Thin coatings on reinforced plastic laminates

Abstract

Reinforced plastics have an excellent weight to strength ratio but their wear resistance is quite poor. With the help of an appropriate coating, the wear could be decreased. In literature part of this thesis different kinds of coatings, their manufacturing and test methods are reviewed. In addition, some practical examples on coating of reinforced plastics are presented. The coatings under consideration were metals, ceramics or corresponding materials. In experimental part of this thesis hard metal and ceramic coatings on glass and carbon fiber reinforced plastic laminates were tested.

The experimental coatings were manufactured by using thermal plasma and arc spray. To be able to achieve a good adhesion between the laminate and the coating in thermal spraying the use of a bond layer is required. A thin steel wire mesh was used as the bond layer but this concept failed during the coating process due to poor adhesion to the laminate. Thus, the coatings had to be deposited on the resin layer on top of the wire mesh. The varying quality of the resin and bare spots on the wire mesh caused some problems. With additional bond layers in between, the coatings turned out to be satisfactory on some of the laminates.

The test results showed the coatings to be satisfactory in quality and adhesion but insufficient for structural applications. The erosion wear resistance of the laminates did not increase significantly when coated. For future studies, the use of different type of metal mesh or deposition of gradient epoxy-particle bond layer was recommended.

Lujitemuovit ovat painoonsa nähden erinomaisia kuormaa kantavissa rakenteissa, mutta niiden pinta on herkkä kulumiselle. Sopivalla pinnoitteella kulumista voidaan hidastaa. Tässä työssä esitellään ensin kirjallisuuskatsauksen muodossa eri pinnoitteita, niille soveltuvia valmistus- ja testausmenetelmiä sekä käytännön esimerkkejä maailmalla tehtyihin pinnoitetutkimuksiin viitaten. Asioita tarkastellaan erityisesti lujitemuovien asettamat rajoitukset huomioiden. Pinnoitteina ovat metallit, keraamit tai vastaavat materiaalit. Lopuksi tutkitaan kokeellisesti, miten kova metallipinnoite ja keraamipinnoite soveltuvat lasi- ja hiilikuitulaminaatin pinnalla käytettäviksi.

Kokeellisessa osuudessa pinnoitteet valmistettiin termisellä plasma- ja valokaariruiskutuksella. Tällöin laminaatin pinnan ja pinnoitteen välissä tulee käyttää sidoskerrosta riittävän tartunnan aikaansaamiseksi. Sidoskerrokseksi valittiin ohut haponkestävä teräsverkko, joka ei kuitenkaan toiminut, koska verkko irtoili pinnoituksen aikana. Tämän seurauksena pinnoitteet jouduttiin tekemään verkon päällä olevan hartsikerroksen päälle. Ongelmia aiheuttivat hartsikerroksen vaihteleva laatu ja paljaat kohdat verkossa. Ylimääräisiä tartuntakerroksia käyttämällä pinnoitteet saatiin lopulta valmistettua tyydyttävästi osalle laminaateista.

Tehtyjen testien perusteella pinnoitteiden tartunta laminaattien pintaan oli tyydyttävällä tasolla, mutta riittämätön vaativiin rakenteellisiin käyttötarkoituksiin. Pinnoitteet eivät myöskään lisänneet laminaattien eroosiokulumisen kestoa merkittävästi. Jatkossa ehdotetaan tutkittavaksi muun muassa erilaisen verkon tai gradienttisen epoksi-partikkeli -sidoskerrosratkaisun käyttöä.