Odlewanie elementów do modeli redukcyjnych z żywic poliuretanowych – cz. 1

Parę słów o kauczukach i wykonanie modelu płaskiego

Od momentu pojawienia się kauczuków silikonowych, wulkanizujących się na zimno i żywic poliuretanowych, znalazły one zastosowanie na modelarskim podwórku. Aby być dokładniejszym, to trzeba stwierdzić, że nie od momentu pojawienia się, bo ten w Polsce datuje się na lata 30 ubiegłego wieku, ale od ich dostępności na naszym rynku, czyli dopiero od lat 80 minionego stulecia.

Kauczuki silikonowe, jak sama nazwa wskazuje, powstają na bazie grupy związków chemicznych o potocznej nazwie silikony. Głównym ich składnikiem jest krzem, drugi po tlenie, najbardziej rozpowszechniony na Ziemi pierwiastek. Głównym surowcem do produkcji związków krzemu jest po prostu zwykły piasek. Kauczuki tego rodzaju są praktycznie obojętne dla środowiska, między innymi z tego powodu, a także ze względu na łatwość stosowania, stały się bardzo popularnym materiałem w odlewaniu różnych materiałów, w niskich temperaturach (praktycznie poniżej 2500 C ). Do naszych potrzeb wykorzystujemy kauczuki z grupy RTV, które wulkanizują na zimno (czyli w temperaturach pokojowych), mają mały skurcz liniowy i wiernie odwzorowują powierzchnię. Nie będę wymieniał, jaki kauczuk moim zdaniem jest najlepszy, bo ich właściwości są bardzo podobne. A czy to będą produkty oferowane przez naszą Sarzynę, amerykańskiego GENERAL ELECTRIC SILICONES, francuskiego RHONE, czy BAYERA z Niemiec, to tylko kwestia łatwości zakupu i ceny.

Dla naszych potrzeb, musimy rozróżniać jedną podstawowa cechę, jaką posiadają interesujące nas kauczuki. Chodzi mi o skurcz liniowy, który jest niestety niejako wadą „nabytą” każdego bez wyjątku tego rodzaju kauczuku. Dlaczego ten skurcz jest istotny dla wykonujących odlew. Otóż kauczuki utwardzają się, lub jak kto woli wulkanizują, dwojako. Pierwszy sposób to polikondensacja, czyli kauczuk utwardza się w obecności katalizatora, w układzie kondensacyjnym – ten sposób zestalania się kauczuku pociąga za sobą spory skurcz liniowy, który może wynieść nawet do 3%. Jeżeli więc mamy model jakiegoś elementu do odlania, o długości na przykład 100 milimetrów, forma po jej zdjęciu z modelu, może mieć długość nawet 97 milimetrów. Producenci podają tylko tę jedną, liniową wartość skurczu. Ponieważ kauczuk wulkanizuje się we wszystkich kierunkach jednocześnie, w swojej całej objętości, oznacza to, że kurczy się we wszystkich kierunkach i o tym robiąc model należy pamiętać. Skurcz wpływa na to, że mniejsze, o przykładowe 3%, będą wszystkie wymiary w stosunku do modelu.

Aby tego uniknąć, należy przeczytać w karcie technicznej (każdy produkt chemiczny dopuszczony do obrotu na terenie RP musi mieć swoją kartę techniczną, w której podane są podstawowe dane techniczne tego produktu), każdego z kauczuków, który chcemy użyć, jaki jest skurcz liniowy, charakterystyczny dla każdego typu tego materiału i odpowiednio to uwzględnić przy robieniu modelu. Trzeba też pamiętać, że przyspieszając, poprzez wygrzewanie, wiązania kauczuku (niektóre kauczuki można poddać wygrzewaniu w temperaturze około 60 0 C podczas wiązania), zawsze zwiększymy jego skurcz, wzrośnie również sztywność formy i zwiększy się podatność na jej rozerwanie.Po prostu kauczuk będzie mniej elastyczny. Zdecydowanie lepszym i prostszym sposobem uniknięcia tego problemu jest zastosowanie kauczuków, które utwardzają się również w obecności katalizatora, ale w układzie addycyjnym.

Nie będę wnikał w różnice w sposobach utwardzania kauczuków, ale kauczuki utwardzane w efekcie reakcji addycyjnej, charakteryzują się minimalnym skurczem. Skurcz ten waha się w okolicach 0,1 – 0,3 % liniowo. Czyli forma wykonana z kauczuku, który utwardzał się addycyjnie, zdjęta z przykładowego modelu o długości 100 milimetrów, będzie miała w rzeczywistości długość oscylującą w przedziale od 99,9 do 99,7 milimetra, w zależności od typu kauczuku jaki użyliśmy. Rząd wielkości tego błędu, w naszym przypadku w większości jest do zaakceptowania.

Poza podanymi różnicami w rodzajach wiązań kauczuków, mamy jeszcze wybór w ich właściwościach, takich jak: elastyczność, podatność na rozciąganie, sprężystość i czas utwardzania, licząc od momentu zmieszania z katalizatorem. Występuje jeszcze pojęcie „żywotności” kauczuku. Tym terminem określamy czas, w jakim kauczuk jest zdatny do użytku, czyli czas w jakim możemy go zmieszać, odpowietrzyć i zalać formę. Po tym okresie kauczuk zaczyna gęstnieć i o prawidłowym wykonaniu formy nie ma już mowy. Pod tym względem możemy kauczuki podzielić na szybkie – czas „żywotności” 15–20 minut, a czas całkowitego utwardzenia 3–4 godziny i standardowe o „żywotności” 45 – 60 minut  przy czasie całkowitego zakończenia procesu wulkanizacji od 12 do 24 godzin. Te parametry czasowe odnoszą się do tak zwanych „warunków normalnych”, czyli temperatury 200 C. Kiedy już zdecydujemy się jaki rodzaj kauczuku zastosujemy trzeba, przystąpić do wykonania formy.

W zależności od tego, czy mamy model płaski, taki jak na przykład deska przyrządów, albo dekiel włazu, oglądany tylko z jednej strony lub przestrzenny, jak figurka, czy koło z oponą do modelu pojazdu, będziemy musieli zrobić dwa różne rodzaje form. I jeszcze dodatkowa uwaga do wykonania modeli. Przy ich wykonywaniu należy pamiętać o tym, aby nie były one zrobione z materiałów w którym może występować siarka, czyli w gumach naturalnych i niektórych plastelinach oraz żywic epoksydowych utwardzanych utwardzaczami aminowymi, czyli popularnym u nas utwardzaczem Z – 1. Występowanie wymienionych substancji może spowodować nie związanie warstwy kauczuku mającej bezpośredni kontakt z modelem. Wymienione wcześniej siarka i grupy aminowe są inhibitorami – mówiąc bardziej po ludzku hamują lub wręcz blokują wulkanizowanie się kauczuku. Aby tego uniknąć, trzeba powlec model warstwą farby, lakieru lub jakiejś innej substancji rozdzielającej, na przykład alkoholu poliwinylowego.

A teraz wracamy do wykonania otwartej formy płaskiej. Jeżeli robimy odlew elementu płaskiego, jednostronnego, możemy wykonać go w formie otwartej. Co to znaczy, otóż forma będzie stanowiła coś w rodzaju naczynia  otwartego od góry, w które wlejemy odpowiednią ilość żywicy poliuretanowej i pozostawimy do jej utwardzenia. Ta metoda ma swoje wady i zalety, jak zresztą praktycznie każda z metod. Trzeba pamiętać, że będziemy odlewali element w ułożeniu odwrotnym do zalewania modelu kauczukiem a miejsce modelu zajmie żywica.

Po pierwsze, górna krawędź formy musi bezwzględnie być ustawiona poziomo, po drugie model powinien mieć dołożony, od swojej dolnej strony, niewielki naddatek wysokości (w formie ten naddatek znajdzie się na górze), który po odlaniu gotowego elementu odetniemy albo zeszlifujemy. Taki zabieg jest niezbędny, ponieważ używana przy odlewie żywica poliuretanowa jest mieszaniną dwóch składników, które należy ze sobą zmieszać tuż przed odlewaniem. Podczas mieszania zawsze zamkniemy lub jak kto woli wmieszamy, pewną ilość powierza w żywicę. To powietrze będzie widoczne w postaci maleńkich pęcherzyków, które zbiorą się nam na powierzchni odlewanego elementu. Na skutek pękania wspomnianych pęcherzyków, powierzchnia nie będzie idealnie równa i ten tak zwany nadlew, czyli ten dodatkowy naddatek, w modelu jest między innymi po to, aby miało się gdzie podziać niepotrzebne nam powietrze (w postaci bąbelków). Od pewnego czasu są dostępne na rynku żywice poliuretanowe do odlewów o zwiększonej łatwości uwalniania powietrza.

Teraz parę słów o przygotowaniu kauczuku przed wlaniem go do formy. Kauczuk do wykonania form otrzymujemy w postaci samego kauczuku i katalizatora. Kauczuk jest gęstą cieczą i z reguły występuje w kolorach od białego, do beżowego lub jasno szarego. Producenci mają czasem w swoich ofertach kauczuki barwione lub transparentne [wygodne bo widać jak dokładnie wypełnia się forma, ale mają tę cechę że dosyć szybko stają się mętne i są  drogie ]. Natomiast katalizatory są również cieczami, ale rzadszymi od kauczuku i są w zdecydowanych kolorach – czerwone, niebieskie, zielone, brązowe itp. Ponieważ katalizatory są w swojej podstawowej postaci bezbarwnymi cieczami, producenci barwią je bardzo intensywnymi pigmentami, po to aby było wyraźnie widać dokładność wymieszania katalizatora z kauczukiem. Uzyskanie podczas mieszania kauczuku z zabarwionym katalizatorem jednorodnej barwy, bez smug, świadczy o prawidłowym wymieszaniu obu składników. Jeżeli używamy większe ilości kauczuku jednorazowo, to najlepiej jest, po wymieszaniu kauczuku z katalizatorem, przelać go do innego naczynia i jeszcze trochę wymieszać. Ten zabieg ma na celu wymieszanie warstw mieszaniny przylegających do ścianek naczynia, bo te jest najtrudniej wymieszać.

Po prawidłowym zmieszaniu kauczuku z katalizatorem należy go odpowietrzyć, czyli pozbawić wmieszanych w kauczuk bąbli powietrza. Kauczuk jest dużo bardziej gęsty od żywic i nie ma szans na samoczynne uwolnienie się pęcherzyków powietrza z jego objętości. Należy naczynie z kauczukiem umieścić na pewien czas (około 5 minut), w komorze próżniowej i obniżyć ciśnienie do około 0,06 bara, czyli do około 0,05 atmosfery. Trzeba pamiętać, że podczas pozbywania się bąbli powietrza z kauczuku, zwiększa on swoja objętość nawet kilkukrotnie . Dlatego naczynie, w którym odpowietrzamy kauczuk, powinno mieć objętość około pięciokrotnie większą od objętości kauczuku jaki aktualnie odpowietrzamy. Oczywiście, jeżeli kauczuku nie odpowietrzymy, to on i tak zwiąże, ale na pewno będziemy mieli formę z maleńkimi otworkami na jej powierzchni, co przy precyzyjnych odlewach może spowodować, że nie będzie się ona nadawała do użytku.

Przygotowany, przykładowy model luku

Otwarte pudełko z modelem w środku

Mamy gotowy model w pudełku i odpowietrzony kauczuk, więc pora na zalanie modelu. Model umieszczamy na dnie i unieruchamiamy, bo może się poruszyć podczas wlewania masy kauczukowej lub wypłynąć na powierzchnię – następnie wlewamy kauczuk. Niezbędną ilość kauczuku, jaką potrzebujemy, możemy obliczyć z objętości pudełka w centymetrach . Gęstość kauczuków silikonowych waha się w granicach od 1.1 do 1,3 g/cm3,  czyli niewiele więcej niż wody, więc szacunkowe wyliczenia nie powinny być problemem. Kauczuk wlewamy powoli, cienkim strumieniem, zawsze w najniżej położone miejsce w pudełku, czyli patrząc od góry na samo dno. Dobrze jest, podczas tej czynności, ustawić pudełko w ten sposób, aby dno było ustawione lekko skośnie w stosunku do płaszczyzny stołu na którym pracujemy. Po zakończeniu wlewania pudełko ustawiamy poziomo.

Zalany silikonem model po wyjęciu z pudełka

Silikonowa forma po oddzieleniu od modelu

Należy unikać, w miarę możliwości, wylewania kauczuku bezpośrednio na model, gdyż możemy zamknąć pomiędzy modelem a warstwą kauczuku bąbelki powierza. Wlewając kauczuk w najniżej położone miejsce, wymuszamy wypychanie powietrza przez wpływający od dołu kauczuk. Ten sposób eliminuje w znacznym stopniu możliwość pozostania bąbli powietrza na powierzchni formy. Tak zalany model pozostawiamy w spokoju, do czasu pełnego związania kauczuku.

Model innego luku i wykonany odlew żywiczny

Gotowy odlew po “waloryzacji i…

zamontowany na modelu

Jeżeli wykonujemy stosunkowo małe elementy i zastosujemy w miarę sztywny kauczuk, to nie musimy stosować dodatkowych elementów usztywniających formę. Sama forma będzie wystarczająco sztywna. Jednak, w przypadku gdy stosujemy bardzo elastyczny kauczuk, lub model jest większych gabarytów, musimy formę dodatkowo usztywnić. Można to zrobić stosując najzwyklejszy gips budowlany lub lepiej stomatologiczny (jest on co prawda znacznie droższy, ale o wiele bardziej wytrzymały). Jak zrobić takie dodatkowe usztywnienie? Po pierwsze, po utwardzeniu się kauczuku nie zdejmujemy go pod żadnym pozorem z modelu. Najpierw usuwamy ścianki pudełka do którego wlaliśmy kauczuk. Obcinamy ostrym nożem ewentualne niepotrzebne nadlewy kauczuku i zalewamy powstałą kauczukowa formę, wraz z modelem w środku wspomnianym gipsem. Po związaniu gipsu – prawidłowo rozrobiony z wodą gips najpierw się zestali, potem lekko zagrzeje podczas wiązania, a następnie wystygnie i dopiero wtedy jest na pewno związany – najpierw zdejmujemy gipsowa formę zewnętrzną, następnie kauczukową z modelu. Formę kauczukową należy zaraz ułożyć w formie gipsowej uważając by pomiędzy te dwie formy nie dostały się okruchy gipsu. Teraz mamy absolutną gwarancję, że forma zachowa prawidłowy kształt modelu.

To tyle podstawowych informacji na temat wykonania prostych odlewów w formach otwartych. Tak na dobra sprawę to odlewanie z żywic poliuretanowych w otwartych formach kauczukowych, niewiele się różni od odlewania elementów z ołowiu, czy ze stopu ZnAl, w formach gipsowych. Trochę inne wymogi techniczne i temperaturowe, ale ogólna zasada ta sama.

Tekst i zdjęcia: Michał Daranowski

W części drugiej opis wykonania modelu przestrzennego.

Oceń ten artykuł

Możesz zaznaczyć dwie odpowiedzi, lub dodać swoją własną

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

*

Ten serwis wykorzystuje pliki cookies. Korzystanie z witryny oznacza zgodę na ich zapis lub wykorzystanie zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki. more information

Ten serwis wykorzystuje pliki cookies. Korzystanie z witryny oznacza zgodę na ich zapis lub wykorzystanie zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Zamknij