förbruka innan den har börjat gela (inom geltiden för polyester och vinylester och inom potlife-tiden för epoxi). Om för stora mängder blandas i ett kärl föreligger risk att härdningsreaktionen rusar efter en stund pga för hög värme från den exoterma härdningsreaktionen i förhållande till den lilla avkylande yta. Den kvarvarande plasten blir då obrukbar.

Skissen nedan visar hur ett sandwichlaminat med glasfiberarmerad polyester normalt läggs, de olika lagren och ordningen. Detta typ av laminat är vanligt som däck på glasfiberarmerade båtar.

Lamineringen sker enligt följande:

Den polerade, vaxade formen förses med släppmedel, tex isopropanol eller polyvinylalkohol, filmsläppmedel som bildar en tunn vattenlöslig film. Ett till tre tunna lager penslas eller sprutas på. Undvik att få rinnmärken eller strån från penseln, damm eller smuts i släppmedlet. Släppmedlet tillåts torka ordentligt innan laminering på formen påbörjas (tar vanligtvis ca 1 timme, beroende på släppmedelstyp, temperaturen, ventilationen, filmtjockleken osv).
Ett till tre gelcoatlager penslas eller sprutas på formen och tillåts gela mellan, dvs gelcoalten tillåts härda tills den har en geléliknande konsistens men inte är helt hård. Detta tar normalt en halvtimme till någon timme beroende inblandningen av härdare och accelerator och omgivningens temperatur. Om gelcoaten tillåts härda helt binder inte nästa lager kemiskt mot det förra vilket ger risk för delaminering, medan om gelcoaten inte har härdat tillräckligt finns det risk att nästföljande lager löser upp det förra varvid gelcoaten blir skrynklig och ytfinishen förstörs.
Som närmsta lager mot gelcoaten lamineras ett eller några lager med tunn skyddande ytmatta (vanligtvis av C-glas, med en ytvikt av ca 20g/m²).
Vått-i-vått lamineras sedan glasfibermatta eller glasfiberväv tills tillräcklig laminattjocklek har uppnåtts.
Kärnmaterialet pressas mot det våta laminatet.

Man kan antingen låta laminatet under kärnmaterialet härda eller direkt laminera på laminat på andra sidan även om det kan vara fördel att låta laminatet först härda medan man manuellt kan pressa på kärnmaterialet. Eventuella ojämnheter kan även slipas ner på kärnmaterialet (förutsatt att inte är honeycomb) och eventuella hålrum spacklas igen med harts utblandad med mikroballonger innan nästa laminat läggs på.

Glasfibermatta eller glasfiberväv lamineras på tills tillräcklig laminattjocklek har uppnåtts.
Ett eller några lager tunn ytmatta (vanligtvis av C-glas, med en ytvikt av ca 20g/m²) lamineras på vått-i-vått för att ge en jämnare yta och skydda laminatet.
Laminatet tillåts gela innan topcoaten slutligen penslas eller sprutas på, något eller några lager beroende på krav av skydd. Topcoaten tillåts gela mellan lagrena, dock inte genomhärda då topcoaten innehåller vax som gör att nästföljande lager inte fäster om topcoaten har härdat.

Sprutning

Vid sprutning av laminat, blandas plasten (vanligtvis polyester) successivt i ett munstycke och sprutas mot formen samtidigt som glasfiberroving rullas fram och huggs till fiberstumpar i en s.k. fibercutter för att sprutas mot laminatet tillsammans med plasten. Se skissen nedan.

Efter att plast och fiber har sprutats på formen måste laminatet pressas ut för att undvika luftinneslutningar och ge en jämnare yta. Detta görs på samma sätt som vid handläggning med hjälp av en metallroller.

Metoden gör det möjligt att snabbt bygga upp laminat och enkelt variera laminattjockleken mellan olika platser i laminatet. Laminatet får dock låg fiberhalt och begränsade mekaniska egenskaper.

Arbetsmiljön blir dessutom dålig med stor risk för att våt plast och fiber hamnar där den inte skall och stora mängder styren avdunstar i luften. Metoden kan dock robotiseras.

Sprutning är en vanlig lamineringsmetod vid uppbyggnad av båtskrov och liknande, ofta större laminat som byggs i mindre till medelstora serier.

Pre-preg

Pre-preg innebär att vävar förimpregnerade med härdplast utnyttjas. Det handlar ofta om vävar med högprestandafibrer som kolfiber som är impregnerad med varmhärdande epoxi. Härdningsprocessen påbörjas då laminatet värms upp, vanligtvis till 80-150°, varvid laminatet härdar snabbt på mellan några minuter och några timmar. Eftersom den förimpregnerade epoxin härdar även i rumstemperatur, men då mycket långsamt, förvaras pre-preg-vävar i frysutrymmen där hållbarheten ökas till några månader.

Pre-preg-lamineringsmetoden har den stora fördelen att man har lång tid på sig att lägga ut vävar i exakt de skikt och riktningar som krävs för att åstadkomma ett maximalt högprestandalaminat.

Metoden innebär även arbetsmiljövinster då den som laminerar inte behöver komma i kontakt med stora mängder flytande lamineringsplast och slipper riskera att slabba ner sig eller arbetsplatsen.

Pre-preg-vävar innehåller ofta låg plasthalt vilket gör att det finns risk i laminat lagda i flera skikt med pre-preg-vävar inte binds samman och blir homogena utan att det blir luftinneslutningar mellan vävarna. För att undvika detta kombineras ofta pre-preg-laminering med någon metod för att hålla samman laminatet under härdningen och få bort luftinneslutningar, vanligtvis vakuumbagging. På detta sätt åstadkoms starka, styva laminat med mycket hög fiberhalt (kring 70%).

Bagging

Bagging är en lamineringsmetod där det härdande laminatet täcks med en plastfilm varefter laminatet pressas ut genom vakuum eller övertryck.

Vakuumbagging är den vanligare metoden.

Den schematiska bilden nedan visar principen:

Fiberlaminatet lamineras på en form försedd med släppmedel. Ovanpå laminatet placeras en Peel-Ply-väv (avrivningsväv), en tunn väv av tex polyamid. Ovanpå placeras en perforerad släppfilm tillverkad av en ”hal” plast som polyeten. Släppfilmen separerar laminatet från absorbtionsväven som placeras på härnäst, en väv eller matta som senare skall suga upp en del av plasten i laminatet för att laminatets plasthalt skall minska och därmed fiberhalten öka.

Därefter placeras en tät vakumbaggingfilm över formen. Tätningslister utmed formens sidor tätar ”påsen” över laminatet och formen.

Luften sugs därefter ut från ”påsen” över laminatet med hjälp av en vakuumpump. Laminatet pressas då mot formen med på upp till 100kg/dm², eventuella luftbubblor pressas bort och överflödig plast pressas in i absorbtionsväven.

Laminatet tillåts härda, antingen i rumstemperatur eller under förhöjd temperatur.

Vakuumbagging är en vanlig metod vid uppbyggnad av enstaka laminat där det finns krav på hög hållfasthet och jämn kvalité. Metoden används med alla armeringsfibrer och lamineringsplaster, både vid handläggning och Pre-preg-laminering.

Vakuumbaggingmetoden kan anpassas på olika sätt beroende på kraven, utseendet på formen, laminatet och konstruktionen samt tillgången på verktyg som vakuumpump och specialmaterial som Peel-Ply-väv och absorbtionsväv.

Genom en enklare metod där enbar plastfilm av polyeten spänns över formen och tätas genom att tejpas utmed kanterna mot formen, där undertrycket skapas med dammsugare istället för en vakuumpump kan laminat vakuumbaggas med relativt gott resultat. Dammsugaren bör dock vara av en typ som klarar av att köras utan att kylande luft sugs förbi motorn, tex en centraldammsugare eller industridammsugare.

Bagging med övertryck sker på ett liknande sätt men istället för att pressen av laminatet sker med vakuum så åstadkoms pressen genom övertryck. Detta vanligtvis genom att en påse eller ballong blåses upp i en sluten form varvid laminatet pressas ut mot formen. Bagging med övertryck medger högre tryck på laminatet och därmed högre fiberhalt än vid vakuumbagging men ställer samtidigt betydligt högre krav på att formen är grovt dimensionerad för att hålla emot trycket.

Värmehärdning

De vanligaste typerna av lamineringsplast är anpassade för att härda i rumstemperatur. Ofta ökar dock plastens och laminatets mekaniska egenskaper om temperaturen kring laminatet höjs under härdningen. Detta gäller speciellt för epoxi- och vinylesterlaminat. Dessutom går härdningen betydligt snabbare och tillverkningen kan därför bli betydligt mer tidseffektiv.

Vid värmehärdning av rumstemperaturhärdande plast höjs normalt temperaturen till först kring 50ºC för att vid ett senare skede höjas till mellan 70ºC och 120ºC.

Lamineringsplast anpassad för värmehärdning härdas vid en högre temperatur – upp mot 180ºC.

Uppvärmningen av laminat vid värmehärdning kan ske på olika sätt:

Uppvärmd lokal – hela lokalen där laminatet befinner sig värms upp. Lämpligt vid värmehärdning av stora laminat i mindre lokaler som klarar av och kan tempereras till erforderlig temperatur. En vanlig bastu (utan fukt) kan fungera som en tillfällig lokal för värmehärdning.
Ugn – en specialanpassas ugn som klarar stora laminat eller vanlig köksugn vid laminering av riktigt små laminat. Vid laminering i köksugn föreligger dock risk att temperaturen blir för hög varvid laminatet kan skadas.
Provisorisk ugn – en låda som byggs upp kring laminatet av masonit, kartong eller liknande och värms upp tex med en värmefläkt. Ett enkelt och billigt sätt att värmehärda små till medelstora laminat.
Lokal uppvärmning – värme tillförs direkt på det härdande laminatet med tex värmefläkt. Lämpligt vid lokala reparationer och liknande där man inte vill eller kan värma upp hela konstruktionen.

Lämpliga prisvärda värmefläktar (2kW)

IR-uppvärmning – uppvärmning av laminat med hjälp av IR-värme som kan tränga in i laminatet på ett bättre sätt än en värmefläkt och inte utsätter laminatet för onödig lufttillförsel och uttorkning. Hålls på samma platts eller sveps över laminatet.
Uppvärmning av formen – genom värmeslingor eller liknande värms formen upp och därmed laminatet. En metod som ger bra möjligheter till styrning av värmen och kontroll men kostsam uppbyggnad av formen.

För enklare värmehärdning av rumstemperaturhärdande lamineringsplast, krävs normalt ingen avancerad temperaturreglering så länge temperaturen håller sig under den maximalt tillåtna.

Redan en begränsad temperaturhöjning vid tex härdning av epoxilaminat kan ge avsevärda förbättringar av laminatets egenskaper.

En digital ugnstermometer med extern sensor kan tex fungera som sensor medan temperaturen styrs manuellt genom att värmen kontrolleras då och då under de timmar som härdningen pågår.

TILL STARTSIDAN!