MASE PLASTICE ARMATE CU FIBRE DE STICLĂ

Modeliștii au fost printre primii ce au utilizat în România materialele plastice armate cu fibre de sticlă, odată cu introducerea acestora în industria fabricării skiurilor și a ambarcațiunilor sportive. Ulterior tehnologia s-a răspândit prin intermediul industriei aeronautice ce a achiziționat câteva licențe de fabricație și odată cu ele și tehnologiile aferente. La campionatele naționale de veliere liber lansate și telecomandate primele coci din fibră de sticlă au apărut prin 1968, fiind realizate de către antrenorul emerit Hans Polen din Reghin. Concomitent au apărut și primele fuzelaje pentru aeromodele. Astăzi numeroși modeliști utilizează materialele compozite atât pentru realizarea unor modele de înaltă performanță cât și pentru unele subansamble uzuale: elice, carenaje, fuzelaje, coci etc.

La solicitarea a numeroși cititori, revenim cu mai multe detalii la materialul publicat în revista MODELISM nr.4/1984(5), reluând doar câteva date utile în ceea ce privește numele producătorilor. Astfel, poliesterul de tip nestrapol 450 îl produce societatea POLICOLOR, împreună cu coloranții respectivi, octanatul de cobalt (utilizat ca accelerator) îl produce DERO-Ploiești, peroxidul de mek îl produce CHIMICA DUDEȘTI iar țesătura de fibre din sticlă, Fabrica de Fire și Fibră de Sticlă București.

Cei dintâi care au utilizat pe scară industrială materialele compozite au fost germanii, forțați poate și de penuria de materii prime cu care s-au confruntat în primele două războaie mondiale. De la „în loc de...", materialele compozite au ajuns astăzi să se impună prin calitățile lor și să posede proprietăți fizico-chimice imposibile pentru materialele convenționale.

Cum am putea defini materialele compozite? În modul cel mai simplu, am putea spune că un material compozit este rezultatul final al asamblării intime dintre două, trei sau mai multe tipuri de materiale nemiscibile cu structuri diferite, ale căror calități diferite se amestecă și se compun pentru a forma un nou material eterogen, ale cărui performanțe sunt net ameliorate. Un material compozit uzual este format dintr-un liant, o rășină care leagă și protejează întăriturile și o fibră de armare ce preeia eforturile mecanice. Rășinile transmit și uniformizează eforturile mecanice, protejând concomitent fibrele la acțiunile agenților fizico-chimici, în timp ce acestea asigură proprietățile de rezistență mecanică, fiind scheletul structurii compozite.

Printre numeroasele avantaje ale structurilor compozite ar trebui să menționăm: greutatea specifică relativ mică, libertatea totală a formelor ce se pot realiza, comportament foarte bun la oboseală și solicitare anizotropă, utilizarea unor scule și dispozitive foarte simple pentru producție. La capitolul dezavantaje trebuie să începem cu problemele de igienă, securitatea manipulării și depozitării rășinilor, uzinajul ulterior care este dificil, montajul și reparațiile, vopsitul și în cele din urmă pregătirea specială a celor ce lucrează cu aceste materiale. Fiind indestructibile orice piesă greșită este un rebut.

Înainte de a vă prezenta modul de lucru și exemple practice, vă prezentăm câțiva termeni specifici domeniului:

- Polimer: o substanță obținută prin polimerizare, adică printr-o reacție care pornind de la molecule simple, cu mase moleculare reduse, duce la obținerea unor macromolecule. - Corp de sinteză: corp obținut artificial prin alăturarea unor compuși specifici. - Monolit: element constituit din straturi succesive de fibre cu înalte calități mecanice. - Hibrid: monolit ce încorporează fibre diferite, de exemplu fibre de sticlă și carbon sau kevlar-carbon etc. - Accelerator: agent chimic de obicei, ce este utilizat pentru micșorarea timpului de reacție, respectiv de polimerizare în acest domeniu. - Inhibitor: agent chimic ce are proprietatea de a suspenda o reacție. - Anisotrop: corp ale cărui proprietăți fizice depind de direcția de evaluare a acestora. - Izotrop: un corp care are aceleași proprietăți mecanice în toate direcțiile, indiferent de modul în care se fac măsurătorile.

În concluzie, un compozit este un material ce conține fibre care preiau eforturile mecanice la care este supus jucând rolul de schelet, conferindu-i în același timp proprietăți anizotrope, protecția fibrelor și transmiterea uniformă a eforturilor fiind asigurată de către rășini.

COCA DIN FIBRĂ DE STICLĂ

De mai bine de 10 ani majoritatea constructorilor de ambarcațiuni folosesc materialele plastice armate cu fibre de sticlă. Dacă vom compara prețurile vestice ale unor simple bărci realizate în această tehnologie vom descoperi că sunt pur și simplu prohibitive, chiar și pentru cetățenii acelor țări. Aparent tehnologia este scumpă și greu accesibilă. Realitatea este însă diferită. Materialele sunt relativ ușor de găsit și întrebuințat.

ATENȚIE! Utilizarea incorectă a rășinilor poate duce la grave accidente. Astfel, locul de muncă trebuie să se găsească într-un spațiu bine aerisit, vaporii fiind toxici și inflamabili. Reacțiile chimice sunt exoterme, incorecta dozare a componentelor putând în anumite condiții genereze incendii. Depozitarea substanțelor trebuie făcută în spații izolate ar fi de dorit ca și lucrul să se facă în același mod. Substanțele sunt toxice, după fiecare manipulare a componentelor se recomandă spălarea mâinilor cu apă și săpun. Ajungerea lor la ochi prin contact direct poate provoca orbirea. Sub nici o formă nu se fumează la locul de muncă! Dacă puteți respecta aceste condiții atunci, nu vă rămâne decât să vă apucați de lucru.

Deoarece printre modeliști se găsesc și amatori de ambarcațiuni, vă vom prezenta construcția corpului unui windsurf. Puteți adapta orice formă de corp doriți. Vom începe cu alegerea planului care satisface cerințele noastre, sau la care avem acces. După ce am stabilit dimensiunile (scara) la care dorim să construim vom trece la realizarea modelului, pe care îl vom copia. Ideal ar fi să copiem o formă deja existentă și eventual experimentată. Dacă vom proceda cu grijă, obiectul pe care dorim să-l copiem nu va avea de suferit. Deci, un corp de barcă sau de model pe care îl avem la dispoziție va fi bine curățat și spălat. Vom trece la confecționarea matriței sau la forma în negativ sau la coaja mamă cum o denumesc diferiți utilizatori. Noi vom folosi în continuare denumirea de matriță.

În prima imagine putem vedea o matriță. Prin depunerea straturilor de poliester și fibră de sticlă în interiorul ei se va obține corpul dorit. Pentru ca să se poată efectua o desprindere ușoară a acesteia de pe forma coajă, după ce a fost bine curățată și eventual, șlefuită, se acoperă cu un strat de demulant. Mulți modeliști folosesc în acest scop ceara de parchet, ușor diluată cu terebentină, dacă este cazul. Acoperirea se face prin frecare cu o cârpă moale sau cu o pensulă lată. În cazul în care forma nu este bine acoperită cu demulant, vor apărea probleme la desprinderea cocii și implicit compromiterea întregii lucrări. Cel de al doilea strat ce se va aplica este foarte important, el conferind finisarea exterioară a cocii. Este o rășină pigmentată, neranforsată ce copiază perfect toate imperfecțiunile sau detaliile modelului.

Iată de ce la confecționarea modelului din lemn sau orice alt material va trebui să acordăm o atenție deosebită finisărilor exterioare.

CONFECȚIONAREA MODELULUI

Primul pas în realizarea navomodelului sau cocii îl constituie confecționarea modelului. De obicei, chiar și marile firme își realizează modelele la scară reală din lemn, calup plin sau decupat. Modeliștii pot utiliza tehnologiile de construcție pe coaste, papier-mache sau tehnologiile mixte, la modă de câțiva ani. Personal prefer tehnica de realizare a modelelor din placaj și polistiren expandat. Astfel, se confecționează scheletul în maniera uzuală. Interstițiile transversale se obturează cu bucăți de polisteren expandat, material ieftin și foarte ușor de prelucrat. După acoperire și o primă pensulare cu un strat de aracet și hârtie de ziar, se poate acoperi cu tifon, lipit pe întreaga suprafață, tot cu aracet. O nouă șlefuire și apoi se poate acoperi cu un strat de poliester, ce nu va putea ataca polistirenul datorită aracetului protector. Se chituiește și se șlefuiește, operațiunea repetându-se de mai atâtea ori cât este necesar ca să obținem o suprafață fină. Este recomandabil să aplicăm pe suprafața exterioară un strat de vopsea lucioasă pentru a avea un strat exterior perfect.

Dacă, așa cum am mai spus vom reuși să găsim un model gata făcut, cu atât mai bine.

CONFECȚIONAREA MATRIȚEI

Vom trece la confecționarea matriței ce va genera coca navei pe care dorim să o construim. Pentru modelele de până la 2 m lungime putem confecționa direct coaja, fără întărituri suplimentare. Pentru dimensiuni mai mari ale matriței va trebui să prevedem întărituri suplimentare, astfel încât să prevenim deformările acesteia la demulare. Matriţa se execută din mai multe straturi succesive. Primul strat ce se depune pe model este cel de demulant, apoi cel de gelcoat. După uscarea primului sau primelor straturi de gelcoat se dă cu pensula un strat de poliester și se pune primul strat de țesătură fină, de exemplu de 300 grame pe metru pătrat, apoi al doilea. Urmează apoi straturile de țesătură mai groasă și roving. Demularea se face după polimerizarea completă, după cel puțin trei zile. Matriţa trebuie să fie foarte rigidă și de aceea grosimea straturilor succesive poate atinge 10-15 mm, în funcție de mărimea cocii și de ranforsări. Zonele de maximă solicitare vor fi ranforsate cu straturi de țesătură, placaj sau chiar panel. În cazul unor suprafețe mari de desprindere la demulare, pentru facilitarea acesteia pe suprafața matriței se montează ajutaje din metal. Prin ele se va introduce aer comprimat sau apă, care chiar și la o presiune relativ scăzută pot asigura desprinderea. Înainte de mulare trebuiesc obturate cu bandă adezivă.

REALIZAREA COCII

Operațiunea de care depinde succesul sau insuccesul operațiunii este aceea de aplicare a demulantului. Cea mai mică eroare se va traduce prin lipirea suprafețelor și deteriorarea lor la desprindere. Urmează aplicarea straturilor de gelcoat, de 3-6 mm pentru o cocă mare, de 0,3-0,5 mm pentru un model, urmează stratificarea. Dacă operația se face prea repede, înaintea uscării, gelcoatul poate fi distrus. Pe de altă parte, dacă gelcoatul este prea uscat, aderența dintre cele două straturi poate fi redusă. Primul strat ce se aplică ar trebui să fie opac și nu țesătură pentru ca aceasta să nu fie vizibilă, dacă gelcoatul nu este colorat. Celelalte straturi de țesătură se vor aplica succesiv începând cu cele mai subțiri. Pentru a executa o depunere perfectă a stratului, trebuie să asigurăm impregnarea perfectă a țesăturii, fără a lăsa cel mai mic pliu sau bule de aer. Pentru impregnarea suprafețelor mari, vom utiliza un rulou de tipul celor folosite la zugrăvit. Impregnarea este corectă dacă pe suprafață nu se observă zone mai deschise la culoare. Pentru eliminarea aerului, acestea pot fi înțepate cu un simplu ac. Piesele metalice se vor încastra în matriță în timpul stratificării.

Odată terminată polimerizarea se decupează surplusul de material cu o freză diamantată sau cu un simplu fierăstrău cu dinți mici. Elementele componente ale cocii se vor lipi tot cu poliester. Suprafețele de lipire care trebuie să fie cât mai mari posibil se vor curăța bine cu hârtie abrazivă și se vor curăța cu acetonă. Lipirea se va face cu rășini epoxilice, mastic epoxi sau chiar rășini. Pentru a fi corect lipite putem intercala între cele două suprafețe o folie textilă sau de hârtie.

CÂTEVA SFATURI PRACTICE

Dacă lucrăm manual nu vom prepara întreaga cantitate de rășină, ci câte puțin, câte puțin. Altfel, riscăm să se întărească și să pierdem material. Pentru a prelungi timpul de polimerizare, avem interesul să lucrăm la temperaturi cât mai joase, în limite rezonabile, 12-15°C.

Soluțiile de demulare lichide, de exemplu alcoolul polivinilic, trebuie să fie bine spălate după extragerea pieselor.

Aplicarea gelcoatului trebuie să se facă rapid și uniform pentru a nu se impregna prin demulant.

Gelcoatul care se depune cu pistolul cu aer, trebuie diluat cu 20-30% acetonă și suflat de la circa 50 cm distanță. Altfel, stratul va fi poros.

Stratificarea manuală a suprafețelor plane sau cu raze mari de curbură se va face cu ajutorul unui rulou de zugrav.