Файл: Физикотехнологические основы получения композиционных материалов.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.11.2023

Просмотров: 288

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Оглавление

Введение

Физико-технологические основы получения композиционных материалов

1.1. Характеристика композиционных материалов

1.2. Классификация композиционных материалов

1.3. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам

Изготовление изделий из металлических композиционных материалов

2.2. Материалы матриц

2.3. Способы получения полуфабрикатов и готовых изделий

3.2. Краткая характеристика порошковых материалов

3.3. Приготовление смеси и формообразование заготовок

3.4. Спекание и окончательная обработка заготовок

4. Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов

4.3. Способы формообразования деталей в высокоэластичном состоянии

5. Получение деталей из композиционных пластиков

7. Технологические особенности проектирования и изготовления деталей из композиционных материалов

7.1. Технологические требования к конструкциям изготовляемых деталей

7.2. Технологические особенности дополнительной механической обработки заготовок

7.3. Техника безопасности и охрана окружающей среды при изготовлении деталей из композиционных материалов

Заключение

Список использованной литературы

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.





6. Изготовление резиновых технических деталей

6.1. Состав и свойства резиновых технических материалов


В производстве резиновых техниче­ских деталей основным видом сырья яв­ляются натуральные и синтетические каучуки. Натуральные каучуки не нашли ши­рокого применения, так как сырьем для их получения является каучукосодержащий сок отдельных сортов растений. Сырьем для получения синтетических каучуков являются нефть, нефтепродукты, природ­ный газ, древесина. Каучук в чистом виде в промышленности не применяют. Каучук превращают в резину вулканизацией. В качестве вулканизирующего вещества обычно используют серу. Количество се­ры определяет эластичность резиновых деталей. Например, мягкие резины содер­жат 1 - 3 % серы, твердые (эбонит) до 30% серы. Процесс вулканизации происходит под температурным воздействием (горя­чая вулканизация) или без температурного воздействия (холодная вулканизация). Для улучшения физико-механических и экс­плуатационных свойств резиновых техни­ческих деталей и снижения расхода кау­чука в состав резиновых смесей вводят различные компоненты.

Наполнители уменьшают расход кау­чука, улучшают эксплуатационные свой­ства деталей. Наполнители подразделяют на порошкообразные и тканевые. В каче­стве порошкообразных наполнителей применяют сажу, тальк, мел и др. К ткане­вым наполнителям относят хлопчатобу­мажные, шелковые и другие ткани. В не­которых случаях для повышения прочно­сти деталей их армируют стальной прово­локой или сеткой, стеклянной или капро­новой тканью. Количество наполнителя зависит от вида выпускаемых изделий.

Мягчители (парафин, стеариновая ки­слота, канифоль и др.) служат для облег­чения процесса смешения резиновой сме­си и обеспечения мягкости и морозо­устойчивости. Для замедления процесса окисления в резиновые смеси добавляют противостарители (вазелины, ароматиче­ские амины и др.). Процесс вулканизации ускоряют введением в смесь оксида цинка, свинцового глета и др. Красители (охра, пятисернистая сурьма, ультрамарин и др.) вводят в смесь в количестве до 10% от массы каучука.

Высокая эластичность, способность к большим обратимым деформациям, стой­кость к действию активных химических веществ, малые водо- и газопроводность, хорошие диэлектрические и другие свой­ства резины обусловили ее применение во всех отраслях народного хозяйства. В ма­шиностроении применяют разнообразные резиновые технические детали:- ремни -для передачи вращательного движения с одного вала на другой; шланги и напорные рукава - для передачи жидкостей и газов под давлением; сальники, манжеты, про­кладочные кольца и уплотнители - для уплотнения подвижных и неподвижных соединений; муфты, амортизаторы - для гашения динамических нагрузок; транс­портерные ленты - для оснащения погрузочно-разгрузочных устройств и т.д.

6.2. Способы изготовления резиновых технических деталей


Технологический процесс изготовле­ния резиновых технических деталей со­стоит из отдельных последовательных операций: приготовления резиновой сме­си, формования и вулканизации. Процесс подготовки резиновой смеси заключается в смешении входящих в нее компонентов. Перед смешением каучук переводят в пла­стичное состояние многократным пропус­канием его через специальные вальцы, предварительно подогретые до температу­ры 40 - 50 °С. Находясь в пластичном состоянии, каучук обладает способностью хорошо смешиваться с другими компо­нентами. Смешение проводят в червячных или валковых смесителях. Первым из компонентов при приготовлении смеси вводят противостаритель, последним - вулканизатор или ускоритель вулканизации.

Многие технологические процессы пе­реработки резиновых композиций в дета­ли (выдавливание, прессование, литье под давлением и др.) подобны тем, которые были рассмотрены при формообразовании деталей из пластмасс. Специфичным явля­ется лишь процесс получения листовых заготовок (каландрование).

Каландрование применяют для полу­чения резиновых смесей в виде листов и прорезиненных лент, а также для соедине­ния листов резины и прорезиненных лент (дублирование). Операцию выполняют на многовалковых машинах - каландрах. Валки каландров снабжают системой внутреннего обогрева или охлаждения, что позволяет регулировать температур­ный режим. Листы резины, полученные прокаткой на каландрах, сматывают в ру­лоны и используют затем в качестве по­луфабриката для других процессов фор­мообразования резиновых деталей. Во избежание слипания резины в рулонах ее посыпают тальком или мелом при выходе из каландра. В процессе получения прорезиненной ткани в зазор между валками каландров 3 (рис. 18) одновременно пропускают пла­стифицированную резиновую смесь 4 и ткань 2. Резиновая смесь поступает в зазор между верхним и средним валками, обво­лакивает средний валок и поступает в за­зор между средним и нижним валками, через который проходит ткань. Средний валок вращается с большей скоростью, чем нижний. Разница скоростей обеспечи­вает втирание резиновой смеси в ткань. Толщину резиновой пленки на ткани регу­лируют, изменяя зазор между валками каландра. Многослойную прорезиненную ткань получают при пропускании опреде­ленного числа листов однослойной проре­зиненной ткани через валки каландра. По­лученную ткань наматывают на барабан 1 и затем вулканизируют.



Непрерывное выдавливание исполь­зуют для получения профилированных резиновых деталей (труб, прутков, профи­лей для остекления). Детали непрерывным выдавливанием изготовляют машинами червячного типа. Таким способом покры­вают резиной металлическую проволоку.

Прессование является одним из ос­новных способов получения фасонных деталей (манжет, уплотнительных колец, клиновых ремней и т.д.). Прессуют в ме­таллических формах. Применяют горячее и холодное прессование. При горячем прессовании резиновую смесь закладыва­ют в горячую пресс-форму и прессуют на гидравлических прессах с обогреваемыми плитами. Температура прессования 140 - 155 °С. При прессовании одновременно происходят формообразование и вулкани­зация деталей. Высокопрочные детали (например, клиновые ремни) после фор­мования подвергают дополнительной вул­канизации в специальных приспособлени­ях-пакетах. Холодным прессованием по­лучают детали из эбонитовых смесей (корпуса аккумуляторных батарей, детали для химической промышленности и т.д.). После прессования заготовки отправляют на вулканизацию. В состав эбонитовой смеси входят каучук и значительное коли­чество серы (до 30% от массы каучука). В качестве наполнителей применяют раз­мельченные отходы эбонитового произ­водства.

Литьем под давлением получают де­тали сложной формы. Резиновая смесь поступает под давлением при температуре 80 - 120°С через литниковое отверстие в литейную форму, что значительно сокра­щает цикл вулканизации.

Вулканизация является завершающей операцией при изготовлении резиновых деталей. Вулканизацию проводят в специ­альных камерах-вулканизаторах при тем­пературе 120 - 150°С в атмосфере насы­щенного водяного пара при небольших давлениях. В процессе вулканизации про­исходит химическая реакция серы и кау­чука, в результате которой линейная структура молекул каучука превращается в сетчатую, что уменьшает пластичность, повышает стойкость к действию органи­ческих растворителей, увеличивает меха­ническую прочность.

При массовом производстве резино­вых деталей все технологические опера­ции выполняют с помощью высокопро­изводительного и автоматизированного оборудования.