Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Sprawdzone przepisy na wykonywanie poszczególnych elementów modelu rakiety
Awatar użytkownika
Darek
**
Posty: 32
Rejestracja: piątek, 10 sie 2012, 17:50
Lokalizacja: okolice Łasku

Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: Darek » czwartek, 12 wrz 2013, 13:42

Chcę podzielić się z wami moimi doświadczeniami i eksperymentami z żywicami epoksydowymi oraz kompozytami szklanymi i węglowymi.
Temat jest bardzo rozległy i prowadziłem wiele prób ale tutaj skupię się głównie na kilku zagadnieniach przydatnych w budowie rakiet.
Piszę to głównie dla tych którzy nie mieli jeszcze styczności z żywicami a chcieliby spróbować,
dlatego być może znajdą się tu informacje banalne ale dla początkujących nic nie jest banalne i każda informacja może oszczędzić czas, pieniądze no i nerwyJ

Przeprowadziłem próby z następującymi żywicami: Epidian 5, Epidian 52, Epidian 560, Epidian 6011.

Każdą z tych żywic wypróbowałem z następującymi utwardzaczami: Z1, ET, IDA, PAC.

Żywice z utwardzaczami mieszałem w proporcjach wagowych zalecanych przez producenta, mam precyzyjną wagę więc nic nie było „na oko”,
wszystkie próbki zrobiłem tak aby zawsze powstała taka sama ilość gotowej żywicy- 10g.
Żywicę z utwardzaczem mieszałem w jednorazowym pojemniku z PS(polistyren) drewnianym patyczkiem, część żywicy wciągałem w jednorazową strzykawkę o poj.2cm3 – żywice epoksydowe nie przyklejają się do PS a więc miałem po polimeryzacji okrągły kawałek żywicy do badań i obserwacji.
Patyk do mieszania zostawiałem w żywicy aby sprawdzić w jakim stopniu dana żywica nasącza drewno i jak to się zachowuje, natomiast po wyjęciu utwardzonej żywicy ze strzykawki miałem identyczne kawałki do prób.
_0011299.JPG
_0011299.JPG (45.12 KiB) Przejrzano 6914 razy


Tutaj widać odlewy ze strzykawek:
_0011387.JPG
_0011387.JPG (54.99 KiB) Przejrzano 6914 razy

Wszystkie próby i obserwacje zapisywałem w trakcie robienia mieszanki żywica-utwardzacz, następnie co 15 min. przez pierwszą godzinę, co godzinę przez pierwsze 2-3 godz. do całkowitego stwardnienia.
Zasadnicze próby na twardość, wytrzymałość itp. robiłem dopiero po 7 dniach tak jak zaleca producent.
Jest to moim zdaniem bardzo istotne ponieważ zauważyłem, że niektóre mieszanki mimo, że już po 2-3 godzinach były twarde to jednak po tych 7 dniach miały często zdecydowanie kilkakrotnie większą twardość, inne z kolei początkowo były elastyczne a po tych 7 dniach robiły się kruche bez śladów elastyczności.
Moje wnioski dotyczą więc w pełni spolimeryzowanych żywic.

Uwagi ogólne: mieszanie żywic epoksydowych najlepiej robić w pojemnikach które nie kleją się do tych żywic a więc można tu użyć m.in. jednorazowych pojemników na żywność z PS(polistyren) jak na foto wyżej, różnych pojemników z PET, np. odpowiednio ucięte butelki po napojach, dobrze zachowuje się tu PVC ale jeśli zmatujemy powierzchnię papierem ściernym to można PVC skleić, do mieszania żywic osobiście używam pręcika z teflonu, po stwardnieniu żywicy wystarczy go wygiąć a żywica sama odchodzi.

Przy robieniu żywic pamiętajcie o BHP i róbcie to albo na świeżym powietrzu albo przy włączonej wentylacji, nigdy w mieszkaniu, szkoda zdrowia.

Wnioski:

- kolor; wszystkie kompozycje są bezbarwne i przeźroczyste z wyjątkiem tych z utwardzaczem PAC. Utwardzacz ten nadaje żywicy kolor żółty- bursztynowy ale żywica jest przeźroczysta.


-lepkość; największą lepkość ma Epidian 5-gęsty miód, następnie Epidian 52-rzadki płynny miód, syrop, Epidian 6011 jest już bardzo płynny a Epidian 560 miał najmniejszą lepkość.


-lepkość po zmieszaniu z utwardzaczami; tutaj za miarę lepkości przyjąłem to czy i w jakim stopniu żywica się odpowietrzyła do moment stwardnienia; w trakcie mieszania do żywicy dostają się bańki powietrza, tak zapowietrzoną żywicę wciągałem do strzykawki i po stwardnieniu mogłem stwierdzić jak to wyglądało.

Epidian 5- najmniejsza lepkość z IDA, odpowietrza się całkowicie, z ET i Z1 większa lepkość odpowietrza się częściowo, z PAC 60 i 100 największa lepkość, gęsty miód, bardzo słabo się odpowietrza.

Epidian 52- z IDA,ET oraz Z1 najmniejsza lepkość, płynny lejący się, odpowietrza się całkowicie i szybko, z PAC 60 i 100 większa lepkość, odpowietrza się całkowicie ale trwa to dłużej.

Epidian 6011- podobnie jak Epidian 52 ale ogólnie od niego mniej lepki.

Epidian 560- z IDA i ET bardzo mała lepkość, jak woda, odpowietrz się natychmiast.

Ranking lepkości: zdecydowanie najmniejszą lepkość posiada Epidian 560, na drugim miejscu jest Epidian 6011, następnie Epidian 52 a największą lepkość ma Epidian 5


- szybkość utwardzania i żelowania; generalnie jest to odwrotność powyższego rankingu lepkości, Epidian 5 utwardza się już po ok. 1 h, podobnie jest z 52 i 6011, w przypadku 560 trwa to ponad 3-4 h. Jest tak w przypadku wszystkich utwardzaczy z wyjątkiem PAC 60 i 100 które przedłużają czas utwardzania i twardnieją „liniowo” to znaczy w miarę upływu czasu są coraz gęstsze i twardnieją po ok.2-3h. zachowują długo elastyczność. Natomiast pozostałe utwardzacze powodują utwardzenie „skokowe” to znaczy gęstnieją i w pewnym momencie nagle twardnieją tak jakby „zamarzły”.


-twardość i elastyczność po całkowitym utwardzeniu; generalnie największą twardość posiadały kompozycje z Epidianem 5, następnie Epidian 52 , Epidian 6012 i na końcu Epidian 560. Im bardziej twarda żywica tym bardziej krucha to znaczy, że przy próbie przełamania, próbki pękały jak szkło, nie miały elastyczności. Wyjątkowo elastyczny był Epidian 560 który zachowywał się jak guma ale był mało wytrzymały i łatwo można go było przełamać, bez problemu można go było kroić nożem. Szczególne znaczenie ma tu utwardzacz PAC który nadawał pewną elastyczność która była największa przy dodaniu 100cz.wag.PAC.


WNIOSKI I UWAGI OGÓLNE

Moim zdaniem bardzo istotne jest zaobserwowane ciekawe zjawisko polegające na tym, że wszystkie kompozycje żywica-utwardzacz z jednym wyjątkiem po utwardzeniu na powierzchni pokryte były jakąś tłustą substancją; nazwałem to „smalec”.
Tym wyjątkiem był utwardzacz IDA który z każdą żywicą dawał suchą i bardzo gładką- błyszczącą powierzchnię.
Myślę, że „smalec” powstaje w wyniku kontaktu z powietrzem, może z parą wodną?
Tam gdzie żywica ściśle przylegała do ścianek pojemnika w którym się utwardzała powierzchnia była gładka i sucha.
Najmniej tego „smalcu” było w przypadku używania utwardzacza PAC a najwięcej przy Z1 i ET.

Według mojej subiektywnej oceny najlepszą kompozycją do laminowania jest Epidian 52 z IDA, ma małą lepkość i dobrze nasyca maty i tkaniny szklane i węglowe.
Można nim też nasycać papier i drewno ale lepsza tu będzie żywica Epidian 6011 z IDA ze względu na swoją niższą lepkość przez co ładnie się w te materiały wchłania.
Zauważyłem jednak, że przy niektórych gatunkach szarego i brązowego kartonu jakieś składniki chemiczne w nich zawarte powodują słabe utwardzanie żywicy i jak normalnie jest ona twarda i mało elastyczna to z takim kartonem robi się elastyczna.

Jako klej najlepiej nadaje się Epidian 5 z IDA ale Epidian 52 i 6011 też się nadają- taki klej po utwardzeniu jest twardy i bardzo gładki, jak szkło i suchy bez „smalcu”.
Dobre właściwości mają wymienione tu żywice z utwardzaczem PAC, po utwardzeniu klej także jest twardy ale wykazuje pewną elastyczność, wydaje mi się że dzięki temu jest bardziej odporny na uderzenia.
Pewną wadą może być „tłusta” powierzchnia po utwardzeniu.

Generalnie z opisanymi tu kompozycjami można pracować do ok.1h taki jest czas ich utwardzania, zależy to głównie od temperatury.
Moim zdaniem jest to duża zaleta ponieważ spokojnie bez pośpiechu można zająć się laminowaniem i robieniem kompozytów szklanych i węglowych.
Jest to też zaleta przy stosowaniu ich jako klei a to dlatego, że w miarę upływu czasu zaczynają one stopniowo zwiększać lepkość i możemy je zastosować kiedy ta lepkość będzie nam pasować.

Na zakończenie jeszcze trochę o kompozytach- przy robieniu kompozytów szklanych i epoksydowych należy pamiętać, że jeśli używamy maty szklanej to są jej dwa rodzaje w zależności od kleju którym są sklejane włókna. Są maty proszkowe i emulsyjne, do żywic epoksydowych używamy tylko mat klejonych klejami proszkowymi - maty emulsyjne są do żywic poliestrowych.
Natomiast jeśli chodzi o tkaniny to mają one tzw.preparacje do odpowiednich żywic ale w naszych zastosowaniach nie ma to wielkiego znaczenia, to już jest zabawa przy poważnych pracach gdzie parę procent różnicy w wytrzymałości kompozytu ma duże znaczenie.

Kompozyty dość trudno wycina się laserem, szklane jako tako ale węglowe bardzo kiepsko, żywica się topi i zwęgla:
_0011391.JPG
_0011391.JPG (50.76 KiB) Przejrzano 6914 razy


Laminaty bardzo dobrze obrabia się tarczą korundową a w zasadzie „tarczką” – ja stosuję modelarską tarczę o średnicy 15mm i grubości 0,3mm. Powierzchnia cięcia jest zawsze gładka i równa.

Bardzo fajnie robi się płaskie kompozyty które można wykorzystać np. do stateczników.
Technologia jest bardzo prosta- bierzemy dwa kawałki szkła, smarujemy je cienką warstwą specjalnego wosku do oddzielania żywic epoksydowych od form.
Na jedną taką szybę kładziemy np. dwie warstwy tkaniny węglowej o gramaturze 160g/m2 nasycamy żywicą np. Epidian 52 z IDA, tkanina musi mieć nadmiar żywicy, następnie kładziemy na wierzch drugą szybę a na nią dwie cegły J tak aby wycisnąć nadmiar żywicy.
Przy odpowiedniej wprawie i doświadczeniu będziecie mieli taki gładki i błyszczący kawałek kompozytu.
Metoda prosta a wręcz prymitywna ale po dokładnym sprawdzeniu okazało się, że uzyskałem kompozyt o grubości 0,9mm z tolerancją wymiaru +,- 0,05mm !
_0011414.JPG
_0011414.JPG (60.3 KiB) Przejrzano 6914 razy

A teraz parę informacji o kompozytach epoksydowych szklanych i węglowych, zrobiłem wiele prób aby porównać ich właściwości.

_0011388.JPG
_0011388.JPG (58.54 KiB) Przejrzano 6914 razy


Wcześniej szukałem takich informacji w wielu miejscach także u dystrybutorów i producentów tkanin ale informacji które były mi potrzebne nie dostałem. Dlatego zrobiłem własne badania aby mieć wiedzę na ten temat. Przedstawię teraz część tych informacji które są moim zdaniem najważniejsze.

Zrobiłem m.in. takie porównanie:

1. kompozyt szklany z jednej warstwy tkaniny 160g/cm3 -vs.- kompozyt węglowy z jednej warstwy tkaniny 160g/cm3

2. kompozyt szklany z dwóch warstwy tkaniny 160g/cm3 -vs.- kompozyt węglowy z dwóch warstwy tkaniny 160g/cm3

Kompozyt robiłem tak jak opisałem to wyżej czyli między dwoma szybami z obciążeniem tak aby wycisnąć nadmiar żywicy, chodziło mi o to żeby grubość kompozytu była wynikiem grubości tkaniny i ilości żywicy którą dana tkanina może wchłonąć. Wytrzymałość badałem porównując o ile centymetrów wygiął się pasek kompozytu obciążony odpowiednim ciężarkiem.

Ad.1

Kompozyt szklana miał grubość 0,25mm,ciężar właściwy 1,70g/cm3; węglowy miał grubość 0,50mm, ciężar właściwy 1,22g/cm3. Wytrzymałość węglowego 2,5 razy większa od szklanego, tj. węglowy wygiął się pod ciężarem 2cm a szklany 5cm.

Ad.2 Kompozyt szklany miał grubość 0,50mm, ciężar właściwy 1,50g/cm3; węglowy miał grubość 0,85mm, ciężar właściwy 1,33g/cm3. Wytrzymałość węglowego 5,5 razy większa od szklanego, tj. węglowy wygiął się 1cm a szklany 5,5cm.

Jak widzicie wyniki są imponujące na korzyść węglowych, ale inaczej to wygląda jeśli porównamy kompozyty podobne ! Porównałem kompozyt szklany z dwóch warstw tkaniny o grubości 0,50mm oraz kompozyt węglowy z jednej warstwy tkaniny o grubości 0,50mm; co się okazało ?

Węglowy wygiął się 6,5cm a szklany 5,5cm ! Grubość jest ta sama; różnica jest tylko w ciężarze właściwym –szklany jest cięższy (1,50g/cm3) , węglowy(1,22g/cm3). Podsumowując można powiedzieć, że przy porównywalnych wytrzymałościach kompozyt węglowy jest ok.20% lżejszy ale ok.3 razy droższy.




Strasznie się tu rozpisałem ale to tak z dobroci serca

Chcę podzielić się choć częścią wiedzy którą posiadam, jak coś jest niejasne lub macie pytania to chętnie odpowiem.

Awatar użytkownika
rafciodz
****
Posty: 1207
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:31
Lokalizacja: Stargard Szczeciński
Kontakt:

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: rafciodz » czwartek, 12 wrz 2013, 14:24

Co do opisu i sposobu robienia próbek nie mam wątpliwości.
Zastanawia mnie sposób przeprowadzania testu wytrzymałości. Jak były ułożone włókna, jak ciężar itd.?

Nie mniej KAWAŁ ciekawej i wielkiej roboty. Rzeczywiście trudno o takie dane.
Free Your Mind

Awatar użytkownika
Darek
**
Posty: 32
Rejestracja: piątek, 10 sie 2012, 17:50
Lokalizacja: okolice Łasku

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: Darek » czwartek, 12 wrz 2013, 15:25

Testy nie były specjalnie wyrafinowane, tkanina szklana i węglowa miały taki sam splot włókien-prosty 1/1.
Zrobiłem sobie wymiarowo takie same próbki które obciążyłem takim samym ciężarem. Nie wiem nawet ile te obciążenie ważyło ale nie było to potrzebne ponieważ nie miałem zamiaru obliczać sił, naprężeń itp.
Mijało się to z celem, w takich warunkach wyniki byłyby bardzo przybliżone.
Tak w sumie to zbadałem który kompozyt jest sztywniejszy, a samo "badanie" wyglądało tak: pasek kompozytu o szerokości 4cm kładłem na stole tak aby wystawał za krawędź stołu 10cm, na koniec tego paska spinaczem przyczepiałem ciężarek a następnie mierzyłem o ile cm odchylił się w dół przyjmując poziom stołu jako "0".
Byłem po prostu ciekawy jak różnią się między sobą sztywnością i w ten prosty sposób się dowiedziałem.

Awatar użytkownika
Kacper
Supersonic PROFI
Posty: 695
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: Kacper » czwartek, 12 wrz 2013, 19:29

Bardzo ciekawe badania. Super, że wszytko dokładnie opisałeś. Jeśli masz jeszcze te próbki warto by zrobić testy niszczące na zginanie (na rozciąganie było by lepiej ale zbyt trudne w warunkach domowych).
Przy takim teście można by mierzyć cięciwę łuku w który wygina się pasek zgniatany np w imadle. Do zmierzenia po za długością przy złamaniu była by też długość przy której zaczynają się pojawiać pierwsze defekty w laminacie.

Awatar użytkownika
Alex
*
Posty: 14
Rejestracja: poniedziałek, 3 wrz 2012, 08:32

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: Alex » czwartek, 12 wrz 2013, 21:44

Wow! Strasznie ciekawe badania. Zastanawiam się skąd się bierze ten "smalec" skoro proporcje żywica/utwardzacz są właściwe.
A czym inicjujesz polimeryzację?
Z tego co wiem, do utwardzania np. rękawa CIPP przy renowacji wodociągów używa się gorącej wody lub pary wodnej, ewentualnie ultrafioletu, a samo utwardzanie trwa kilka godzin. I wydaje mi się że przy takich zastosowaniach smalec nie mam prawa występować. Spróbuję dowiedzieć się co to oznacza.

Awatar użytkownika
sław
Modelarz FAI
Posty: 71
Rejestracja: czwartek, 7 mar 2013, 23:58

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: sław » czwartek, 12 wrz 2013, 23:14

Super temat !!!
Ja już dawno zapomniałem o papierach
Super badania!!!
Ale,z epidianami walczyłem kilkanaście lat temu wielka ulga przyszła przy żywicy L-285.
Tam też można kombinować z utwardzaczami. Jeśli masz chęć,czas,parę groszy,zrób badania w tym temacie. Bo mi się wydaje,że jest trochę lepiej.
Poza tym do laminowania płytek zamiast szyby i dwóch cegieł polecam cienką pleksę dwie porządne deski najlepiej od blatu kuchennego i parę ścisków.
W środku węgiel na zewnątrz szkło. Dla mnie REWELACJA.

Awatar użytkownika
Darek
**
Posty: 32
Rejestracja: piątek, 10 sie 2012, 17:50
Lokalizacja: okolice Łasku

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: Darek » piątek, 13 wrz 2013, 15:40

Zrobiłem testy niszczące na zginanie tak jak zaproponował Kacper, tak to wygląda:
_0011441.JPG
_0011441.JPG (41 KiB) Przejrzano 6880 razy
to jest kompozyt szklany z jednej warstwy szkła, zachowuje się jak folia;
_0011443.JPG
_0011443.JPG (50.64 KiB) Przejrzano 6880 razy
tu zniszczony kompozyt węglowy z jednej warstwy węgla.


A wyniki wyszły takie:
1.k.szklany z jednej warstwy tkaniny szklanej - zachowuje się jak folia
2.k.szklany z dwóch warstw tkaniny szklanej - cięciwa łuku wygięcia 3cm- zaczna trzeszczeć; przy 2 cm z trzaskiem pęka
3.k.węglowy z jednej warstwy tkaniny węglowej - cięciwa łuku wygięcia 2,5cm - zaczyna trzeszczeć; przy 2 cm z trzaskiem pęka
4.k.węglowa z dwóch warstw tkaniny węglowej - cięciwa łuku wygięcia 8 cm - zaczyna trzeszczeć; przy 5,5 cm z głośnym trzaskiem pęka
Zauważcie, że w 2 i 3 przypadku w zasadzie wyniki są takie same, próbki różniły się tylko tkaniną i ciężarem właściwym, ale miały jedną wspólną cechę -grubość !
W sumie po tych doświadczeniach i wcześniejszych potwierdza się to co napisałem wcześniej - przy porównywalnych wytrzymałościach kompozyt węglowy jest ok.20% lżejszy ale ok.3 razy droższy.

Awatar użytkownika
Kacper
Supersonic PROFI
Posty: 695
Rejestracja: niedziela, 30 sty 2011, 18:30
Lokalizacja: Kraków

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: Kacper » piątek, 13 wrz 2013, 17:56

Ciekawy wynik, spodziewałem się lepszych rezultatów dla kompozytu węglowego. Masz bardziej szczegółowe dane na temat tkaniny węglowej, której użyłeś? Włókna węglowe potrafią się miedzy sobą mocno różnić wytrzymałościami.

Awatar użytkownika
Darek
**
Posty: 32
Rejestracja: piątek, 10 sie 2012, 17:50
Lokalizacja: okolice Łasku

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: Darek » sobota, 14 wrz 2013, 16:24

Niestety dokładnych danych nie mam ale tkanina którą kupiłem podobno jest jedną z najlepszych a na moją grzeczną prośbę o szczegółowe dane dotyczące wytrzymałości otrzymałem odpowiedź -" proszę sobie poszukać w internecie". Szkoda to nawet komentować. Szukałem ale producent ma inne oznaczenia i nie można się połapać co jest co. Tak dbają o klienta który kupi 3m2. Inni z kolei podają dane ale co z tego kiedy nie sprzedają poniżej 1 rolki czyli ok.50m2.

Awatar użytkownika
stary Leszek
****
Posty: 183
Rejestracja: sobota, 6 kwie 2013, 12:34

Re: Żywice epoksydowe, kompozyty szklane i węglowe

Post autor: stary Leszek » niedziela, 9 lut 2014, 13:31

Robi się coraz cieplej i wkrótce będzie można wyjść w "pole"
Przymierzam się do laminatów. Czytałem Twojego posta z12.09.2013.
Raz piszesz o laminacie 2x160g/m2 uzyskanym w technologii "szyba i dwie cegły".
Otrzymałeś laminat o grubości 0,9mm.
W teście porównawczym piszesz o laminacie tak samo zbrojonym, że ma grubość o,5mm.
Cz to jest błąd, czy laminat był inaczej robiony cy może jeszcze coś innego.
A nawiasem mówiąc lubię konkretne dane z których można coś skorzystać.
Uważam, że jest to jeden z 4-5 najlepszych postów na tym forum.
PS. Tylko nie stań się zarozumiały-żartuję.

ODPOWIEDZ

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 1 gość