Prepreg carbon in een reclame zeppelin

Prepreg carbon in een reclame zeppelin

Ontwerpfase met composieten materialen (deel 1)

Zie jij ze nog ooit door de lucht vliegen, een zeppelin? Of weet je eigenlijk helemaal niet meer wat een zeppelin is?

Lang geleden waren er twee broers die door het gebruik van warme lucht een ballon de lucht in konden laten gaan. In datzelfde jaar lukte het een ander koppel om met behulp van waterstof een vlucht te maken waarbij 43 kilometer werd gehaald. Maar door het gebruik van alleen een ballon was het erg gevaarlijk. Je bent volledig bent overgedragen aan de krachten van de natuur.

een-relame-zeppelin-van-carbon-2

De ballon werd veranderd in een luchtschip met een gestroomlijnde vorm met onder de ballon een gondel waarin de aandrijving en de mensen werden vervoerd. De ideale en optimale verhouding voor de diameter en de lengte bleek 1 op 6 te zijn.

Een aantal jaren later werd het idee om een ballon met een geraamte te bouwen, door graaf Ferdinand von Zeppelin verder uitgewerkt. Tijdens de Eerste Wereldoorlog kreeg het frame de naam Zeppelin. Door door de opkomst van het vliegtuig en het wereldberoemde ongeluk in 1937 met de Hindenburg kwam er een einde aan dit mooie en bijzonder vaartuig.

Nu zal je denken, vanwaar de relatie tussen composiet en een zeppelin.

Een reclame zeppelin van carbon

Tijdens mijn opleiding, Lucht- en Ruimtevaarttechniek, heb ik voor het vierde jaar-project een composieten Hindenburg nagemaakt met een groepje medestudenten. In Delft was dat jaar ook het composieten laboratorium van de opleiding geopend en mij leek het leuk om een praktische opdracht uit te voeren. Tijdens het eerste gesprek kwam de reclame zeppelin ter sprake en ik was meteen dol enthousiast. Een zeppelin bouwen met een composieten frame waarbij elektrotechniek-studenten de aandrijving zouden ontwerpen zodat de zeppelin op een open dag rond zou kunnen vliegen. Het zou een schaalmodel worden en het draagvermogen van de zeppelin moest groot genoeg zijn zodat de aandrijving als ballast mee de lucht in zou gaan. Ben jij modelbouwer? Dan zal je het enthousiasme wat ik toen voelde goed kunnen begrijpen. Van hout en composiet kun je de mooiste producten op schaal maken.

 

Heb jij mooie foto’s die je kunt delen om de andere lezers enthousiast te maken om producten van composiet te maken?

Hier zie je een aantal afbeeldingen van de Hindenburg. Het is een enorme zeppelin met een geweldig geraamte als constructie. Nu we een perfect voorbeeld hadden moesten we diverse uitdagingen uitwerken zoals het composieten ontwerp, materiaal gebruik, productie technieken en mal materiaal. En dit alles tegen zo laag mogelijke kosten en binnen de gestelde project-termijn. Daarnaast was er een maximale lengte van 6 meter vastgesteld en mocht het totale gewicht niet meer dan 10 kilo zijn. Uit de ontwikkelingen van de zeppelin kwam naar voren dat de meest optimale lengte : breedte verhouding 1:6 is. Dit betekende voor ons ontwerp dat we een zeppelin van 6 meter lang en 1 meter diameter zouden gaan bouwen.

Als je zo’n groot project als dit start zal je vanaf het begin af aan alles tegelijk in het oog moeten houden. De materiaalkeuze heeft o.a. invloed op de maakbaarheid, de productietechniek en de mal. Maar ik wil jullie graag in mijn komende blogs stap voor de stap meenemen in dit geweldige project.

Als eerste de materiaalkeuze welke zeker niet de moeilijkste was van het project.

We hadden namelijk enkel de keuze uit prepreg materialen. Echter de hars en vezel combinatie moesten we nog wel bepalen. Prepreg materialen zijn vezelmatten waarbij de hars al verwerkt is in de vezelmat. De hars kan verwerkt worden door een hars erin te smelten of een hars folie erop aan te brengen.

Xpreg prepreg XC130 uni-directioneel carbon

Het type hars is zeer variërend van thermo hardend tot thermoplast. Waarbij de thermo hardende harsen één keer uitgehard kunnen worden en thermoplasten meerdere keren naar de smeltfase kunnen worden gebracht om in een andere vorm te brengen. Daarnaast worden thermoplasten ook toegepast om onderdelen met elkaar te versmelten/verlijmen. Door lokaal de hars weer naar de smelttemperatuur te brengen kan er een verbinding worden gemaakt tussen de verschillende producten. Hierbij is het wel van belang dat het dezelfde hars betreft om een chemische verbinding aan te gaan. Thermoplasten worden momenteel nog vooral in vliegtuigen toegepast, maar er zijn ontwikkelingen richting de auto industrie.

EL160 high temp epoxy lamineer hars

De hars keuze van de prepreg zou nog grote invloed kunnen hebben op de productiemethoden. Wij hebben uiteindelijk voor een thermo hardende hars gekozen omdat deze op lagere temperaturen verwerkt kunnen worden en we daardoor goedkopere mallen kunnen gebruiken.

Glasvezel, carbon en aramide prepreg.

Door de dichtheid/soortelijk massa van de vezelsoorten te vergelijk kwamen we erachter dat we met aramide de lichtste constructie zouden kunnen maken. Maar er komen ook vele krachten op het geraamte waardoor de elasticiteitsmodulus, ofwel de stijfheid, van het materiaal van belang is. Carbon heeft dan de beste gewichts-stijfheidsverhouding wat voor ons geraamte van groot belang was om aan alle eisen te kunnen voldoen.

De vezelmatten zijn in diverse soorten weefsels te verkrijgen. Heb je er wel eens over nagedacht bij het rondkijken op composieten websites waarom er verschillende soorten weefsels zijn? Welk type vind jij het mooiste of het fijnste om mee te werken?

Nu we wisten welk prepreg materiaal we zouden gaan gebruiken konden we een concept ontwerp maken van de zeppelin. Bij het gebruik van composieten materialen is het van groot belang dat vanaf het eerste moment dat de ontwerpfase start, ook de maakbaarheid van het product wordt geëvalueerd. De ontwerpvrijheid voor composiet is bijna oneindig, maar doordat er met losse lagen wordt gewerkt moet er soms op een andere manier gekeken worden naar het ontwerp. Bijvoorbeeld het maken van complexe vormen waarbij lagen op diverse plaatsen worden toegevoegd en gestopt. Dit kan enorm makkelijk getekend worden in de meest geavanceerde tekenprogramma’s van deze tijd, maar denk maar eens na hoe je dit gaat maken als je losse lagen hebt die elk de juiste bijdrage moeten leveren in sterkte en stijfheid. Met welke precisie kun je deze lagen knippen en vervolgens op de plek leggen waar deze laag nodig is. Daarnaast kun je soms een bepaalde vezelrichting niet in een hoekje geplaatst krijgen en zal de juiste radius toegepast moeten worden om dat wel voor elkaar te krijgen.

Tijdens het ontwerpproces hebben we er ook rekening mee proberen te houden dat de vormen van de lagen zo eenvoudig mogelijk zijn. Prepreg kun je snijden met een mes of knippen met een schaar geschikt voor carbon. De geknipte prepreg lagen kunnen, net zoals droge weefsels, op elkaar worden geplaatst in de juiste vezelrichting. Echter per type hars is de plakkerigheid/ tackiness van het prepreg verschillend wat de complexiteit makkelijker of lastiger kan maken. Een prepreg die heel erg plakkerig is, betekent dat als er eenmaal contact is gemaakt met de gelegde lagen dat het vast zit en je het product erg kan beschadigen mocht je de laag willen corrigeren. Door het gebruik van warmte worden de lagen aan elkaar gesmolten. Dit kan door het gebruik van vacuüm en overdruk of doormiddel van alleen vacuüm.

Bij de start van de productie moesten we allemaal even wennen aan het feit dat prepreg eerst voldoende ontdooid moet zijn voor deze gebruikt kan worden. Thermo hardende prepreg materialen worden namelijk in de diepvries bewaard om de veroudering van de hars te vertragen. Tegenwoordig zijn er ook vele prepreg materialen die ook al bij 5 graden bewaard kunnen worden. Maar niet iedereen heeft een kamer beschikbaar om de temperatuur naar 5 graden te brengen. Maar, mocht dit allemaal niet mogelijk zijn dan is het belangrijk dat je tijdens het bestellen van het prepreg materiaal de houdbaarheidstermijn op kamertemperatuur opvraagt. Er zijn diverse prepreg materialen beschikbaar die tot wel 40 dagen op kamertemperatuur prima bewaard kunnen worden. Thermoplastische prepreg materialen zijn stabiel op kamertemperatuur.

Bij de opslag is het voor veel harssoorten ook van groot belang om de prepreg materialen luchtdicht te verpakken. Veel harsen zijn erg gevoelig voor vocht waardoor de eigenschappen van de hars achteruit gaat. Daarnaast is het bij het ontdooien van de rol dus ook van belang dat je de luchtdichte zak dicht laat. En afhankelijk van hoeveel materiaal er nog op de rol zit bepaal je de tijd van ontdooien die nodig is. Meestal hou ik aan dat op het moment dat je geen vochtdruppels meer vind op de zak, dan is het prepreg materiaal voldoende op kamertemperatuur om gebruikt te worden.

Ben jij van plan om de komende periode prepreg materialen te gaan gebruiken. Hierbij een paar tips die jou wellicht kunnen helpen om je nog beter voor te bereiden.

Om de luchtdichte zak te maken heb je geen duur sealapparaat nodig. Ik gebruik zelf altijd dezelfde tape als die ik voor de vacuümzakken gebruik, de sealant tape/tacky tape.

Als je een grotere rol van prepreg koopt die je meerdere keren wilt gebruiken is het verstandig om de eerste keer al alle pakketjes te knippen of snijden die je voorziet te gaan gebruiken. Deze pakketjes verpak je in een aparte luchtdichte zak. Je kan dan iedere keer een los pakketje uit de diepvries halen. Dit past dan wellicht ook tussen de ingevroren groente en de kip 🙂 en het ontdooien van deze pakketjes kost ook minder tijd.

Mocht je wel genoeg ruimte in je diepvries hebben en je laat het prepreg materiaal op de rol. Maak dan de eerste keer een extra grote luchtdichte zak om de rol heen, zodat je elke keer dat je prepreg materiaal nodig hebt je een strook van de zak afknipt. Hierdoor heb je genoeg ruimte over om deze te hergebruiken keer op keer. Houdt er wel rekening mee dat elke keer dat je al het materiaal op de rol ontdooit dit van je houdbaarheidstermijn af gaat.

In mijn volgende blog gaat het over de productiemethoden die gebruikt zijn bij het maken van de zeppelin. Het jij al een idee over hoe we de zeppelin het beste zouden kunnen maken? Laat hieronder een bericht achter!

This post has one comment

Geef een reactie

Start typing and press Enter to search

Shopping Cart

Geen producten in je winkelmand.