Výroba lodních trupů sekce M - 1. díl

Již deset let je mým koníčkem lodní modelářství. Protože se touto činností zabývám soutěžně, jsem členem Klubu lodních modelářů České republiky. Podle mezinárodní organizace Naviga, které je náš modelářský svaz součástí, soutěžím s modely skupiny M – společné závody rádiem řízených člunů s elektropohonem na dané trati a s určenou dobou jízdy. K lodnímu modelářství mne přivedl můj otec, který se těmto modelům věnuje již 35 let a děda, kterého také otec pro tyto modely získal. Trupy těchto modelů jsou dnes pouze z kompozitových materiálů. V seriálu článků, jehož první díl právě čtete, se zaměřím na materiály (tkaniny, laminovací pryskyřice), zhotovování forem (kopyt) a vlastní proces zhotovení kompozitového trupu modelu.

I. Historie kompozitů

Skleněná vlákna se poprvé začala vyrábět koncem 19. století.

V roce 1935 začala průmyslová výroba skelných vláken a v roce 1938 byl udělen patent na epoxidovou pryskyřici. V průběhu 2. světové války se začínají objevovat první lamináty s výztuží ze skelných vláken.

V roce 1953 začíná produkce kompozitů pro karoserie automobilů, v roce 1967 je postaveno menší letadlo téměř celé z kompozitů ze skelných vláken.

V roce 2009 byl proveden první let Boeingu 787 Dreamliner – prvního velkého dopravního letadla s více než 50% podílem dílů z uhlíkových kompozitů, které nahradily hliník a tím snížily hmotnost o 18 000 kg proti stejně velikým klasickým typům letadel.

Dnes se používají kompozity nejenom s výplní sklených vláken, ale používají se tkaniny aramidové (nejznámější je Kevlar, vyvinutý v roce 1971 firmou DuPont a podle něj se lidově těmto tkaninám říká kevlarové) a tkaniny uhlíkové.

Na speciální účely se pro výztuže kompozitů používá karbid křemíku, křemenná, čedičová nebo borová vlákna.

Největší užití kompozitů je při výrobě dopravních prostředků a ve stavebnictví.

II. Zhotovování kompozitových trupů lodních modelů: Tkaniny pro kompozity

Nejvíce ve světě užívané (cca 80 %) jsou skelné tkaniny. Je to dáno jejich cenou. Jestliže porovnáme ceny vláken a za základ vezmeme cenu skelných vláken, pak cena aramidových tkanin je cca 10x vyšší, borových cca 100x vyšší a uhlíkových 50x až 500x vyšší. Tkaniny jsou nejvíce vyráběny převážně v trojím provedení: plátnovém, keprovém a atlasovém:

Mimo tkanin se používají v kompozitech také netkané rohože. Jsou to nepravidelně orientovaná 50 mm dlouhá vlákna spojená emulzí nebo práškovým pojivem. Rohože emulzní jsou měkčí, lépe se tvarují a tím jsou použitelné na tvarově složité dílce. Rohože pojené práškově jsou tužší a používají se hlavně na velkoplošné dílce. Obecně se dá říci, že rohože jsou vhodnější na složitější tvary, ale pevnost výrobků z nich je o něco nižší než při použití tkanin.

Kromě toho se také v kompozitech užívá tzv. „roving“, to je svazek nezkroucených vláken.

Podle počtu vrstev tkanin v kompozitech známe kompozity jednovrstvé a vícevrstvé, kam řadíme lamináty a sendviče (voštiny). Pro části kompozitů, kde by rovinné materiály (tkaniny, rohože a rovingy) nevyplnily tvar dokonale, se do pryskyřic přidávají krátká sekaná vlákna nebo prášek tzv. „zahuštěnka“ (aerosil, mleté skelné vlákno nebo mikrobalonky).

Tkaniny a rohože pro kompozity se rozlišují podle gramáže, tedy hmotnosti v g/m².

Námi popisovaná výroba trupu modelu je vícevrstvý kompozit. Pro naše modely se dříve používaly jenom skelná vlákna. Byl s nimi jeden problém – pro vlastní tkaní je nutno skelná vlákna mazat. Tuto lubrikaci někdy zapomněl výrobce dokonale odstranit a tak se tkanina nespojila s pryskyřicí. V současnosti tento problém u tkanin již neexistuje.

Dnes se kromě skelných vláken používají na výrobu trupů modelů také uhlíkové a aramidové (lidově zvané kevlarové) tkaniny nebo jejich tkané kombinace osnovy nebo útku s vlákny uhlíkovými nebo aramidovými.

Epoxidové pryskyřice pro laminování

V dřívějších dobách se používaly v modelářství polyesterové pryskyřice CHS Polyester 104 (jejich nevýhodou byl veliký zápach a tím se nedaly používat v místnostech).

Proto převážná většina modelů byla zhotovena z epoxidových pryskyřic CHS Epoxy 1200, která byla hustší a vhodnější pro lepení a pro vlastní laminování se musela mírně naředit čistým acetonem (5 až 10 % objemu). Vhodnější k laminování byla CHS Epoxy 1500.

Epoxidové pryskyřice jsou složeny ze dvou složek. Aby ve zpracované pryskyřici mohl nastat proces polymerace (vytvrzování), musí se smísit s katalyzátorem – tužidlem. Proces se může ještě urychlit třetí složkou, tzv. urychlovači.

V současnosti jsou k dispozici takové epoxidové pryskyřice, které jsou přímo určené k laminování a tím odpadá jejich ředění nebo urychlování.

Separátory

Při laminování by došlo bez použití separátoru k přilepení výrobku k formě. Tím by byl výrobek i forma poškozena nebo úplně zničena.

Dříve se pro separaci forem v amatérské výrobě (v modelářství) používaly jako separátory parafin nebo včelí vosk rozpuštěný v toluenu či trichlorethylenu (3% roztok). Častěji se ale používaly různé pasty na podlahy (parkety nebo linoleum), k separaci se také používaly určité druhy mastných tiskařských barev. Pro dokonalou separaci bylo nutné nanášet na formu několik vrstev separační látky a tu dokonale rozetřít.

Modely pro výrobu forem (kopyta)

Zhotovení modelu pro formy na trup lodního modelu zůstalo stejné jako v minulosti.

Pro výrobu formy pro laminátový trup lodního modelu slouží jako model (kopyto) již zajetý, vyzkoušený trup lodního modelu, na kterém se podle jízdních vlastností provedou různé úpravy. Především se tyto úpravy zaměřují na spodní část modelu (například přetmelení dna upraví jízdu tak, aby loď neskákala nebo v opačném extrému nešla na vlnách a v zatáčkách přídí pod hladinu). Dále přidáním nebo zvětšením outorových – odstřikových lišt se zase zlepšuje směrové vedení modelu v jízdě).

Další možností, jak získat model (kopyto) pro výrobu formy, je zhotovení dřevěného modelu trupu. Ten může být jednodílný nebo dělený na dvě části. Spodní část a horní polovina modelu u dvojdílného modelu bude rozdělena v dělící rovině.

2x dřevěný formovací model spodní části trupu a dřevěný formovací model horní části trupu patřící k fotografii nalevo.

Formy

Formy se dělí na vnější (pozitivní) a vnitřní (negativní). U našich modelů používáme formy vnitřní (negativní), kdy náš výsledný laminátový kompozit má vnější stranu (tu, která je funkční z hlediska jízdních vlastností) hladkou s dokonalým povrchem.

Pro naše lodní modely rychlostních člunů používáme dvoudílné negativní formy s horní a spodní části trupu.

Dříve se vlastní formy zhotovovaly nejčastěji ze sádry. Jejich nevýhodou bylo, že byla nutná pečlivá separace formy a velmi šetrné vytahování laminátového trupu z formy. Vždy hrozilo odštípnutí formy (tyto formy stačily jen na zhotovení několika kusů trupů).

Sádrová forma a sádrová forma s vyhotoveným laminátovým trupem

Formy se také zhotovovaly z cementu. Pro větší tuhost se do formy vkládala ocelová výztuž z prutů nebo sítí.

Pokud byla potřeba udělat více laminátových kopií, dělaly se formy z laminátových kompozitů. Protože pro rychlejší tuhnutí se formy nahřívaly (hlavně infra lampami), docházelo velmi často ke zkroucení formy přílišným teplem a tím i k zničení formy. Proto se často laminátové formy ztužovaly dřevěnými rámečky nebo se do nich vkládaly ocelové pruty.

Laminátová forma s vyztuženými okraji, laminátová forma na jiný typ trupu a horní díl jiné laminátové formy



Spodní díl laminátové formy se zrcadlem, opačná strana formy a forma s vloženým trupem



Forma zkroucená teplem (+ boční pohled)

Pro hromadnou výrobu více kusů trupů lodních modelů (například pro děti v kroužcích lodních modelářů) se používaly formy z lukoprénu. Jejich výhodou bylo, že se z nich daly laminátové kompozitové trupy lehce vytahovat. Lukoprén je zde v plechovém rámu.

Další díly

Výroba lodních trupů sekce M - 2. díl

Výroba lodních trupů sekce M - 3. díl

Fotogalerie Foto: Michal Foltýn © 2014

Michal Foltýn