Descrizione tecnica della realizzazione della parte

Il vacuum infusion è una tecnologia versatile. Prima di iniziare la produzione di una parte, è oppor- tuno determinare preliminarmente le modalità con cui la parte verrà realizzata. Si deve considerare l’utilizzo del vacuum infusion come una opzione tra molte in quanto per la realizzazione dello stesso pezzo sono utilizzabili più tecnologie. In una situazione ideale, si dovrebbe realizzare una base di dati comprendente la lista di specifiche che il pezzo dovrà soddisfare per un approccio concorrenziale nella scelta tra le varie tecnologie disponibili.

Injection test:

Dal momento che il vacuum infusion è stata scelta come tecnologia manufatturiera per la parte, è opportuno che vengano realizzate le seguenti verifiche:

• Test di iniezione su piccola scala (pannelli piatti): in modo da valutare le prestazioni sia del rinforzo (maneggiabilità, permeabilità) sia della resina (maneggiabilità, viscosità, impregnabilità del rinforzo, cura), può essere svolto un semplice test di iniezione su di un piccolo pannello rettangolare. Questo realizza uno screening iniziale del materiale

• Test di iniezione semplificato in vera scala: sezioni dal previsto comportamento critico possono essere investigate con test di iniezione usando attrezzature relativamente semplici in scala 1:1 o 1:2. Per esempio un cambiamento di sezione nella parte può essere investigato con un test di iniezione su di un pannello piatto. Lo stesso può essere fatto con un inserto o una nervatura. Un angolo o uno spigolo possono essere investigate usando una semplice ansa di alluminio

• Test di iniezione in vera scala sulle vere sezioni: infine può essere realizzata una vera sezione in scala 1:1. Questa simulazione finale permette una regolazione fine del processo e l’eliminazione di possibili errori.

Ai test di iniezione può essere vantaggiosamente affiancata una simulazione dell’avanzamento del fronte di iniezione.

Applicazione del gelcoat e/o primo strato:

Dipendentemente dalle dimensioni e dalle specifiche che deve verificare la parte può essere applicato il gelcoat. Il gelcoat non deve essere applicato sulle parti dello stampo che andranno a fare tenuta. Per prima cosa, viene applicato manualmente un primo strato sulla pellicola di gelcoat. Questo strato può essere applicato o per garantire migliori proprietà di durata (usando anche additivi per la resina) o per proteggere lo strato di gelcoat durante il lay-up del rinforzo secco e per garantire buona adesione tra il laminato ed il gelcoat. Molti di questi richiedono richiedono diversi giorni o settimane per l’inserimento di tutto il rinforzo nello stampo. Senza lo strato deposto in hand lay-up il gelcoat potrebbe danneggiarsi e l’adesione essere povera.

Posizionamento del rinforzo secco e anime nello stampo:

Il rinforzo secco e le anime (se usate) vengono posizionati nello stampo. Per piccole parti, il rinforzo può essere preformato per velocizzare il tempo di ciclo (come nell’RTM). Per parti di grandi dimen- sioni, il rinforzo (qualche volta pretagliato) è posizionato nello stampo ed assicurato (se richiesto). Assicurare il rinforzo e le anime nella posizione appropriata può essere difficile, specialmente con geometrie complesse e superfici verticali. Per assicurare il rinforzo vengono utilizzati tre metodi:

• Morsetti e ganci temporanei (saranno rimossi dalla parte prima o dopo l’infusione) • Ganci meccanici permanenti, quali graffette (che rimarranno nella parte)

• Adesivi, quali giunzioni termoplastiche, o colla

Posizionamento dei canali e degli strati distributori di flusso:

Quando è utilizzato uno strato di flusso al di sopra del rinforzo, questo strato è di solito posizionato sul rinforzo con l’interposizione di un foglio separatore (peel ply). Questo permette la rimozione dello strato distributore dopo l’infusione e la cura della resina. In base alla strategia di inizione vengono posizionati i canali (di solito spirali di plasitca o metalliche) e/o gli strati distributori di resina. Per poter essere rimossi i canali distributori sono usualmente avvolti in un peel ply.

Posizionamento delle porte di uscita:

La posizione delle porte di uscita dipende dalla strategia di iniezione. Si possono distinguere due soluzioni:

• Sulla sommità della parte

• In alcuni casi nella parte centrale della parte (non sulla sommità)

Quando la porta di uscita viene posizionata sulla sommità il suo posizionamento è molto semplice.

Chiusura dello stampo:

La metodologia di chiusura dello stampo dipende dal tipo di stampo. Quando è utilizzato un guscio plastico flessibile con rinforzo in fibra di vetro, la guarnizione di chiusura ermetica è di solito integrata nello stampo. Una cava nello stampo per un o-ring in gomma o silicone è molto efficiente. Quando è usato un foglio, questo necessita di essere drappato sopra la parte e sigillato sullo stampo con nastri adesivi. Dal momento che gli ingressi indesiderati d’aria sono molto critici per il vacuum infusion, è di solito preferito l’utilizzo di una doppia chiusura ermetica con nastri adesivi. Uno strato distributore è posizionato nella cavità tra i due nastri sigillanti e nella cavità è fatto il vuoto, in modo da assicurare l’assenza di perdite in ingresso d’aria (Fig. 2.15).

Figura 2.15: Assenza di perdite in ingresso d’aria

Il drappaggio del foglio è un passaggio critico. Il foglio deve essere grande abbastanza per seguire la geometria e ricoprire completamente la parte. Quando la parte è complessa, questo comporta la

presenza di pieghe nel foglio. Queste pieghe necessitano di essere adeguatamente sigillate anch’esse (Fig. 2.16).

Figura 2.16: Pieghe sigillate

Applicazione del vuoto e test per le perdite d’aria (leakage):

Quando lo stampo è chiuso la cavità può essere evacuata. Ovviamente l’ammissione della resina deve essere chiusa. Se è usata una doppia sigillatura, la cavità tra le chiusure ermetiche è evacuata per prima. La pressione (livello di vuoto) nella cavità e le perdite d’aria devono essere monitorate. Alcune aziende ritengono che la sola misura della pressione sia sufficiente a verificare il raggiungimento di un certo livello di vuoto che faccia ritenere la tenuta delle guarnizioni accettabile. Altre aziende utilizzano un sistema semplice e molto efficiente per controllare il tasso di leakage: la manichetta alla pompa viene chiusa e viene misurata la variazione di pressione (dopo 1,2 minuti ecc.). Questo risulta in un tasso di leakage di x mbar al minuto, il quale è una buona unità di misura per decidere sull’accettabilità del processo. Per la cavità tra le chiusure ermetiche un leak rate di 100 o 200 Pa al minuto è di solito considerato accettabile. Superato questo test la cavità nello stampo può essere evacuata. Quando è usato un semistampo in fibra di vetro si apre la valvola connessa alla pompa di vuoto e si aspetta finchè non si è creato il giusto tasso di vuoto prima di iniettare. Quando è utilizzato un foglio, è necessario prima rimuovere gli eccessi d’aria.

Preparazione della resina:

La resina per l’infusione deve essere mantenuta almeno 24 ore nell’ambiente di lavoro per portarsi alla sua stessa temperatura. Solo dopo che il leak rate è considerato accettabile i componenti della resina possono essere miscelati. Il mescolamento deve essere eseguito con cura in modo da prevenire l’inclusione di aria in eccesso (che potrebbero formare delle bolle d’aria nella parte). La resina può essere degassata prima e dopo il mescolamento, dipendentemente dagli utilizzi. Il degassaggio può avere effetti sul trattamento di cura. Monitorare la temperatura della resina, la viscosità, il tempo di gel è buona abitudine per prevenire errori, specialmente per pezzi dalle ampie dimensioni.

Infusione della resina:

Eseguite le suddette procedure può avere inizio l’infusione. Secondo il metodo più semplice, un manicotto è posizionato nel contenitore della resina, ne viene aperta la valvola e la resina fluisce nello stampo. Durante l’infusione il processo va monitorato.

Termine dell’infusione:

Se la resina ha riempito l’intera cavità dello stampo, ciò non significa che il processo di infusione sia concluso. Il contenuto di vuoti, gli spessori, le tolleranze ed il contenuto in fibre della parte sono influenzati da come l’infusione viene conclusa. Le quattro possibilità di interesse sono:

1. Chiusura dell’immissione 2. Chiusura della porta d’uscita

3. Chiusura di entrambi: immissione ed uscita

4. Incremento della pressione all’uscita e susseguente chiusura dell’immissione

Se l’uscita è chiusa per prima, la pressione nell’intero stampo decresce fino a raggiungere la pressione di infusione. L’eccesso di resina fluirà verso l’uscita e lo spessore della parte si ridurrà, portando ad un elevato ed omogeneo contenuto di fibra. Ma d’altro canto le bolle d’aria presenti nella parte aumenteranno in dimensione, e questo fenomeno sarà più rilevante nelle zone vicino all’ammissione nella misura in cui il salto di pressione sarà maggiore vicino all’ammissione che verso l’uscita. Se l’uscita è chiusa per prima, la pressione nell’intero stampo aumenterà fino alla pressione atmosferica. Questo causerà una diminuzione delle dimensioni delle bolle d’aria, lo spessore della parte aumenterà lentamente seguendo il rilassamento del rinforzo, risultando in un laminato con un basso contenuto di fibre.

Chiudendo entrambi ingresso e uscita nello stesso tempo questo risulterà in un equilibrio di pres- sioni solitamente tra la pressione atmosferica all’ingresso e la pressione di iniezione all’uscita. Questa è una buona metodologia di conclusione dell’infusione. Se il tasso di leakage fosse però molto alto si mostra ancora più conveniente l’opzione quattro. La pressione all’uscita è inizialmente aumentata

(da 10 a 40 Kpa). Poi l’immissione è chiusa. Questo risulterà in un equilibrio delle pressione, come mostrato nella linea 4 di figura, ed in presenza di ingressi d’aria indesiderati rimarrà un piccolo gra- diente di pressione. In un processo ottimizzato l’immissione verrà chiusa prima che lo stampo sia completamente pieno. Se correttamente eseguito, l’eccesso di resina presente nello stampo fluirà ver- so l’uscita durante il processo di equalizzazione e completerà l’infusione con un minimo spillamento attraverso l’uscita.