De bouwproef Inleiding De bouwproef dient verschillende doelen. Door het bouwen van de boot op een schaal hebben we veel ervaring en kennis met de 2 verschillende bouwmethodes opgedaan. En hebben we kunnen experimenteren met andere technieken voor het impregneren van de boten. Deze kennis dragen wij door middel van dit verslag over aan de mensen die de boot op ware grote gaan maken. Ook al wordt deze boot met een andere methode gemaakt. Zullen veel aspecten en technieken die wij gebruikt hebben terug komen bij de bouw. Gerelateerde documenten Foto’s van de bouwproef neem deze erbij als je dit verslag doorleest. Composerver/projecten/bouwproef/foto’s
Samenvatting Als eerst zal met een korte inleiden over composieten de basis over dit onderwerp worden behandeld. Hierin zal kort de voor en nadelen van het materiaal worden beschrijven. De eigenschappen en de mogelijkheden voor verwerken. Daarna zal de bouwproef beschrijven zoals wij deze uitgevoerd hebben. Met de vaardigheden die wij geleerd hebben gedurende het proces. En hoe wij keuzes hebben gemaakt. En op welke gronde we deze gebaseerd hebben. Daarnaast zal de overige problemen en moeilijkheden bespreken die we zijn tegen gekomen. Zoals tegenstrijdige belangen en afhankelijkheid van leveranciers. Tot slot zal ik een advies geven voor de bouw van de grote boot. Gebaseerd op de kennis die op dit moment aanwezig is binnen Composail.
Inleiding composieten Composieten is een product dat je krijg door het combineren van 2 materialen. De doel hiervan is om betere eigenschappen te verkrijgen. Composiet komt in allerlei verschillende vormen voor. De meest bekenden composieten zijn de lichtgewicht composieten. Deze bestaan uit een vezel materiaal en een hars. Het voordeel hiervan is dat je een licht product kan krijgen die het erg goed doet op de eigenschappen: Sterkte Stijfheid Onderhoud Corrosie Levensduur Gewicht En lichtgewicht is dan eigenschap die het meest aangehaald wordt. Dit klopt in het opzicht van dat het goedkoop lichtgewicht is. Naast dat het door zijn lichtgewicht veel energie bespaard bij verplaatst is het echter de combinatie van schillende eigenschappen die ervoor zorgt dat dit materiaal zo in trek is bij producten. Hydrodynamisch, Aërodynamica, zijn andere eigenschappen die beter en makkelijker gerealiseerd kunnen worden met composieten. Lichtgewicht kan ook met dure metalen natuurlijk, maar dit komt zelden voor. Dit betekend dat er in dit gebied toch voor composiet gekozen wordt. Een mooi voorbeeld hiervan zijn tennis rackets. Deze waren oorspronkelijk van hout en staal. Vervolgens kwamen de eerste titanium rackets op de markt. Deze waren erg duur maar wel extreem licht. Uiteindelijk is zijn de carbon fiber rackets veruit de meeste gebruikte vandaag de dag. Ondanks dat ze zwaarder zijn dat de titanium rackets. Dit vanwege hun hoge stijfheid en prijs speelt hierbij ook natuurlijk ook een rol. Er zijn steeds meer gebieden waar composieten terrein winnen vanwege hun unieke eigenschappen denk hierbij aan. Boten, vliegtuigen, Rackets, Wetenschappelijk instrumenten. Veder wordt het nog wel eens toegepast in bijvoorbeeld motorkappen van auto’s dit is uit technisch oogpunt gezien onzin. Enkele Technisch interessante composieten zijn: • GLARE vliegtuig materiaal bestaand uit glasvezel en aluminium • Kevlar is een droge para-aramide vezel die met een metaal plaat een kogelvrij vest vormt.
•
T-700 koolstofvezel ofwel Carbon die met vrijwel elk kernmateriaal gebruikt kan worden en voor een uniek product zorgt.
Een vezel materiaal moet normaal gesproken vast gelegd worden. Omdat verschuiving van de vezel de eigenschappen van het product aantasten. Daarom wordt een vezel meestal in matrix vast gezet door hem te impregneren met hars. Dit kan door hars uit te smeren of te injecteren onder vacuüm. Of door een proces dat warmwalsen heet.
Bouwproef De bouw zal ik als eerst opdelen in de verschillende deelprocessen. Voor de bouwproef hebben we namelijk 4 composiet producten gemaakt; • Plug • Mal • En 2 rompen Dit om ondermeer het verschil in uitwendig en inwendig bouwen te kunnen testen. Ook konden we zo verschillende producten maken en beter inzicht krijgen in het inpakken van een rompvorm en andere vorm gerelateerde problemen. Voor ik veder uitleg ga geven over bouwproef wil ik eerst enkelen punten van het impregneren met hars uitleggen. Het doel van impregneren met hars is het beschermen van de vezel. Te zorgen dat deze in de juiste matrix blijf. En ervoor te zorgen dat deze verbonden wordt met bijvoorbeeld een schuim. Kortom het Hars zorg voor: • • •
Verlijmingsmiddel Bindingsmiddel Bescherming
De vezels zorgen voor: • Stijfheid • Sterkte • En eventueel andere eigenschappen Het schuim zorg voor afstand tussen de 2 vezel lagen: • Meer afstand is meer stijfheid maar ook meer gewicht • Voor slagvastheid De bedoeling is dat er precies de juiste hoeveelheid hars in het product komt. Te veel zorg voor extra gewicht en extra nabewerking Te weinig hars kan de-laminatie veroorzaken en de vezel open laten liggen. Gelijkmatigheid verdeling is in de praktijk moeilijk te krijgen. Daarom wordt er door middel van een vacuüm de hars uit het product gedrukt. Dit maakt een gelijkmatige verdeling mogelijk. Voor kleine aantallen producten wordt er meestal met de hand hars aan gebracht voor serie productie is dit te omslachtig. Daarom wordt er in de industrie vaak met van te vore geïmpregneerde matten gewerkt dit Pre-preg worden genoemd.
Plug De plug is de vorm waar we omheen gebouwd hebben. Dit was in ons geval een romp van een boot gefreesd uit stukken schuim. Als eerst hebben we deze schuimen vorm na te bewerkt door gaten te dichten en netjes af te schuren. Vervolgens hebben uit hout een rand aangebracht op onze vorm. Deze rand heeft gediend om de schuimvorm onder vacuüm te zetten. Zodat we minimaal hoeveelheid nabewerking zouden hebben. Voordat we verstevigingslagen hebben aangebracht op de schuim vorm hebben de rand dicht gekit. Hierna hebben met Glasvezel matten van 80g/m3 de schuim voor verstevigd door handopleg met vacuüm. De werkvolgorde was als volgt: • Schoonmaken • Glasvezelmat,scheurweefsel, release film, bleederdoek, en vacuümfolie op maat knippen • Hars mengen • Opleggen glasvezelmat en deze impregneren • Opleggen scheurweefsel, release film, bleederdoek, vacuümfolie • Vacuümzak maken met sealant tape • Gat knippen in de zak voor vacuümleiding Dit we hebben 2 lagen glasvezel matten gebruik, wat een beetje lastig was in omgang. Dit hebben we vervolgens laten uitharden. Vervolgens hebben we wax aangebracht zodat de vorm lossend zou zijn. De volgorde die we hierbij aangehouden hebben was als volgt. Schoonmaken 3x Waxen met 30 half uur droog tijd tussendoor Hierna was de plug klaar om de mal overheen te bouwen. Hier nog een opsomming van de problemen die we gehad hebben tijdens de plugbouw. De oorzaken en de oplossingen ervoor. Probleem: De 2e glasvezel laag werd niet glad. Oorzaak: De vezelmatten waren erg dun en konden makkelijker uit hun verband gehaald worden. Oplossingen: 1. Dikkere vezelmatten nemen, maar dit zou een minder gladde plug opgeleverd die ons het hele project lang veel nabewerking zou opleveren. 2. De eerst glasvezellaag aanbrengen en laten uitharden voordat je de volgende laag aanbrengt. Dit zou veel tijd gekost hebben
Uiteindelijk hebben we de plug nog nabewerkt voor het waxen. Probleem: Tijdens het vacuüm vormen ontdekken dat de vorm te veel lekte. Oorzaak: Plug en vacuümflens geen geheel. Hout is niet luchtdicht. Oplossingen: Wij hebben gekozen om met glasvezel matten op de houten flens te leggen tot de plug. Probleem: Vacuümzak goed krijgen. Oorzaak: Het vacuümfolie is behoorlijk stug en de vorm van de romp is niet rechthoekig. Oplossingen: Wij hebben plooien aangebracht op de vacuümzak om de verandering in vorm op te vangen. Grote plooien op plekken waar de vorm veel verander en kleinen plooien op plekken waar de vorm weinig verandert. Dit symmetrisch ten opzichte van beide kanten bij de boot. Zodat de zak zichzelf niet eraf/stuk trekt. Probleem: Slechte waxlaag Oorzaak: Verkeerde doeken gebruikt tijdens het waxen Oplossingen: 100% Katoenen doeken gebruiken Probleem: Drogen plekken in het Glasvezel Oorzaak: Hars krimpt zodra het in de gelfase komt er moet dus nieuw materiaal aangevoerd worden. Oplossing Vacuüm behouden tijdens gelfase
Mal Toen de mal gereed was konden we deze gebruiken om een mal over te bouwen. Door de plug van schuim en glasvezel te maken was deze relatief goedkoop en hard en stijf genoeg om een goede mal van te maken. De methode om deze te bouwen is vrijwel identiek aan die van de plug op enkele punten na. We hebben namelijk gekozen om een schil bouw te doen bij de mal. Dit geeft namelijk een makkelijkere werk volgorde en de kans op een goede impregnatie is groter. Omdat er vaker hars door het product heen gedrukt wordt. Doordat er eerst alleen een laag glasvezel wordt geïmpregneerd en vervolgens pas de kern en de buitenlaag is de mal vormvaster en vervormd nog nauwelijks tijden uitharden. Normaal gesproken zou een product met kern iets vervormen tijdens het uitharden omdat de 2 glasvezel lagen aan beide kanten een andere grote oppervlak hebben. Hierdoor is er een klein verschil in de hoeveelheid krimp en spanning in deze matten. Als eerst zijn we begonnen met de plug in te pakken met glasvezel en vervolgens deze te impregneren. Dit volgens de standaard handopleg techniek gebeurt. En de glasvezelmat vervolgens geïmpregneerd. Deze daarna inpakken met: • Scheurweefsel • Release film • Bleederdoek • Vacuüm folie De schil hebben we vervolgens onder vacuüm laten uitharden. Hierna hebben we deze uitgepakt en een kern toegevoegd. Deze kern dient om de mal meer stevigheid en stijfheid te geven. Deze hebben we vervolgens weer ingepakt met glasvezelmat en geïmpregneerd. Volgens hebben we deze bedekt met: • Scheurweefsel • Release film • Bleederdoek • Vacuüm folie Dit hebben we in zijn geheel laten uitharden zodat de schil aan het kern ging hechten en we een stevige en stijve mal kregen. Die geschrikt wat om een product in te vacuüminjecteren.
Probleem Delaminatie tussen de schil en kern. Oorzaak Doordat we een relatief dunne schil genomen hebben en deze niet eerst in de smeren voordat we de kern aangebracht te hebben. Oplossing Door een dikkere schil te kiezen en de deze met hars in te smeren voor het aanbrengen van de kern zou dit probleem opgelost kunnen worden. Probleem Beschadiging van het oppervlak van de mal. Oorzaak Te grof schuur papier of te lang schuren. Oplossing Niet meer schuren dan absoluut noodzakelijk.
Inwendige vacuüminjectie In de mal hebben we de eerste een vacuüm test gedaan. Nadat dit was gedaan hebben we een glasvezel mat van 365grams mat in de mal gelegd. Deze hebben we vervolgens netjes op maat gemaakt zodat deze de vorm van de romp aannam. Vervolgens zijn we begonnen met opbouwen van de kern. Dit door middel van schuimlatten die met een lijm op epoxy basis hebben verlijmt. We hebben alle latten in de lengte richting van de boot gelegd omdat we ze zo het minst moesten vervormen. Met 2 latten die overlangs liepen hebben het lattenpakket op zijn plaats gedrukt tot het compleet was. Hierna hebben we dit weer afgedekt met een glasvezelmat van dezelfde dikte als de eerste mat. Vervolgens is er scheurweefsel, release film en doorstroom gaas overheen gegaan. Hierna hebben wij een slangen pakket aangebracht. Van 1 hoofd leiding in de lengte richting van de boot. En enkele dwarsleidingen. Hierdoor kan de hars zich makkelijkere in verschillende hoeken komen. Hierna hebben we de boot ingepakt met vacuümfolie en onder vacuüm gezet. We hebben het vervolgens eerst een half uur laten debulken en toen zijn we begonnen met de injectie. Vervolgens hebben we het op vacuüm gehouden terwijl het uithardde. Als laatste stap hebben we het hele geheel uitgepakt en gelost uit de mal Probleem Vervuiling in de mat Oorzaak Te veel vreemde stoffen zoals houtzaagsel of lijm resten Oplossing In een clean room werken. Probleem Slechte lossing Oorzaak Geen lossingsmiddel of niet goed aangebracht. Of te slecht oppervlak Oplossing • Controle doen met test stukje • Nogmaals waxen Probleem Krom trekken van de boot bij uitharden hars. Oorzaak Ongelijke hoeveelheden hars door ongelijke matten. Oplossing
Symmetrisch sandwich pakket Probleem Latten te stijf Oorzaak De hoge dichtheid van het schuim maakt ze stijf Oplossing • Verwarmen of onder een drukvorm/lat te leggen. • Latten in kleinere stukken aanbrengen. Probleem Hars komt niet overal in de vorm Oorzaak De hoge weerstand om op deze plek te komen. De hars loopt weg via het aanzuigpunt Oplossing Zak klein beetje open maken en extra hars aanvoerpunt maken vlak bij de droge plek.
Uitwendige vacuüminjectie Dit is bijna hetzelfde als inwendige vacuüminjectie. De enige aandacht puntjes zijn dat je het leidingsysteem goed neerlegt. Veder werdt bij ons de eerste glasvezelmat een beetje bol getrokken door het lattenpakket. Nadat het geheel onder vacuüm stond was het wel goed sluitend. Zodra alles op zijn plaats zat. Hebben we ons sandwich pakket geïnjecteerd. Dit bestond uit glasvezel met schuimkern vervolgens weer een laag glasvezel. Hier op zat scheurweefsel en release film. Gevolgd door doorstoomgaas en het leidingenstelsel. Probleem Vervormen van de mal Oorzaak Niet genoeg sterkte in de mal Oplossing Dikkere vezel matten gebruiken. Wij hadden een vrij dunne mal gemaakt omdat we bang waren dat te dikke matten niet goed de vorm van de plug zou overnemen.
Algemene informatie over materialen en handeling ervan. Symmetrisch bouwen Vezel matten worden geleverd in verschillende dikte en vormen. Mat van 0/90 moet gecompenseerd worden met dezelfde mat aan de andere kant van de kern om ver voorkomen dat de vorm interne spanning opbouwt. De richting van de mat wordt bepaald gezien vanaf de zijkant. De 0 richting wordt ook wel inslag genoemd. De 90 richting wordt ook wel ketting genoemd. Gewicht Gewicht is het aantal gram per vierkante meter. Schade Je betaald bij sommige vezel matten per bruikbare meter. Er zal dus een schade rapport bij zitten waar de grote en aard van deze schade in de rol staat vermeld. En op hoeveel meter deze zich bevind. Lamineren Bij prepreg lamineren begin je vanuit het midden te lamineren omdat de mat zo het langs en het best te corrigeren is. Gebruik bij nat lamineren voldoende hars om zeker te zijn dat er een goede impregnatie plaats vind. Sealant tape Sealant tape bestaat voor verschillende temperaturen zwart is meestal 120 graden geel is 210 graden. Release film Is een roze folie die ervoor zorgt dat vacuumzak of bleederdoek niet hecht aan je product ze hebben codes P0 tot P3 Dit staat voor de grote van de gaten. Scheurweefsel Dit wordt toegepast om oppervlak te maken waarop later nog makkelijk iets opgelijmd kan worden of nog nabewerkt moet worden.
Advies Voor het bouwen van het jacht zou ik aanraden om een latten bouw methode te gebruiken. Bij one off schepen zou ik de voorkeur geven aan handopleg met matten die met de hand geïmpregneerd worden. En deze vervolgens met vacuüm overtollig hars uit de mat drukken. Dit vanwege de het feit dat het op deze manier beter te controleren is. Door het vervolgens met vacuüm aandrukken is het resultaat in mijn ogen van voldoende kwaliteit. De redenen waarom ik niet voor een vacuüminjectie methode zou kiezen is dat hoeveelheid hars die uiteindelijk overblijft in de mat voor mijn gevoel nauwelijks minder of gelijk is aan handopleg. Veder moet het inpakken erg zorgvuldig gebeuren en zijn alle eventuele fouten die hierbij gemaakt worden terug te vinden in het product. Bij een gesloten mal zou ik wel kiezen voor vacuüminjectie. Maar op iets met de grote en complexheid van bootromp lijkt mij dit een proces dat een erg tijdsintensieve voorbereiding vereist. Het genen wat in mijn ogen cruciaal is voor het uiteindelijk oppervlakte is de afwerking van de kern. Als deze goed sluitend is en vloeiend overgaat in de volgende lat zal dit een strak opperlak opleveren. Veder zou het gebruik van een surface film bij kunnen dragen aan de oppervlak gesteldheid van de romp. Veder denk ik dat door het gebruik te maken van een relatief dikke mat eventuele oneven heiden beter zijn op te vangen.
