1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 2 ТЕМА 1. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОНТАКТНОГО ФОРМОВАНИЯ 7 ТЕМА 2. ПРОЦЕССЫ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛАСТИЧНОЙ ДИАФРАГМЫ 14 ТЕМА 3.

• Инструкция По Ручного Формования Стеклопластика
• Инструкция По Ручное Формование Стеклопластика
• Инструкция По Использованию
• Инструкция По Эксплуатации

ФОРМОВАНИЕ РЕАКТОПЛАСТОВ НА МАТРИЦЕ 20 ТЕМА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ НАМОТКИ 28 ТЕМА 5. НЕПРЕРЫВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 35 ТЕМА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОДИСПЕРСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 42 1 2 ВВЕДЕНИЕ Композиционные материалы (композиты) (от лат. Compositio составление), многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической, углеродной, керамической или др. Основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодиспeрсных частиц и др. Путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и технологических свойств.

Особенности и советы по изготовлению формы для изделия из стеклопластика Детали из стеклопластика своими руками изготовляются методом формовки. Для этого нужна специальная форма.

Целью создания композиционного материала является объединение схожих или различных компонентов для получения материала с новыми заданными свойствами и характеристиками, отличными от свойств и характеристик исходных компонентов. Большинство свойств полученных КМ оказывается более высокими, нежели свойства исходных компонентов. С появлением такого рода материалов возникла возможность селективного выбора свойств композитов, необходимых для нужд каждой конкретной области применения. КМ, оказавшиеся и экономичными, и удобными в проектировании, сегодня используются везде от производства игрушек и теннисных ракеток до применения в космических аппаратах (теплоизоляция, микросхемы и др.). Полимерные композиционные материалы (ПКМ) первого поколения - это изотропные материалы, наполненные дисперсными частицами, имеющие более высокий, чем исходный полимер, уровень свойств. Совершенствование таких ПКМ связано с использованием наноразмерных наполнителей, благодаря которым композиции приобретают ценный комплекс эксплуатационных свойств даже при малом объеме наполнителя.

Материалы второго поколения анизотропные гетерофазные композиции на основе непрерывных армирующих высокопрочных высокомодульных волокон и термореактивных или термопластичных матриц. Интеллектуализация таких материалов переход к ПКМ третьего поколения. Модификация структуры материалов специальными компонентами, разработанными на основе достижений микро- и нанотехнологий, превращает ПКМ в самодиагностирующиеся и адаптирующиеся к внешним воздействиям интеллектуальные ПКМ. Мировой выпуск разнообразных ПКМ в 2008 году составил 5,5 млн т. Уникальные физико-химические, конструкционные и технологические свойства таких материалов позволяют использовать их в разнообразных областях жизнедеятельности.

Настоящий курс является частью программы повышения квалификации 2 3 «Инновационные технологии производства наноразмерных композиционных материалов». Он направлен на обновление теоретических знаний и формирование современного подхода к вопросам производства современных полимерных композиционных материалов.

Курс рассчитан на слушателей, имеющих базовое химическое и химико-технологическое образование. Цель курса состоит в получении систематических знаний в области технологии производства изделий из армированных полимерных композиционных материалов (ПКМ). Для получения полимерных изделий, наполненных непрерывными волокнами, используют как непосредственно волокна в виде пучков, ровницы или пряжи, так и различные текстильные материалы, а также маты или путаницу из волокна. Волоконный мат, представляет собой армирующие волокна, нарубленные мелкими кусками длиной от 12 до 50 мм и склеенные друг с другом временным связующим - эмульсией.

Из-за того, что волокна короткие и ориентированы хаотично, мат не отличается прочностью. Однако он легко пропитывается смолой, так как является мягким, толстым и рыхлым, похожим на губку при пропитывании.

Мат хорошо использовать для клеевого соединения слоев из других видов материалов и заполнителей. Поэтому самый популярный способ формования - это укладка чередующихся между собой слоев ровинга и мата. Ровинг жгут из нитей непрерывного волокна, который различается плотностью, т.е. Количеством нитей в жгуте.

Тканый ровинг - тяжелая грубая ткань, состоящая из прядей волокна. Благодаря тому, что волокна имеют большую длину и ориентированы в перпендикулярных направлениях, тканый ровинг обеспечивает очень прочное армирование.

При равном весе, отформованный из одного только тканого ровинга пластик обладает в два раза большей прочностью, чем стандартный пластик из тканого ровинга и мата. Однако, без мягкого рыхлого материала, каким является мат, сложно добиться, чтобы сравнительно твердые и плоские слои тканого ровинга надежно склеились друг с другом. Армирующая ткань представляет собой очень прочный материал. В отличие от тканого ровинга ткань имеет очень мелкую текстуру и часто используется при формовании как наружный слой для укрытия грубой поверхности тканого ровинга и мата.

К примеру, один-единственный слой ткани изнутри корпуса позволяет получить красивую гладкую поверхность. Как следствие, тонкую армирующую ткань часто именуют отделочной. В качестве полимерного связующего в ПКМ практически всегда используют различные низковязкие реактопласты невысокой молекулярной массы (эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические, полиэфирные и др.), которые после формования изделия отверждают химическим путем.

Такое ограничение в выборе 3. 4 связующего обусловлено невозможностью проведения процесса смешения без разрушения волокна. Связующее должно за счет капиллярных сил и под действием силы тяжести или небольшого давления проникнуть между волокнами и достаточно равномерно распределиться там (должна произойти пропитка наполнителя связующим). Это возможно только при сравнительно невысокой вязкости связующего. В последнее время все чаще в качестве связующего стали применять и термопласты (полиамид, полипропилен и др.).

В этом случае волокна наполнителя укладывают или переплетают с волокнами термопластичного связующего, так, чтобы волокна связующего и наполнителя были достаточно равномерно распределены в объеме заготовки. Затем из такой заготовки формуют изделие под давлением при температуре выше температуры плавления связующего. Термопластичные волокна плавятся, растекаются за счет приложенного давления и связывают волокна.

После оформления изделия его фиксируют охлаждением. Процессы получения изделий из композиций с бесконечно длинными волокнами очень специфичны и зависят не только от вида связующего и наполнителя, но и в значительной степени от конфигурации формуемого изделия. В зависимости от метода изготовления изделий ориентация волокон в нем может быть одноосной, двухосной, слоистой и многоосной. Современное производство элементов конструкций из ПКМ в значительной мере ориентируется на препреговую технологию изготовления изделий. Препреги это композиционные материалы полуфабрикаты. ткани и волокна, предварительно пропитанные пред-катализированной смолой при высокой температуре и давлении. Смола в препрегах находится в полутвердом состоянии.

Ее полное отверждение происходит при формовании. Пропитка осуществляется таким образом, чтобы максимально реализовать физикохимические свойства армирующего материала, обеспечить заданные электротехнические, механические и др. Препреги с ориентированным расположением волокон изготавливают на специальных установках вертикального (шахтного) или горизонтального типа. При изготовлении препрега на основе тканей, сеток и т.п. 1) материал поступает из разматывающего устройства, разглаживается, пропускается через ванны со смолой, тщательно отжимается при помощи системы специальных прецизионных валов, высушивается в специальных сушилках, а затем сматывается в рулон или разрезается на листы заданного размера. Сушильно пропиточные линии представляют собой крупногабаритные и технически сложные инженерные системы, обеспечиваемые современными средствами автоматического управления, безопасности.

Схема пропиточной установки для получения препрега: 1 -вакуумный насос; 2 - вакуумная камера; 3 - нагреватель; 4 - компенсатор уровня связующего; 5 - отжимное устройство; 6 - сушильная печь; 7 - бобина с разделительной пленкой; 8 рулон с готовым препрегом; 9 - калибрующее устройство; 10 - нагреватель; 11 - ресивер; 12 - фильтр; 13 - вакуумный затвор; 14 - ванна со связующим; 15 - нагреватель; 16 шпулярник с нитяным наполнителем; 17 - распределительный барабан. Готовый препрег обычно представляет собой рулоны или пакеты ленточного калиброванного материала с разделительной пленкой между слоями.

В таком виде препреги могут храниться до нескольких недель, однако для увеличения срока хранения, их хранят при пониженных температурах. Полученные препреги в дальнейшем подвергаются плоскому или фасонному формованию, а так же реализуются другим предприятиям в виде товарной продукции. Препрег, полученный на специальных пропиточных установках, обладает высоким качеством пропитки наполнителя связующим, минимальными механическими повреждениями наполнителя, равномерным «наносом» связующего в наполнитель при оптимальном процентном содержании связующего. Отсутствие сколько-нибудь заметной липкости при нормальной температуре позволяет автоматизировать процесс нанесения препрега методами намотки, выкладки, делать технологически «чистыми» процессы ручной выкладки сложных изделий, проводить автоматизированный раскрой препрега на станках с программным управлением, например, на лазерных или ультразвуковых установках раскроя материала.

Таким образом, технологический процесс получения изделий из композиционных полимерных материалов делится на два этапа: получение заготовки заданной конфигурации и ее формование для достижения высокой прочности и жесткости. ПКМ, состоящие из смолы, волокон и других наполнителей, после отверждения являются твердыми телами. Характеристики готового изделия (такие как габаритные размеры, форма, величина серии) обусловливают выбор состава композиции, способа ее получения и 5 6 формования. Наибольшее практическое применение находят следующие способы производства изделий из армированных пластиков: контактное формование с укладкой пропитанного смолой волокнистого холста на форму; напыление волокнисто-полимерной композиции на поверхность формы; различные способы формования в закрытой форме; намотка пропитанного смолой волокна на форму; пултрузия, или формование профильных изделий путем протяжки волокна через ванну с полимером и калибрующую фильеру.

В зависимости от технологии формования значения свойств полимерных композитов могут отличаться в несколько раз. Выбор технологии зависит от конструкции изделия, условий его эксплуатации, объема изготовления и имеющихся производственных ресурсов. Неправильная организация техпроцесса, неудовлетворительная подготовка исходных компонентов, несоблюдение технологических режимов (давления прессования, продолжительности и температуры процесса, предписаний по подготовке сырья и материалов) и многие другие причины могут значительно изменять свойства готовых изделий. Поэтому очень важно не только грамотно, с учетом конструкции и условий эксплуатации изделий, построить технологический процесс, но и при его реализации четко соблюдать технологические режимы. С этой целью необходимо на всех стадиях процесса осуществлять текущий контроль технологических параметров и свойств изготавливаемого изделия. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОНТАКТНОГО ФОРМОВАНИЯ Наиболее простым по аппаратурно-технологическому оформлению способом получения изделий из полимерных композиционных материалов является контактное формование в открытых формах, которое применяется для изготовления крупногабаритных малонагруженных деталей сложной конфигурации: коробчатых кожухов механизмов, баков, корпусов и других элементов лодок, катеров и пр.

Контактное формование изделий в открытых формах осуществляют в основном двумя методами ручной укладкой и напылением. В качестве основных элементов технологической оснастки при контактном формовании используют формы, модели и вставки (стержни). Их назначение аналогично традиционной оснастке, используемой в литейном производстве, но имеет ряд особенностей, зависящих от применяемых материалов. Модели и вставки изготавливают из дерева, гипса, комбинаций гипса с металлами и другими материалами.

Для получения форм по указанным на чертеже размерам изготавливают модель из дерева, гипса, фанеры или другого материала. По модели методом выкладки или полива получают оболочку форму, поверхность которой в точности воспроизводит поверхность модели. Форму отделяют от модели (при этом модель часто разрушают) и полируют для улучшения внешнего вида и облегчения извлечения формуемых изделий.

На отполированную форму наносят несколько слоев пастообразного парафина. Как правило, применяют формы негативные по отношению к готовому изделию, но известны и позитивные формы. Непосредственно перед формованием изделий на поверхность формы кистью либо распылением наносят наружный смоляной слой (гелькоут). Для этого используют полиэфирную смолу, содержащую наполнители и пигменты, но без армирующих добавок.

Эта композиция в процессе формования переходит на формуемое изделие, образуя наружный слой. Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия. Гелькоуты имеют широкую палитру цветов, поэтому внешний вид изделия может иметь практически любой цвет. Кроме того, гелькоут предохраняет изделие от пагубного влияния ультрафиолета, химически активных сред, воздействия воды.

Обычно цвет гелькоута отличен от цвета композита, что обеспечивает визуальную оценку полноты и равномерности нанесения покрытия. Таким образом, «окрашивание» детали производится раньше, чем она будет изготовлена. Декоративная глянцевая поверхность 7 8 практически не требует последующей отделки. Таким образом, в отличие от деревянных и металлических деталей, «окрашивание» изделий в этом случае производится раньше, чем они будут изготовлены. Детали, формуемые методом ручной укладки, состоят из волокнистого наполнителя и связующего смеси, например, полиэфирной смолы с катализатором. В композиции часто дополнительно вводят наполнители, изменяющие свойства получаемого материала.

Рис Элементы конструкции формы и изделия при формовании ручной укладкой: 1 форма; 2 разделительная пленка; 3 наружный смоляной слой; 4 стекловолокно; 5 ручной валик; б смола в смеси с катализатором. Следующей операцией является подготовка материала. Все типы армирующих материалов маты из рубленой пряжи, ткани и тканый ровинг поступают в виде больших рулонов различной ширины. Лист нужной длины вырубается из рулона и обрезается по шаблону.

Затем тщательно смешивают заранее отмеренные количества смолы и отвердителя. Композицию можно наносить на волокно как вне формы, так и внутри нее. Возможно использование распылителя, который автоматически дозирует и смешивает компоненты. Для уплотнения материала и удаления пузырьков воздуха применяют щетки, резиновые и зубчатые валики (рис. 1.2 приведена фотография рабочего места при формовании методом ручной укладки.

Необходимое число слоев мата и (или) тканого ровинга набирается до достижения расчетной толщины. Слои мата и тканого ровинга следует чередовать для обеспечения хорошей межслойной прочности сцепления, предотвращения появления воздушных включений. При использовании только матов содержание волокна должно быть 25-35%.

В пластиках, полученных с применением матов и тканого ровинга, содержание волокна находится в пределах 35-45%, а при использовании только ткани около 50%. Продолжительность отверждения смол и композитов зависит от температуры; при комнатной температуре от мин до 14 суток, при 65 С 5-30 мин, при 82 С 1,5-5 мин. 8 9 После отверждения, готовое изделие извлекается из формы и подвергается механообработке: обрезка облоя - излишков стеклопластика или отвержденной полиэфирной смолы по краям изделия; высверливание отверстий и т. Метод формования ручной укладкой, основанный на использовании заранее подготовленных матов или тканей, обеспечивает высокую однородность продукции по прочности и возможность контроля показателей.

Рис Фотография рабочего места при формовании изделий из ПКМ методом ручной укладки. Метод формования напылением отличается от описанного метода ручной укладки тем, что волокнистая арматура в виде бесконечного ровинга рубится на короткие отрезки штапельки и доставляется в открытую форму одновременно со смесью соответствующей смолы и катализатора.

Оснастка при производстве изделий напылением используется та же, что и при производстве ПКМ ручным формованием. Ровинг волокна проходит через рубильное устройство и вдувается в поток смолы, который направляется в форму распылительной системой. Обычно размер штапелек, на которые рубится ровинг, составляет мм. Возможная схема напыления приведена на рис Одна распылительная головка впрыскивает смолу, предварительно смешанную с отвердителем, или только отвердитель, в то время как вторая головка подает смесь смолы с ускорителем отверждения. После введения в форму смолы с волокнистой арматурой образовавшийся слой прикатывают вручную для удаления воздуха, уплотнения и 9 10 получения гладкой поверхности. Технология отверждения аналогична применяемой при формовании ручной укладкой. Оборудование для производства стеклопластика напылением автоматически осуществляет жёсткую дозацию полиэфирной смолы и отвердителя, рубку ровинга из непрерывного стекловолокна.

При таком производстве стеклопластика отсутствуют отходы полиэфирной смолы, характерные для приготовления смеси полиэфирная смола - отвердитель вручную. После рубки части стекловолокна попадают в струю полиэфирной смолы из распылительного пистолета и пропитываются ею во время переноса на матрицу. На долю ручного труда остаётся уплотнение стеклопластика в матрице прикаточным валиком. Рис Воздушная система напыления с двумя емкостями:1 ровинг; 2 смола с катализатором; 3 рубильное устройство; 4 смола с ускорителем отверждения; 5 уплотненный слой; б валик; 7 форма. Технология производства изделий из композиционных материалов напылением имеет ряд преимуществ перед методом ручной укладки. В этом случае не требуется раскрой мата и подготовка смеси полиэфирная смола - отвердитель, что позволяет экономить время, полезные площади, работу персонала.

Существенно сокращаются производственные площади из-за снижения числа специально оборудованных мест для производства. Увеличивается скорость производства изделий. Упрощается контроль над качеством изделий. Снижается себестоимость конечного изделия, так как ровинг - наиболее дешевый материал из стекла.

Существенно снижается количество отходов Однако качество конечного изделия, как и в методе ручной укладки, в основном зависит от мастерства оператора установки по производству напылением. Кроме того, поскольку в методе напыления используются короткие и хаотично ориентированные волокна, а контроль за толщиной наносимого слоя отсутствует, такой стеклопластик получается менее плотным и прочным, чем при ручном формовании. Реальная минимальная толщина изделий: при формовании ручной укладкой слоев 10 11 0,8 мм, при напылении 1,5 мм. Реальная максимальная толщина, в принципе, не ограничивается, но с учетом отверждения составляет 6 мм. При обоих способах формования получаемый слоистый пластик можно считать элементарным конструкционным материалом.

Варьирование соотношения смолы и стекловолокнистого наполнителя, вида армирующего материала и системы его укладки, типа смолы, вида и количества наполнителей позволяет существенно изменять физические свойства получаемых стеклопластиков (таблица 1.2). Следовательно, можно сказать, что структура и состав армированного ПКМ формируются в процессе получения изделия. Возможность изменения состава композиций, размера, формы и конфигурации изделий позволяет определить наиболее целесообразный путь их получения формованием либо ручной укладкой, либо напылением. При массовом производстве методами формования ручной укладкой и напылением применяют роботы. Преимущество автоматизированного устройства заключается в возможности строгого выполнения технологических требований и сведении функций оператора только к контролю за процессом, замене форм и обеспечению сырьем. Пример современного оформления оборудования для напыления представлен на рис Свойства Рис ПКМ, Трехкоординатный получаемых методом роботизированный контактного автомат формования, для напыления: зависят от их структуры, 1 привод типа продольного смолы, перемещения; армирующего 2 материала форма; 3 и наполнителей. Распылительное В сопло; табл приведены поворотная головка; пределы 5 изменения подача стекловолокна; свойств типичных 6 привод ПКМ, вертикального получаемых перемещения; формованием 7 ручной привод укладкой поперечного перемещения; 8 кабель; 9 подача смолы; 10 ленточные программоносители.

11 12 и напылением, и для сравнения также некоторых металлов. Свойство Физические свойства Таблица 1.2.

Формование ручной укладкой Напыление Алюминий Сталь Матов Ткани Плотность, кг/м Предел прочности при растяжении, МПа Модуль упругости при растяжении, ГПа 5,5-12,5-12, Ударная вязкость по Изоду, Дж/м Относительное удлинение при разрыве,% Выбор смолы для конкретного изделия является важнейшим этапом проектирования. Тип смолы частично или полностью определяет ряд эксплуатационных свойств изделий, таких как химическую стойкость, горючесть, эластичность, погодостойкость, ударную прочность, коробление, прочность и электроизоляционные характеристики. При определении типа смолы необходимо также учитывать технологические свойства и особенности обращения с материалом (время гелеобразования и время, в течение которого можно обрезать кромки, максимальное количество выделившейся теплоты, коробление, усадка, непрозрачность, вязкость и тиксотропность). Дополнительным условием при выборе смолы является возможность введения в нее различных наполнителей.

В зависимости от химической природы и степени наполнения добавки могут снижать стоимость изделия, уменьшая расход смолы и (или) стекловолокна. Наполнители могут также улучшать огнестойкость материала, уменьшать выделение токсичного дыма, повышать жесткость, снижать пик тепловыделения и усадку, что приводит к уменьшению пропечатывания стекловолокна через наружный смоляной слой, улучшает электроизоляционные свойства и уменьшает массу изделия. Обязательным требованием при выборе наполнителя является их устойчивость к используемым смолам. Наполнители можно применять при формовании ручной укладкой, но чаще всего их используют при напылении, когда периодическое смешивание и сама технология напыления обеспечивают возможность получения гомогенной композиции. Использование низковязких смол позволяет увеличивать степень наполнения. 12 13 Практическое применение имеют, например эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные смолы. Методы контактного формования позволяют использовать в качестве армирующих практически любые волокна: стекловолокно, базальтовое волокно, углеволокно и др.

Преимуществами способов формования полимерных композиционных материалов ручной укладкой и напылением являются: универсальность, возможность получения изделий сложной формы и большого размера, низкая стоимость оснастки, возможность создавать слоистые конструкции, в том числе с закладными деталями, пригодность для опытного производства. Вместе с тем для них характерны большие затраты ручного труда, низкая производительность, зависимость качества изделий от квалификации формовщика, трудность обеспечения однородности материала и стабильности его физико-механических свойств. 1.3 приведены сравнительные технико-экономические показатели ПКМ, получаемых всеми известными способами.

Контактным формованием производят широкую номенклатуру изделий: кузова, крылья, крыши автомобилей, прицепы; ванны, желоба, мойки, бочки, цистерны, баки, бункеры, элементы ненесущих строительных конструкций в виде стеновых панелей, дверей, оконных блоков и многое другое. Сравнительная техиико-экономическая оценка различных способов изготовления изделий из ПКМ Способ формования Стоимость оборудования Производительность Прочность изделий Квалификация формовщика Сложность изделия Однородность изделий Ручной укладкой Эластичной диафрагмой под вакуумом Эластичной диафрагмой в автоклаве Напылением Намоткой волокна Пултрузия Штамповка листовых формовочных материалов Непрерывное, протяжкой Литье под давлением Прессование стеклонаполненой композиции Оценка в баллах: 10 наивысшая 13 14 ТЕМА 2. ПРОЦЕССЫ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛАСТИЧНОЙ ДИАФРАГМЫ К методам формования ПКМ с использованием эластичной диафрагмы относятся: вакуумное формование, формование под давлением и автоклавное формование. В этом случае весь технологический процесс протекает по схеме, аналогичной контактному формованию, однако после укладки всех армирующих слоев, пока смола еще не полимеризовалась, на матрицу с корпусом накидывается вакуумный мешок (диафрагма) и герметизируется лентой. Диафрагмы представляют собой тонкие эластичные мембраны из силоксанового каучука. Из герметичной полости, образующейся между формуемой композицией и диафрагмой, откачивают воздух, чтобы давление там было ниже, чем приложенное к внешней стороне диафрагмы. Благодаря образующемуся перепаду давлений с разных сторон диафрагмы происходит прижим полимерного композиционного материала к жесткой форме соответствующей конфигурации, что обеспечивает конструктивное оформление детали.

При таком формовании получают изделия, наружная и внутренняя поверхности которых повторяют морфологию поверхностей формующих элементов (самой формы и диафрагмы). Кроме того, в процессе прижима формуемая композиция уплотняется в результате устранения пустот и удаления избытка смолы. Отверждение композиции осуществляется в прижатом к форме состоянии при комнатной температуре либо при нагревании воздушными сушилками и другими устройствами. При отверждении необходимо избегать образования пузырей в композите, а также тщательно контролировать давление, температуру и массовое соотношение между волокном и смолой.

При таком способе формования получается необыкновенно плотный, прочный и ровный ПКМ, который по прочности значительно превышает изделия ручной формовки. Уплотнение материала при вакуумном формовании с эластичной диафрагмой может быть достигнуто с использованием атмосферного давления путем вакуумирования слоев стеклопластика в процессе его отверждения. При формовании под давлением и автоклавном формовании сжатие композитов во время отверждения производится горячими газами. Вентиляционные отверстия, связанные с атмосферой или вакуумом, предназначены для вывода летучих побочных продуктов реакции и захваченного воздуха из отверждающегося композита. В некоторых случаях отверждение композитов при вакуумном формовании с эластичной диафрагмой происходит при комнатной температуре. Однако для улучшения свойств изделия отверждение, как правило, проводится при нагревании.

При этом лучше всего использовать воздушные сушилки, но 14 15 применяются также сушильные установки с инфракрасными нагревателями, а также конвекционные сушилки пассивного типа. Формование ПКМ с участием эластичной диафрагмы включает стадию отверждения связующего, как правило, при повышенных температурах. В этой связи важным является соотношение температурных коэффициентов объемного расширения формуемого ПКМ и материала формы. По значению этого коэффициента из металлов ближе всех к композитам стоит сталь.

Инструкция По Ручного Формования Стеклопластика

Она обладает и другими ценными свойствами: превосходной износостойкостью, способностью работать при повышенных температурах и хорошей теплопроводностью. Наиболее благоприятными для изготовления форм свойствами характеризуется также керамика. Она имеет самый низкий коэффициент теплового расширения, а по теплостойкости почти не отличается от закаленной инструментальной стали. Однако при температурах окружающей среды керамика хрупкая. Она должна быть защищена от повреждений, которые ей грозят в процессе обработки. Стальные формы с керамическими вставками и без них наиболее широко применяются в производстве высококачественных композиционных материалов.

Находят применение и формы из алюминия, никеля и сталистого чугуна. В качестве оснастки используют теплопроводные пластмассы и формы из слоистых пластиков, для изготовления которых обычно используются очень теплостойкие литые или ламинированные эпоксидные смолы.

Рис Вакуумное формование с эластичной диафрагмой: 1- штуцер для присоединения вакуума; 2 плита формы; 3 коллектор для удаления воздуха; 4 - уплотнение диафрагмы; 5 боковое выпускное отверстие; 6 слой с вентиляционными отверстиями; 7 диафрагма; 8 перфорированные слои; 9 впитывающие слои; 10 разделительная ткань; 11 слоистый пластик; 12 внешний слой; 13 промежуточная плита; 14 эластичная перегородка; 15 15 16 выбрасываемый слой На рис. 2.1 приведена типичная схема формования ПКМ с эластичной диафрагмой. Из трех перечисленных выше методов формования с эластичной диафрагмой вакуумный способ менее других лимитируется размерами получаемого изделия. Формование под давлением среди других методов переработки пластмасс имеет наиболее давнюю историю и широко применяется при переработке термореактивных Рис Формование с эластичной диафрагмой под давлением: 1 эластичная диафрагма; 2 крышка формы; 3 канал для подачи сжатого газа; 4 боковое выпускное отверстие; 5 канал для соединения с атмосферой или вакуумом; 6 композиционный материал; 7 вертикальное выпускное отверстие. Рис Формование с эластичной диафрагмой под давлением в прессе: 1 верхняя плита пресса; 2 нагреватели; 3 камера, заполняемая сжатым газом; 4 - коллектор для подачи сжатого газа; 5 защитный слой из силоксанового каучука; 6 форма; 7 композиционный материал; 8 выпускное отверстие; 9 плунжер; 10 - коллекторы для соединения с атмосферой или вакуумом; 11 нижняя плита пресса. Для получения изделий из композиционных материалов на основе таких смол и армирующих волокон этот метод используется практически без изменений.

Инструкция По Ручное Формование Стеклопластика

2.2 и 2.3 представлены схемы формования с эластичной диафрагмой с использованием давления. В зависимости от заданных свойств изделия выбирают схему ориентации волокон и в соответствии с этим делают раскрой препрега при комнатной температуре. Нарезанные листы определенной формы складывают в пакет и вручную укладывают в металлическую форму. Из-за отсутствия необходимости перераспределения компонентов в объеме материала не требует высоких давлений при формовании изделий 16 17 и, следовательно, позволяет использовать сравнительно недорогие металлические формы и оборудование для прессования. Величина используемого давления зависит от формы изделия: для плоских листов оно составляет приблизительно 1 МПа, а для изделий сложной конфигурации - до 5-10 МПа. Температура и время термообработки в каждом отдельном случае зависят от типа используемой полимерной системы. Форму раскрывают, извлекают из нее готовое изделие и отделывают его (зачищают).

После извлечения готового изделия из формы при необходимости можно провести дополнительное отверждение изделия в термокамере. В качестве полимерных матриц (связующих) для композиционных материалов используются как термопластичные, так и термореактивные смолы. Однако в настоящее время первые применяют в меньших количествах, чем вторые. В качестве полимерных матриц обычно применяются связующие на основе эпоксидных смол, а также ненасыщенных полиэфирных смол, поливиниловых эфиров, полиимиды и другие типы полимеров. Применение термопластичных препрегов, однако, дает некоторые преимущества.

Инструкция По Использованию

Так они имеют неограниченный срок годности при хранении; переходят в расплавленное состояние в течение нескольких минут, их свойства при повышенных температурах практически не зависят от влажности. В качестве армирующих волокнистых материалов чаще всего используют стеклянное, арамидное, углеродное и борное волокна. Однако большинство из них нуждается в поверхностной обработке для улучшения их адгезионного взаимодействия со специфическими типами смол - связующих. Рассматриваемый метод обладает многими достоинствами, а его недостаток - низкая производительность, обусловленная многостадийностью процесса. В случае автоклавного формования (схема приведена на рис. 2.4) препрег или многослойный пакет из препрега на основе армирующих волокон выкладывают на форму, вместе с ней помещают в вакуумный мешок и снижают в нем давление.

Инструкция По Эксплуатации

Метод, при котором отверждение проводят, создавая градиент давления по отношению к атмосферному, называют формованием с помощью вакуумного мешка. Так как нередко избыточное внешнее давление создают с помощью автоклава, то этот метод также называют автоклавным формованием. Процесс собственно автоклавного формования состоит из следующих основных этапов: 1) на форму накладывают необходимое число слоев препрега; 2) при повышенных давлении и температуре в автоклаве проводят отверждение; 3) осуществляют отделку (зачистку) отвержденных изделий. При формовании в автоклаве температура обычно составляет 177 С, а давление 1380 кпа. При формовании композитов на основе 17 18 полиимидной смолы, из которых изготовляют наиболее теплостойкие конструкции, создают более жесткие условия отверждения: температуру свыше 260 С и давление более 3450 кпа. При повышенных температурах и давлениях значительно возрастает опасность загорания автоклавов. Она может быть сведена к минимуму при переработке огнестойких материалов, а также при использовании сжатых инертных газов.

Меры по снижению пожарной опасности включают в себя применение диафрагм из силоксанового каучука, или найлона. Рис Автоклавное формование с вертикальным выпускаемым отверстием: 1 канал для соединения с атмосферой или вакуумом; 2 плита формы; 3 коллектор для удаления воздуха из формы; 4 уплотнение диафрагмы; 5 боковое выпускное отверстие; 6 эластичная перегородка; 7, 8 слои с вентиляционными отверстиями; 9 диафрагма; 10 промежуточная плита; 11 перфорированный слой; 12 впитывающие слои; 13 разделительная ткань; 14 выбрасываемый слой; 15 внешний слой; 16 слоистый пластик. Рассмотренный метод формования является периодическим; на свойства изделий решающее влияние оказывают технология выкладки препрега на форму, тип и свойства вакуумного мешка. Можно отметить следующие характерные особенности метода автоклавного формования: 1) возможность получения изделий равномерной толщины; 2) возможность формования крупногабаритных изделий; 3) высокое качество поверхности изделий; 4) при использовании вакуумного мешка получаются высококачественные изделия с низкой 18 19 пористостью.

Недостаток этого метода заключается в том, что он довольно дорог, требует затрат ручного труда и поэтому малопригоден для массового производства изделий. При формовании с эластичной диафрагмой (мембраной) получают композиционные материалы и клееные композиции, которые представляют собой армированную волокном органическую матрицу. Диапазон применения композиционных материалов очень широк: от украшений и декоративных архитектурных панелей до высококачественных несущих конструкций сложной формы. Усовершенствование технологии и определение оптимальной конструкции изделия очень часто позволяет получать методом формования с эластичной диафрагмой такие композиты, которые по эксплуатационным характеристикам оказываются конкурентоспособными по сравнению с другими типами конструкционных материалов.

19 20 ТЕМА 3. ФОРМОВАНИЕ РЕАКТОПЛАСТОВ НА МАТРИЦЕ Метод формования реактопластов на матрице - это процесс, в котором заполнение и смыкание формы заставляет формуемый материал принимать заданную конфигурацию, причем отверждение его происходит в самой форме. Такое определение предполагает большое число различных подпроцессов и материалов: формование матов и предварительно отформованных заготовок; премиксов из армированных формовочных композиций; листовых формовочных материалов и листовых формовочных композиций с диагональным переплетением волокон, а также процессы прямого прессования, литьевого прессования и литья под давлением реактопластов, холодного прессования и совместного формования и др. Во всех случаях формования реактопластов на матрице используются форма или штамп. Форма, или комплект формующих деталей, обычно состоит из двух основных частей: матрицы и пуансона, причем одна из них входит в другую с соблюдением заданного зазора между ними. Для получения сложных изделий иногда требуются специальные формы, состоящие из нескольких основных элементов. Метод прямого прессования армированных композиций в принципе не сильно отличается от формования обычных реактопластов.

Главное различие заключается в природе самой композиции. Вместо свободно текущих порошков или чистых сухих заранее приготовленных таблеток на формование поступает или листовой формовочный материал, содержащий смолу, наполнители и армирующие волокна, от которого надо предварительно отделить защитную полиэтиленовую пленку и нарезать его, или материал, представляющий собой формовочную пасту, содержащую смолу, наполнители и армирующие волокна, причем во всех случаях материал необходимо тщательно взвешивать, так как пресс-форма должна быть заполнена полностью и в то же время не остаться приоткрытой из-за перегрузки. Премикс - армированная волокном термоактивная формовочная композиция, которая после получения не нуждается в дальнейшем отверждении, сушке для удаления летучих или других технологических операциях и готова для переработки на литьевом прессе, и которая может быть отформована без образования побочных продуктов реакции при приложении давления, достаточного только для течения и уплотнения материала. (В отличие от композиций фенольных, меламиноформальдегидных и карбамидных смол, которые выделяют воду в качестве побочного продукта реакции и требуют приложения высокого давления для предотвращения образования пара, а в дальнейшем и пор в 20.