6.2 Valmistuksen aikaiset muodonmuutokset

Luvun 3 mukaisesti kertamuovit kutistuvat kovettuessaan. Kutistuma vaikuttaa valmistettavan tuotteen mittoihin, vaikka lujitteet osaltaan rajoittavatkin mittamuutoksia. Mittamuutoksia aiheuttavat myös aineosien lämpömuodonmuutokset. Kokonaismuodonmuutoksen suuruus riippuu materiaaliominaisuuksien ohella lujitteiden suuntauksesta ja aineosien seossuhteista.

Olettaen, että hartsi kiinteytyy kovetuslämpötilassa Tc, kovetuksessa ja sen jälkeisessä jäähdytyksessä tapahtuva komposiitin mittamuutos suunnassa x on:

                                                                              (6.10)

missä ax on kovettuneen komposiitin lämpölaajenemiskerroin tarkastelusuunnassa, Tref on tarkastelulämpötila ja Sx on komposiitin kovettumiskutistuma tarkastelusuunnassa (pituusyksikköä kohti).

Mittamuutosten ohella kovetusprosessi voi aiheuttaa kappaleen muodon vääristymistä. Syynä tähän ovat suunnatut lämpölaajenemisominaisuudet, kovettumiskutistuma ja kovetusprosessissa syntyvät sisäiset jännitykset. Muodon vääristyminen on varsin voimakasta epäsymmetrisillä laminaateilla, mistä syystä laminaatit pääsääntöisesti valmistetaan symmetrisiksi.

Esimerkkinä muodon vääristymisestä tarkastellaan symmetrisen laminaatin nurkan kulmamuutosta (kuva 6.3), joka voidaan esittää edellä mainittujen kolmen osatekijän summana:

                                                                                         (6.11)

missä alaindeksi T viittaa lämpölaajenemisen, alaindeksi S kovettumiskutistuman ja alaindeksi C sisäisten jännitysten aiheuttamaan kulmamuutokseen.

Kuva 6.3 Kovetusprosessissa tapahtuva laminaatin kulman muodonmuutos.

Eniten kulmamuutosta aiheuttavat suunnatut lämpölaajenemisominaisuudet, tarkemmin sanottuna se, että laminaatin lämpölaajenemiskerroin paksuussuunnassa (az) on selvästi suurempi kuin lämpölaajenemiskerroin tarkastelusuunnassa laminaatin tasossa (ax). Olettamalla laminaattirakenne täysin homogeeniseksi, voidaan yksinkertaisella geometrisella tarkastelulla johtaa lämpötilamuutoksen DT aiheuttamalle kulmamuutokselle lauseke:

                                                                                           (6.12)

missä q0 on kulman alkuperäinen arvo. Esimerkiksi hiilikuitulujitetun laminaatin 90°:n nurkan kulmamuutos on suuruusluokkaa DqT = – 0,004 °/°C.

Lausekkeessa (6.11) olevien muiden kulmamuutoskomponenttien suuruutta on hankala arvioida laskennallisesti. Lisäksi on huomattava, että lauseke (6.12) pätee vain homogeenisille laminaateille. Käytännössä nurkka-alue on aina jossain määrin epähomogeeninen lujitteiden pakkautuessa sisänurkkaa kohti. Tarvittaessa nurkan kulmamuutos onkin varmistettava kokeellisesti.

Kulman säteen muutoksen (kuva 6.3) määrää paksuussuuntainen lämpölaajenemiskerroin az. Merkitsemällä alkuperäistä sädettä R0:lla, saadaan lämpötilamuutoksen DT aiheuttamalle säteen muutokselle DR lauseke

                                                                                                     (6.13)