I. Utensili manuali
Sia le fibre prepreg che quelle secche possono essere tagliate con utensili manuali come forbici, tagliapizza e coltelli. I materiali realizzati in Kevlar sono più difficili da tagliare rispetto alle fibre di vetro o carbonio e gli utensili si usurano più rapidamente. Si utilizzano un raschietto di gomma e una spazzola per impregnare la fibra secca con il wet layup di resina. Sono stati utilizzati pennarelli, righelli e una dima circolare per creare il layout del restauro. Ciò è mostrato nella Figura 31.
Figura 31: Strumenti di laminazione manuale per lay-up
II. Utensili ad aria compressa
Per i compositi vengono utilizzati utensili elettrici ad aria compressa come motori di trapani, fresatrici e smerigliatrici. I motori elettrici non sono consigliati in quanto la fibra di carbonio è un materiale conduttivo e può causare cortocircuiti. Se vengono utilizzati utensili elettrici, devono essere del tipo completamente chiuso. Come mostrato nella Figura 32.
Figura 32: Utensili pneumatici per riparazioni composite
III. Piastra pellicola pneumatico
Una piastra di rivestimento in alluminio viene solitamente utilizzata per supportare la parte durante il processo di polimerizzazione. Un agente distaccante per stampi, o pellicola di separazione, viene applicato alla cassaforma in modo che la parte non aderisca alla cassaforma. Pannelli rivestiti sottili vengono utilizzati anche nella parte superiore della riparazione quando viene utilizzato un legante termico. Il foglio rivestito fornisce un'area riscaldata in modo più uniforme, che termina con un laminato composito più liscio.
IV. Strumenti e stampi di supporto
Alcune riparazioni richiedono utensili per supportare la parte/o per mantenere il profilo della superficie durante la polimerizzazione. Per realizzare questi utensili si possono usare vari materiali. Il tipo di materiale dipende dal tipo di riparazione, dalla temperatura di polimerizzazione e dal fatto che si tratti di un utensile temporaneo o permanente. La polimerizzazione in forno e in vasca di pressatura a caldo richiede utensili di supporto a causa delle elevate temperature di polimerizzazione. Se non si usano utensili di supporto, la parte si deformerà. Sono disponibili molti tipi di materiali per utensili. Alcuni sono modellati su un profilo specifico della parte e altri sono usati come supporti rigidi per tenere il profilo durante la polimerizzazione. Il gesso è un materiale economico e comodo per il contorno. Può essere riempito con fibra di vetro, canapa o altri materiali. Il gesso non è molto resistente, ma può essere usato come utensile temporaneo. Di solito, sulla superficie laterale dell'utensile viene applicato uno strato di resina epossidica rinforzata con fibra di vetro per migliorare la qualità della finitura.
Le resine per stampaggio vengono utilizzate per impregnare fibra di vetro, fibra di carbonio o altri materiali di rinforzo per realizzare utensili permanenti. Le parti complesse vengono realizzate in metallo o piastre di stampo ad alta temperatura e lavorate su apparecchiature CNC a 5- assi per realizzare utensili di base che possono essere utilizzati per fabbricare parti di aeromobili. Ciò è mostrato nella figura 33/34.
Figura 33: 5-asse CNC utensili e attrezzature per la fabbricazione di stampi
Figura 34: Stampo dell'unità di aspirazione dell'aria
V. Materiali per insacchettamento sottovuoto
La riparazione dei componenti compositi degli aeromobili viene solitamente eseguita utilizzando la tecnica di pressurizzazione con sacco a vuoto. Un sacco di plastica viene sigillato attorno all'area di riparazione. L'aria viene quindi pompata fuori dal sacco in modo che gli strati di riparazione vengano tirati insieme e non rimanga aria in mezzo. La pressione atmosferica crea un legame forte e sicuro durante il processo di riparazione.
Sono disponibili diversi materiali di processo per l'uso di parti di insacchettamento sottovuoto. Questi materiali non fanno parte della riparazione e vengono scartati alla fine del processo di riparazione.
VI. Agenti distaccanti
Un agente distaccante, noto anche come agente distaccante per utensili a pellicola, consente di rimuovere facilmente la parte indurita dallo stampo o dalla piastra del pneumatico.
VII. Piastra di separazione
Lo strato separatore crea un percorso per l'aria e le sostanze volatili per fuoriuscire dalla riparazione. La resina in eccesso viene raccolta in un separatore. Il materiale separatore può essere costituito da uno strato di fibra di vetro, poliestere non tessuto o può anche essere un materiale rivestito in Teflon (Teflon)® perforato. Lo Structural Repair Manual (SRM) descrive quale tipo e quanti strati di separazione sono necessari. In genere, più spesso è il laminato, più strati sono necessari.
VIII. Laminati superficiali
I laminati superficiali sono in genere utilizzati per creare una superficie pulita per scopi di incollaggio. Un sottile strato di fibra di vetro viene polimerizzato con la parte riparata. Appena prima che la parte venga attaccata a un'altra struttura, lo strato di rivestimento viene rimosso. Lo strato di rivestimento viene rimosso facilmente e lascia una superficie pulita per l'incollaggio. Gli strati di rivestimento sono realizzati in poliestere, nylon, etilene propilene fluorurato (FEP) o fibra di vetro rivestita. Se si surriscaldano, possono essere difficili da rimuovere. Alcune pellicole rivestite possono lasciare contaminazioni indesiderate sulla superficie. Il materiale di stripping preferito è il poliestere, che può essere polimerizzato a caldo per eliminare il restringimento.
IX. Nastro adesivo
Il nastro sigillante per sacchetti sottovuoto, noto anche come nastro adesivo, viene utilizzato per sigillare i sacchetti sottovuoto a parti o utensili. Controllare sempre la temperatura nominale del nastro adesivo prima di applicarlo per assicurarsi di utilizzare il nastro adesivo con la temperatura corretta.
X. Pellicola distaccante porosa
Il film di rilascio poroso viene utilizzato per consentire all'aria e alla volatilità di entrare nella riparazione, impedendo allo strato di rilascio di attaccarsi alla parte o alla riparazione. Sono disponibili diverse dimensioni di fori e spaziature dei fori a seconda del volume di scarico richiesto.
XI. Membrana di separazione solida
L'uso di un film separatore solido impedisce che il prepreg o lo strato umido aderiscano alla superficie di lavoro o alla piastra di rivestimento. Se si utilizza un film separatore solido, si impedisce anche che la resina fuoriesca e danneggi la coperta termica o la piastra di rivestimento.
XII. Materiali permeabili all'aria
Il materiale traspirante descritto viene utilizzato per fornire un percorso per l'aria per uscire dal sacco a vuoto. Il materiale traspirante deve essere a contatto con il separatore. In genere, la fibra di poliestere viene utilizzata in pesi di 4 oz. o 10 oz. 4 oz. viene utilizzata per applicazioni inferiori a 50 libbre per pollice quadrato (psi) e 10 oz. viene utilizzata per 50 - 100 psi.
XIII. Sacchetti per il vuoto
I materiali dei sacchetti sottovuoto creano uno strato resistente tra la riparazione e l'aria.
I materiali per sacchetti sottovuoto sono disponibili in una varietà di temperature nominali, quindi assicurati che il materiale utilizzato per la riparazione possa gestire le temperature di polimerizzazione. La maggior parte dei materiali per sacchetti sottovuoto sono monouso, ma quelli realizzati in gomma siliconica flessibile sono riutilizzabili. Vengono praticati due piccoli tagli nel materiale di insacchettamento per consentire l'installazione della valvola della sonda del vuoto. I sacchetti sottovuoto non sono molto flessibili e, se vuoi adattare forme complesse, devi creare strati nel sacchetto. A volte vengono utilizzati sacchetti di tipo busta, ma lo svantaggio di questo metodo è che la pressione del vuoto può schiacciare le parti. I sacchetti riutilizzabili realizzati in gomma siliconica sono più flessibili. Alcuni hanno coperte riscaldanti integrate che semplificano l'operazione di insacchettamento. Ciò è mostrato nelle figure 35/36/37.
Figura 35: Materiali di imballaggio
Figura 36: Sacchetti per parti complesse
Figura 37: Sacchetti sottovuoto autosigillanti per elementi riscaldanti
XIV. Apparecchiature per il vuoto
Le pompe per vuoto vengono utilizzate per aspirare aria e sostanze volatili dal sacco per vuoto per realizzare laminati fissi a pressione atmosferica. Le pompe per vuoto specializzate vengono utilizzate nelle officine di riparazione. Per le riparazioni di aeromobili, possono essere utilizzate pompe per vuoto mobili. La maggior parte degli adesivi per incollaggio a caldo ha una pompa per vuoto incorporata. Tubi flessibili dell'aria speciali vengono utilizzati come linee per vuoto perché i normali tubi flessibili dell'aria possono essere appiattiti durante il vuoto. Le linee per vuoto utilizzate nei forni o nelle autoclavi devono essere in grado di resistere alle alte temperature nell'unità di riscaldamento. I regolatori di pressione del vuoto vengono talvolta utilizzati per ridurre la pressione del vuoto durante l'insaccamento.
XV. Tavolo di compattazione sotto vuoto
Un tavolo di compattazione sottovuoto è uno strumento utile per scomporre i laminati compositi multistrato. Il tavolo di compattazione è essenzialmente un sacco sottovuoto riutilizzabile costituito da un piano di lavoro in metallo con un coperchio incernierato. Il coperchio include un telaio robusto, una membrana flessibile e una guarnizione sottovuoto. Lo strato di riparazione viene posizionato sulla superficie del tavolo e sigillato sotto il coperchio con un vuoto per rimuovere l'aria intrappolata. Alcuni dei tavoli compattati sono stati sottoposti a calore, ma la maggior parte no.
XVI. Forno
I compositi possono essere polimerizzati in un forno utilizzando una varietà di metodi di applicazione della pressione. In genere, si utilizza una camicia sottovuoto per rimuovere le sostanze volatili e l'aria intrappolata e polimerizzare utilizzando la pressione atmosferica, come mostrato nella Figura 38. Un altro metodo di applicazione della pressione per la polimerizzazione in forno è l'uso di pellicola termoretraibile o nastro termoretraibile. Il forno polimerizza il sistema del materiale utilizzando aria calda che circola ad alta velocità. Le temperature tipiche di polimerizzazione in forno sono 250 gradi F (121 gradi) e 350 gradi F (176,67 gradi). Il forno ha un sensore di temperatura che invia i dati di temperatura al controller del forno. La temperatura del forno può differire dalla temperatura effettiva della parte a seconda della posizione del sensore del forno e della posizione della parte nel forno.
Figura 37: Forno di polimerizzazione a doppia porta
La massa termica della parte all'interno del forno è solitamente maggiore della massa termica del forno circostante e la temperatura della parte sarà in ritardo rispetto alla temperatura del forno di una quantità significativa durante il processo di riscaldamento. Per gestire queste differenze, almeno due termocoppie (chimiche) devono essere posizionate sulla parte e collegate a un dispositivo di rilevamento della temperatura (registratore grafico separato, legante termico, ecc.) situato all'esterno del forno. Alcuni controller del forno possono essere controllati da termocoppie (chimiche) posizionate sulla parte da riparare.
XVII. Serbatoi per pressatura a caldo
I sistemi Hot Press Tank consentono reazioni chimiche complesse all'interno di un recipiente a pressione per trattare un'ampia varietà di materiali in base a distribuzioni di tempo, temperatura e pressione specificate. Come mostrato nella Figura 39, le variazioni nei materiali e nei processi aumentano le condizioni operative dei serbatoi di pressatura a caldo ad alta temperatura da 120 gradi (250 gradi F) e 275 kPa (40 psi) a oltre 760 gradi (1400 gradi F) e 69,000 kPa (10,000 psi). I serbatoi di pressatura a caldo ad alta temperatura che funzionano a temperature e pressioni inferiori possono essere pressurizzati con aria, ma se sono richieste temperature e pressioni più elevate per il ciclo di polimerizzazione, si dovrebbe utilizzare una miscela di aria e azoto con un rapporto di 50/50 o 100% di azoto per ridurre l'incidenza di incendi nei serbatoi di pressatura a caldo ad alta temperatura.
Figura 39: Serbatoio di pressatura a caldo ad alta temperatura
I componenti principali di un sistema autoclave sono: un recipiente per mantenere la pressione, una fonte per riscaldare il flusso di gas e farlo circolare uniformemente all'interno del recipiente, un sottosistema per applicare il vuoto alle parti coperte dal sacco a vuoto, un sottosistema per controllare i parametri operativi e un sottosistema per caricare gli stampi nell'autoclave. Le autoclavi moderne sono controllate da computer che consentono all'operatore di programmare e monitorare tutti i tipi di cicli di polimerizzazione. Il modo più accurato per controllare il ciclo di polimerizzazione è controllare il controller del serbatoio della pressa a caldo con termocoppie posizionate sulla parte effettiva.
La maggior parte delle parti lavorate nel serbatoio della pressa a caldo sono coperte da un sacco a vuoto che viene utilizzato principalmente per compattare il laminato e fornire un percorso per la rimozione delle sostanze volatili. Il sacco a vuoto consente alla parte di esistere con una pressione differenziale all'esterno della pressa a caldo senza esposizione diretta all'ambiente della pressa a caldo. I sacchi a vuoto vengono utilizzati anche per applicare vari gradi di vuoto alle parti.
XVIII. Leganti termici e lampade riscaldanti
I tipici metodi di riscaldamento a bordo includono coperte termiche a resistenza, lampade termiche a infrarossi e dispositivi ad aria calda. Tutti i dispositivi di riscaldamento devono essere controllati in qualche modo in modo che possa essere applicata la giusta quantità di calore. Ciò è particolarmente importante per le riparazioni che utilizzano preimpregnati e adesivi, dove spesso vengono specificate velocità di riscaldamento e raffreddamento controllate.
XIX. Connettori termici
Un connettore termico è un dispositivo portatile che controlla automaticamente il riscaldamento in base al feedback della temperatura dall'area di riparazione. Il legante termico ha anche una pompa a vuoto per alimentare e monitorare l'attrezzatura per il vuoto nel sacco a vuoto. Il legante termico controlla il ciclo di polimerizzazione con termocoppie posizionate vicino alla riparazione. Alcune riparazioni richiedono fino a 10 termocoppie. I moderni leganti termici possono eseguire molti tipi diversi di programmi di polimerizzazione e i dati del ciclo di polimerizzazione possono essere stampati o caricati su un computer. Ciò è mostrato nella Figura 40.
Figura 40: Attrezzatura per hot-linking
XX. Coperte termiche
Una coperta termica è un riscaldatore flessibile. È composta da due strati di gomma siliconica con un riscaldatore a resistenza metallica tra i due strati. Le coperte termiche sono un metodo comune per fornire calore per la manutenzione degli aeromobili. Le coperte termiche possono essere controllate manualmente; tuttavia, sono solitamente utilizzate con un legante termico. Il calore viene trasferito dalla coperta per conduzione. Pertanto, la coperta termica deve conformarsi ed essere al 100% a contatto con la parte, il che è solitamente ottenuto tramite la pressione del sacco a vuoto. Come mostrato nella Figura 41.
Figura 41: Coperta calda
XXI. Lampade riscaldanti
Le lampade di calore a infrarossi possono essere utilizzate per polimerizzare i compositi ad alte temperature se non si utilizzano sacchetti sottovuoto. Tuttavia, sono solitamente inefficaci quando le temperature di polimerizzazione superano i 150 gradi Fahrenheit o quando l'area supera i 2 piedi quadrati. È anche difficile controllare il calore con una lampada e le lampade tendono a produrre temperature superficiali elevate molto rapidamente. Le lampade di calore possono essere utilizzate per applicare calore di polimerizzazione a superfici grandi o irregolari se controllate da un termostato. I leganti termici possono essere utilizzati per controllare la lampada di calore.
XII. Sistemi ad aria calda
I sistemi ad aria calda possono essere utilizzati per curare le riparazioni composite e sono principalmente limitati a piccole riparazioni e aree di riparazione asciutte. Dopo il completamento del sacco a vuoto, un generatore di calore fornisce aria calda direttamente in un involucro isolato disposto attorno all'area di riparazione. L'aria calda circonda la riparazione con un aumento di temperatura uniforme.
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Fonte "Composites Frontier" Sito web pubblico