Файл: Физикотехнологические основы получения композиционных материалов.doc

5. Получение деталей из композиционных пластиков

С технологической точки зрения удоб­но использовать отдельные пластмассы, находящиеся в жидком состоянии при нормальной температуре. В первую оче­редь это относится к производству круп­ногабаритных деталей из композиционных пластиков. Пластики состоят из связую­щей смолы, наполнителя и в некоторых случаях отвердителя и ускорителя отвер­ждения. В качестве связующего предпоч­тительнее использовать полиэфирные и эпоксидные смолы. Эти смолы характери­зуются высокой адгезией к наполнителю и способностью отверждаться при нормаль­ной температуре за счет добавления к ним отвердителей и ускорителей отверждения (перекиси бензола, нафтената, кобальта, полиэтиленполиамина и др.).

Высокая прочность композиционных пластиков зависит от применяемых на­полнителей (стеклоткани и стекловолокна, хлопчатобумажные ткани и волокна, ме­таллическая сетка и проволока, волокна углерода и бора, нитевидные кристаллы и т.п.). Тип наполнителя зависит от требуе­мых свойств создаваемого материала. В отдельных случаях в состав пластика вводят пластификаторы и красители.

Как отмечалось ранее, в последние го­ды широкое применение находят углепла­стики. Они характеризуются низкой плот­ностью, высокими прочностными харак­теристиками и способностью выдерживать высокие температуры. Для получения особо термостойких КМ в качестве свя­зующего используют углеродсодержащие термореактивные фенольные и фурфуриловые смолы, пеки из каменноугольной смолы или нефти. Армирующими мате­риалами являются углеродные волокна, нити, жгуты и ткани. После предваритель­ного формообразования заготовка подвер­гается высокотемпературной обработке (карбонизации). В процессе карбонизации происходит термодеструкция связующего, сопровождающаяся удалением испаряю­щихся смолистых соединений, газообраз­ных продуктов и образованием твердого кокса с высоким содержанием углерода. По такой схеме получают углерод-угле­родные КМ. Эти материалы являются наиболее перспективными для изготовле­ния изделий, работающих при высоких температурах.

К основным способам изготовления деталей из композиционных пластиков относятся контактная формовка, авто­клавная формовка, стирометод, вихревое напыление, центробежная формовка, на­мотка и др.

---

Контактной формовкой изготовляют крупногабаритные детали с наполнителя­ми из стеклотканей, стекломатов и т.д. Применяют формы из дерева, гипса и лег­ких сплавов. Форма должна точно воспро­изводить наружный или внутренний кон­тур детали.

Перед формовкой на рабочие поверх­ности формы наносят разделительный слой (поливиниловый спирт, нитролаки, целлофановую пленку и др.), предотвра­щающий прилипание связующего к по­верхности формы. По разделительному слою наносят слой связующего, затем слой предварительно раскроенной ткани, которую тщательно прикатывают резино­вым роликом к поверхности формы. Этим достигаются плотное прилегание ткани к поверхности формы, удаление пузырьков воздуха и равномерное пропитывание тка­ни связующим. Затем снова наносят свя­зующее, ткань и т.д. до получения задан­ной толщины. Отверждение происходит при нормальной температуре в течение 5 - 50 ч в зависимости от вида связующе­го. Время отверждения сокращают увели­чением температуры до 60 - 120°С. По­сле отверждения готовую деталь извлека­ют из формы и в случае необходимости подвергают дальнейшей обработке (обрез­ке кромок, окраске и т.д.).

Особенности контактной формовки -простота оснастки и возможность получе­ния деталей любых размеров и форм. Од­нако этот метод малопроизводителен, ка­чество получаемых деталей недостаточно высокое из-за неравномерной укладки на­полнителя и связующего. К нему предъяв­ляют определенные требования по техни­ке безопасности. Поэтому контактную формовку применяют в опытном и еди­ничном производствах.

Автоклавную формовку применяют при выпуске деталей большими сериями. Форму с деталью накрывают резиновым чехлом и помещают в герметичный ре­зервуар (автоклав). С помощью пара или воды в автоклаве создают определенное давление.

Стирометодом изготовляют крупнога­баритные детали из композиционных пла­стиков с замкнутым полым профилем (по­лые рамы, диски, кронштейны и т.д.). На тонкостенный поливинилхлоридный че­хол, размеры которого соответствуют раз­мерам изготовляемой детали, наматывают волокно. Заготовку укладывают в разогре­тую до температуры 100 - 120°С пресс-форму. Под действием давления воздуха, разогретого внутри шланга, заготовка рас­тягивается до размеров полости пресс-формы. В пространство между чехлом и пресс-формой за счет создания вакуума засасывается связующее.

---

Приведенные способы формовки ис­пользуют в основном для изготовления деталей из пластиков с длинноволокни­стыми наполнителями. При применении измельченных наполнителей процесс из­готовления деталей удается механизиро­вать. Наполнитель и связующее подают под давлением сжатого воздуха.

Вихревым напылением изготовляют крупногабаритные детали из стеклопла­стиков (кузова легковых и грузовых авто­мобилей, корпуса лодок, емкости и др.). Стекловолокно и смолу с отвердителем и ускорителем отверждения наносят на форму специальным пульверизатором. Смола смачивает стекловолокно в вихре­вом потоке, образованном сжатым возду­хом. Стекловолокно со связующим, нане­сенные на форму, вручную уплотняют роликом.

Высокой степенью механизации отли­чается напыление с помощью передвиж­ной установки, в которой смонтированы режущее устройство для стекловолокна, вентилятор для подачи сжатого воздуха, распылитель и емкости для связующего, отвердителя и ускорителя. Стекловолокно разрезают на отдельные куски длиной 10 - 90 мм. Распылитель имеет три сопла: центральное для подачи стекловолокна и два боковых (одно служит для подачи свя­зующего и отвердителя, другое - связую­щего и ускорителя отверждения). Смеше­ние компонентов происходит на поверх­ности формы или перед нею в потоке сжа­того воздуха.

Центробежной формовкой получают детали больших габаритных размеров, име­ющие форму тел вращения, толщиной 2 - 15 мм, диаметром до 1 м и высотой до 3 м.

Стекловолокно и связующее равно­мерно подают во вращающуюся форму. После формовки в форму помещают рези­новый мешок, с помощью которого созда­ется давление на заготовку. В таком со­стоянии происходит отверждение компо­зиции при определенной температуре.

Намоткой получают трубы и сложные по форме оболочки из композиционных пластиков. Основным элементом технологической оснастки является металлическая оправка, на которую перед намоткой ук­ладывают пленку, облегчающую снятие изделия. При намотке оправка совершает вращательное и возвратно-поступательное движения. Волокно или тканевую ленту смачивают связующим. Отформованную заготовку покрывают защитной целлофа­новой пленкой и отправляют в камеру для отверждения.

Основной недостаток изготовления крупногабаритных деталей из пластиков -невысокая производительность труда, по­вышение которой возможно за счет меха­низации и автоматизации технологическо­го процесса.

---

---

---