Методи переробки армованих полімерних матеріалів
Тема: Методи формування виробів з ненаповнених і наповнених полімерних матеріалів
Формування під тиском.
Пряме пресування застосовують для виготовлення виробів різноманітних форм, розмірів і товщини переважно. з реактопластів, що випускаються у вигляді порошків, гранул, волокнітах . шаруватих заготовок з армованих полімерних матеріалів, а також заготовок з гумової суміші. Полімерні матеріали перед пресуванням піддають підготовці (сушка, таблетування . Попередній нагрів), яка поліпшує їх технологічні властивості і якість одержуваних виробів. Підготовлені матеріали перед пресуванням зазвичай дозують. Заданий кількість переробляється напівфабрикату поміщають в встановлену на пресі нагріту пресформ, конфігурація оформляє порожнини якої відповідає конфігурації деталі (рис. 1). Пресформ замикають. Матеріал нагрівається, переходить у в'язкотекучий стан, під тиском 7-50 МПа заповнює оформляють порожнину і ущільнюється. У прессформе матеріал витримують під тиском до завершення затвердіння полімерних матеріалів або вулканізації сирої гумової суміші, чим забезпечується фіксація доданої матеріалу конфігурації. Готовий виріб виштовхують або витягають з пресформи, як правило, при температурі пресування.
Мал. 1. Виготовлення виробів пресуванням: а щоб завантажити прессматериала в нагріту пресформ; б -прессованіе; в - виштовхування вироби; 1-пуансон; 2-матриця;3 - виштовхувач; 4-прессматериала; 5-готовий виріб.
У процесі пресування для підвищення якості виробів застосовують підпресування (поперемінним подача і зняття тиску) і затримку подачі тиску. Підпресування сприяють видаленню з реактопластів летючих речовин (продуктів реакції, адсорбированной вологи, залишків розчинників). Ця ж мета досягається попередніми вакуумированием матеріалу в оформляє порожнини пресформи (пресування з вакуумуванням). Затримку подачі тиску застосовують для зниження плинності реактопластів, що мають при температурі формування дуже низьку в'язкість . з тим, щоб запобігти їх витікання через зазори пресформи в процесі ущільнення.
При переробці термопластів пресування застосовують для виготовлення деталей товщиною> 10-15 мм, якщо при температурі переробки матеріал має занадто високув'язкість . а також якщо температура плинності полімерних матеріалоа близька до температури його деструкції.
Ливарне (трансферне) пресування застосовують головним чином для переробки реактопластів. Формування здійснюють в пресс-формах, оформляюча порожнина яких відокремлена від завантажувальної камери і з'єднується з нею літніковими каналами (рис. 2). У процесі пресування матеріал, який поміщений в завантажувальну камеру нагрітої пресс-форми, переходить в в'язкотекучий стан і під тиском 60-200 МПа по літниковому каналу перетікає в оформлюючу порожнину пресс-форми, де матеріал додатково прогрівається і отверждается.
а -прессформа нагріта і закрита; б –передавлювання розплавленого матеріалу в оформлюючу порожнину і затвердіння його; в -роз'єм пресс-форми; 1-пуансон; 2-матриця; 3-виштовхувач; 4-пресматериал; 5-готовий виріб; 6-завантажувальна камера; 7-залишок пресматериалу, що залишився в ливарному каналі пресс-форми; 8-ливарний пуансон.
Рисунок - Виготовлення виробів ливарним пресуванням:
Перевага ливарного пресування - можливість виготовлення виробів складних форм з глибокими наскрізними отворами малого діаметру або з маломіцної внутрішньої (зовнішньої) арматурою. Вироби, отримані цим методом, характеризуються меншою напругою, ніж при прямому пресуванні, так як процес затвердіння в оформлюючій порожнині відбувається одночасно по всьому об'єму деталі, а при заповненні форми створюються умови, що забезпечують видалення з матеріалу летючих продуктів.
Лиття під тиском застосовують переважно для виготовлення виробів з термопластів. Здійснюють під тиском 80-140 МПа на ливарних машинах поршневого або гвинтового типу, що мають високий ступінь механізації і автоматизації (рис. 3). Ливарні машини здійснюють дозування гранулюван. матеріалу, переклад його в в'язкотекучий стан, упорскування (інжекції) дози розплаву в ливарні форми, витримку в формі під тиском до його затвердіння або затвердіння, розмикання форми і виштовхування готового виробу. При переробці термопластів ливарні форми термостатируют (температура її не повинна перевищувати температури склування або температури кристалізації), а при переробці реактопластів нагрівають до температури затвердіння. Тиск лиття залежить від в'язкості розплаву матеріалу, конструкції литтєвий форми, розмірів літніковойсистеми і формованих виробів. Лиття при надвисоких тисках (до 500 МПа) зменшує залишкові напруги в матеріалі, збільшує ступінь орієнтації кристалізуються полімерів, що сприяє зміцненню матеріалу і забезпечує більш точне відтворення розмірів деталей.
Мал. 3. Литьевая машина: 1-матеріальних циліндр; 2 - нагрівальні елементи; 3-гвинт (шнек); 4-канали охолодження; 5-бункер для матеріалу; 6-гідродвигун; 7-редуктор; 8-гидроцилиндр вузла вприскування; 9-манометр; 10, 17-нерухомі плити; 11 - напрямні колонки; 12-ливарна форма; 13-рухома плита; 14-колісно-важільний механізм; 15-гідро-циліндр вузла змикання; 16-гайки; 18-упор; 19-сопло.
Тиск в литтєвий формі при заповненні розплавом полімеру підвищується поступово (в кінці витримки під тиском досягає 30-50% від тиску лиття) і розподіляється по довжині оформляє порожнини нерівномірно внаслідок високої в'язкості розплаву і швидкого її наростання при охолодженні або затвердінні.
Лиття під тиском дозволяє виготовляти деталі масою від часток грама до кількох кілограмів. При виборі машини для формування виробу враховують обсяг розплаву, необхідний для його виготовлення, і зусилля змикання, що вимагається для утримання форми в замкнутому стані в процесі заповнення розплавом оформляє порожнини.
Для вирівнювання тиску і поліпшення умов заповнення форми застосовують лиття під тиском з попередніми стиском розплаву, інжекційне пресування, лиття під тиском з накладенням механічних коливань і інші методи.
Лиття під тиском з передуватиме. стисненням розплаву здійснюють на литтєвий машині, сопловий блок якої забезпечений краном. При закритому крані виробляють стиснення розплаву полімеру в нагрівальному циліндрі машини до тиску лиття. Після відкриття крана розплав під високим тиском з великою швидкістю заповнює порожнину литтєвий форми і додатково нагрівається за рахунок роботи сил тертя. Для запобігання механодеструкція полімерних матеріалів швидкість течії розплавупо ливникових каналах іноді обмежують. Попереднє стиснення розплаву дозволяє в 1,5-2 рази зменшити час заповнення форми і збільшити шлях течії розплаву до моменту його застигання, що дозволяє відливати довгомірні тонкостінні деталі.
Інжекційне пресування відрізняється від звичайного лиття під тиском тим, що уприскування дози розплаву П.м. виробляють в повному обсязі зімкнуту форму.Ущільнення матеріалу здійснюють при закінчать. змиканні форми (пресування). Метод дозволяє отримувати як дуже тонкостінні, так і товстостінні деталі з термо- і реактопластів. Вироби, виготовлені цим методом, мають меншу анізотропію механічних властивостей і меншу усадку.
Лиття під тиском з накладенням механічних коливань застосовують для виготовлення виробів з полімерних матеріалів, розплави яких володіють яскраво вираженими властивостями псевдопластичні рідини рідин. Вплив механічних коливань викликає різке зниження в'язкості таких розплавів, в результаті чого зменшується час заповнення форми і відбувається більш рівномірний розподіл тиску по довжині оформляє порожнини.
Інтрузія-метод формування товстостінних виробів на гвинтових ливарних машинах, обсяг вприскування яких м. Б. значно менше обсягу виробу, що формується. В процесі заповнення форми ливарна машина працює в режимі екструдера (див. Нижче), нагнітаючи розплав полімеру через широкі ливникові канали в оформляють порожнину при порівняно невисокому тиску; після заповнення форми гвинт під дією гідроциліндра рухається як поршень вперед і подає в форму під більш високим тиском кількість розплаву, необхідний для оформлення деталі і компенсації усадки матеріалу.
Екструзію (шприцевание, видавлювання) застосовують для формування з термо- і реактопластів разл. довгомірних виробів-волокон, плівок, листів, труб, профілів різноманітного поперечного перерізу. Переробка термопластів здійснюється на поршневих і гвинтових машинах (екструдерах) шляхом видавлювання матеріалу, переведеного в нагревательнгом циліндрі екструдера в в'язкотекучий стан, через формоутворювальну головку прохідного типу (рис. 4). Вихідний з голівки виріб охолоджується, відводиться тягне пристроєм і змотується в бухти або розрізається на відрізки необхідної довжини. Швидкість відводу вироби може бути більше швидкості виходу з головки, тоді відбувається орієнтація матеріалу в напрямку осі вироби. За допомогою спец. пристроїв можлива поперечна орієнтація матеріалу.Методом екструзії можна також наносити на проводи та кабелі полімерну ізоляцію.
Мал. 4. Винтовой екструдер: 1 - бункер для матеріалу; 2 - канали охолодження; 3 - нагрівальні елементи; 4-гвинт (шнек); 5-сітка; 6 - формотворна головка; 7-виріб; 8-станина екструдера; 9-вузол підшипників; 10-редуктор; 11 -електродвігатель приводу; 12-форсунка для охолодження вироби; 13-тягнучий пристрій.
Екструзію термопластів можна поєднувати з ін. Методами формування, наприклад, роздуванням (т. Зв. Екструзійно-роздувне формування), в результаті чого з екструдованої заготовки отримують великогабаритні тонкостінні порожнисті вироби (рис. 5).
Мал. 5. Виробництво виробів екструзійно-роздувне формування: а-отримання заготовки; б- роздування заготовки та оформлення вироби; в - витяг вироби з форми; 1 - гвинт екструдера; 2 - матеріальний циліндр екструдера; 3-кран для подачі стисненого повітря; 4-Дорн; 5-кутова головка; 6-заготовка; 7, 8-напівформи для роздування; 9-привід напівформи; 10-виріб.
Формування екструзією деталей з наповнених реактопластів здійснюють головним чином на поршневих машинах (штранг-пресування), т. К. Розплав матеріалу має занадто високу в'язкість . Конструкцію головки і розподіл температури по її довжині вибирають таким чином, щоб матеріал був досить ущільнений і на виході з головки мав ступінь затвердіння, що забезпечує виробу, що формується товарний вигляд і технологічну міцність. Остаточне затвердіння матеріалу може бути проведено в трубчастих печах.
Центробіжне формування застосовують для виготовлення виробів, що мають форму тіл обертання (втулки, труби, порожнисті сфери та ін.), під дією центробіжних сил. Таким способом переробляють в'язкотекучий термореактивні компаунди, розплави полімерів і пластизоли, як ненаповнені, так і наповнені порошкоподібними і волокнистими наповнювачами. При центробіжному формуванні розплав полімеру або термореактивний компаунд заливають в нагріту форму, закріплену на валу центрифуги, яку приводять в обертання. Під дією центробіжних сил матеріал, що переробляється розподіляється рівномірним шаром по оформлюючій поверхні форми і ущільнюється. Після охолодження форми її зупиняють і вилучають готовий виріб. Для виготовлення невисоких втулок і виробів, що мають геометрію параболоїда обертання, застосовують форму з вертикальною віссю обертання; довгі труби отримують в формах з горизонтальною віссю обертання, порожнисті сфери - одночасним обертанням форми навколо двох взаємно перпендикулярних осей. Величина тиску, що розвивається в процесі формування визначається частотою обертання форми і радіусом її оформлюючої порожнини і досягає 0,3-0,5 МПа. Цим методом отримують зазвичай тонко- і товстостінні вироби, виготовлення яких іншими методами важко або неможливо.
Каток застосовують для змішування компонентів сирих гумових сумішей і пластичних мас на стадії їх приготування або поліпшення технологічних властивостей матеріалу перед формуванням виробів, а також для виготовлення напівфабрикатів (листів, плівки). Каток здійснюють в зазорі між валками (охолоджуваними або нагріваються), що обертаються назустріч один одному з різних швидкістю. Залежно від апаратурного оформлення методу матеріал з вальців може зніматися в вигляді листа або вузької суцільної стрічки.
Каландрованнязастосовують для безперервного формування різних плівкових або листових полімерних матеріалів, нанесення на поверхню листових матеріалів рельєфного малюнка, дублювання попередньо відформованих стрічкових заготовок, армування полімерних матеріалів тканинами або сіткою при температурі вище температури текучості або температури плавлення. Здійснюють на агрегатах безперервної дії, основною частиною яких є багатовалкові каландр (рис. 6). Полімерна або гумова композиція безперервно надходить на каландр з поживних вальців або екструдера. На відміну від вальцювання при каландрование матеріал проходить через зазор між парою валків тільки один раз. Для отримання листа заданої товщини і з гладкою поверхнею каландр роблять багатовалкові, що дозволяє послідовно пропускати матеріал через два або три зазору різного розміру. В процесі каландрования полімерних матеріалів в зазорі між валками піддається інтенсивної деформації зсуву, в ньому в напрямку руху розвиваються значні еластичні деформації, які фіксуються в виробі наступним охолодженням. Поздовжня орієнтація обумовлює значну анізотропію властивостей матеріалу (каландрові ефект).
Каландрові агрегати можуть бути забезпечені додатковими пристроями для одно- або двухосной орієнтації плівки.
Мал. 6. Виробництво виробів каландруванням: 1 - змішувач; 2 - вальці; 3 - детектор металу; 4-5-образний похилий каландр; 5 - охолоджуючі барабани; 6-товщиномір;7-пристрій для обрізання кромок; 8-закаточне пристрій.
Прокатку застосовують для обробки листових термопластичних напівфабрикатів з метою надання їм необхідних розмірів поперечного перерізу або підвищення механічних властивостей в напрямку прокатки. На відміну від каландрования її здійснюють на валкових машинах, валки яких обертаються назустріч один одному з однаковою швидкістю, при температурах, що не перевищують температури склування і температури плавлення. У зазорі між валками відбувається ущільнення матеріалу і орієнтація його в напрямку прокатки внаслідок розвиваються в матеріалі вимушених еластичних деформацій.
Для формування монолітних тонкостінних виробів із заготовок термопластів (листів, труб і ін.) застосовують штампування (штампування) і її різновиди (механо-пневмоформованием, пневмоформованием, вакуум-формування та ін.).
Штампування використовують преімущемственно для формування великогабаритних об'ємних виробів із заготовок, одержуваних литтям, пресуванням, литтям під тиском або екструзією і переведених нагріванням в еластичне стан. Нагріта заготовка під дією тиску змінює форму, заповнюючи оформляють порожнину штампа, що має температуру нижче температури склування полімерних матеріалів. Для фіксації отриманої конфігурації відформований виріб охолоджують під тиском. При штампуванні можна поєднувати операцію виготовлення заготовки і отримання з неї вироби. Заготівлю в цьому випадку отримують литтям під тиском або екструзією і, не даючи їй охолонути нижче температури склування, піддають штампуванню. Залежно від конструкції застосовуваного устаткування і оснащення, форми і розмірів заготовки і виробів застосовують різні види штампування.
Деталі зі стінками змінної товщини або з рельєфом на поверхні виготовляють з порівняно товстостінних заготовок в жорстких штампах, що мають пуансон і матрицю і встановлюваних на гідравлічних або пневматичних пресах (рис. 7). З усіх видів штампування цей метод найбільш доріг, тому що вимагає пов'язаних один з одним пуансонів і матриць.
Мал. 7. Штампування за допомогою жорсткого штампа, що має пуансон і матрицю: 1 - камера; 2 - матриця; 3 - заготовка; 4-притискне кільце; 5-пуансон.
Механічну штампування пуансоном (рис. 8, а ) через протяжне кільце і механопневмоформованіе (рис. 8, б) застосовують для виготовлення виробів з різко вираженою різнотовщинністю, наприклад, якщо дно вироби має бути значно товщі стінок. При отриманні виробів, на одну з поверхонь яких необхідно нанести малюнок з дрібними елементами, застосовують головним чином штампування в матрицю еластичним пуансоном, виконаним з губчастої або м'якою монолітної гуми.
Мал. 8. Штампування пуансоном: а -через протяжне кільце; б -механопневмоформованіе; 1 -камера; 2-заготовка; 3-протяжне кільце; 4-притискне кільце; 5-пуансон.
Вакуум-формуванням через протяжне кільце (рис. 9, а ) з листових заготовок отримують вироби, що мають форму тіл обертання. Заготівлю защемляють між притискним і протяжним кільцем, закріпленими на торці герметичної ємності, в якій створюють розрядження. Під дією атм. тиску заготівля деформується всередину ємності, а при створенні в ємності надлишкового тиску-у зворотний бік. Форма і розміри одержуваного виробу визначаються конфігурацією в плані протяжного кільця і ступенем (глибиною) витяжки заготовки, яка характеризується відношенням висоти вироби до його ширини. Вакуум-формуванням в матрицю (рис. 9, б ) при тиску формування до 0,09 МПа отримують вироби з тонкостінних заготовок. Якщо такого тиску для оформлення виробів недостатньо, застосовують пневмоформованием в матрицю (рис. 10). Цей метод дозволяє також отримувати вироби більш складної конфігурації.
Рис.9. Вакуум-формування: а -через протяжне кільце; б -в матрицю; 1-камера; 2-заготовка; 3-протяжне кільце; 4-притискне кільце; 5-матриця.
Мал. 10. пневмоформованием в матрицю: 1-камера; 2-заготовка; 3-прі режимних кільце; 4-матриця.
У процесі штампування-вирубки виробляють виготовлення плоских виробів різних конфігурації, що мають в площині деталі отвори різного діаметру. Вирубка виробів здійснюється в штампах, оснащених ріжучими елементами (для відокремлення виробу від заготовки по контуру), притиском, що утримує заготовку в необхідному положенні, пуансоном і матрицею, що виробляють пробивання отворів у заготівлі.
Формування без тиску. В цьому випадку ущільнення матеріалу і формування виробу здійснюється під дією сили тяжіння і сил поверхневого натягу.
Методом лиття виготовляють вироби з отверждающихся компаундов на основі мономерів, олігомерів . смол, полімер-мономерних композицій або розплавів полімерів, що мають консистенцію в'язкої рідини. Компаунд при нормальній або підвищеній температурі заливають в технологічну оснастку (форму), в якій відбувається його затвердіння або затвердіння. Для забезпечення вилучення вироби з форми стінки форми покривають шаром антиадгезиви, наприклад отверждающей силіконовою змазкою. Литтям виготовляють листи, плити, блоки, різного роду машинобудівні деталі (шестерні, шківи, кулачки, шаблони), технологічне оснащення для штампування, лиття під тиском і ін. методів формування.
При капсулювання компаундом заливають який-небудь елемент, який фіксують у формі. Після затвердіння компаунда елемент, покритий з поверхні шаром полімеру, виймають з форми.
Метод заливки подібний литтю відрізняється тим, що компаунд заливають в оболонку (кожух, корпус), в яку попередньо поміщають різного роду вузли або елементи (трансформатори, індуктивні котушки, електронні або електричні системи і т. п.). Внутрішню поверхню оболонки ретельно знежирюють для забезпечення її міцного зчеплення з компаундом.
При герметизації заливається елемент щільно вставляють в оболонку, а компаундом покривають тільки його поверхню. Так само, як і в методі заливки, необхідно забезпечити міцне зчеплення компаунда з заливається вузлом і поверхнею оболонки.
Методом поливу виготовляють тонкі плівки або плівкові клеї з компаундів або розчинів полімерів, наприклад на плоскій підкладці або установці безперервного типу (рис. 11). Компаунд з ємності через фільєру наноситься на гнучку стрічку транспортера, проходить через камеру сушки і (якщо необхідно) затвердіння, відділяється від стрічки і змотується в рулон.
Мал. 11. Формування плівок поливом: 1 - фильера; 2 - ємність з розчином полімеру; 3-сушильна камера; 4-плівка полімеру; 5 - змотувати пристрій; 6-барабан транспортера; 7 - транспортерна стрічка.
У всіх перерахованих методах щоб уникнути утворення у виробах газових включень компаунд попередньо нагрівають або вакуумируют, а затвердіння матеріалу ведуть в вакуумированной формі. У разі введення порошкоподібних або волокнистих наповнювачів компаунда надають тиксотропні властивості.
Методи занурення і декантування застосовують для виготовлення тонкостінних деталей різноманітної форми з вузьких компаундов, а також для нанесення на поверхню виробів електроізоляційних, антифрикційних, антикорозійних або декоративних покриттів. При виготовленні деталей зануренням застосовують оснастку у формі вироби позитивного типу (пуансони), яку занурюють в компаунд, залитий в якому-небудь ємність. Шар компаунда, що залишився на поверхні оснастки, отверждают і, якщо його товщина мала, занурення повторюють; отриману деталь знімають з оснащення. Декантацією виготовляють деталі в оснащенні негативного типу (матриця). У матрицю наливають необхідну кількість компаунда і нахиляють (кантуют) її так, щоб все оформляють поверхні були покриті шаром компаунда.Надлишки компаунда виливають, а решту плівку охолоджують. Форму розмикають і витягають готовий виріб. Для запобігання стікання в'язкого компаунда з похилих стінок пуансонів і матриць застосовують тиксотропні або Швидкоотверждаємий компаунди.
Методом ротаційного формування виготовляють тонкостінні порожнисті вироби, а також наносять покриття на внутрішній поверхні різних ємностей з порошкоподібних полімерів і пластизолів. Порцію полімерних матеріалів завантажують в порожнисту металеву форму, герметично закривають її і в залежності від конфігурації деталі обертають форму навколо однієї або двох взаємно перпендикулярних осей. Одночасно форму нагрівають, для того щоб полімер розплавився або набряк в пластификаторе. Під час обертання розплав змочує оформляють поверхню форми і розподіляється по ній рівномірним шаром. Частоту обертання підбирають так, щоб лінійна швидкість руху точок, що лежать на оформляє поверхні, дорівнювала швидкості стікання розплаву з цієї поверхні під дією сил тяжіння.Такий режим обертання забезпечує отримання равнотолщінних виробів. На відміну від відцентрового формування полімер утримується на стінках переважно. силами адгезії і інерції. Після охолодження обертається форми і затвердіння полімеру обертання припиняють і виймають з форми готовий виріб.
Напилення порошкоподібних полімерних матеріалів на поверхню форм застосовують для виготовлення тонкостінних виробів або нанесення полімерних покриттів на деталі різного призначення. Процес полягає в нанесенні порошку на поверхню оснастки і наступного спікання утворився шару при нагріванні його вище температуриплавлення або температури плинності полімерних матеріалів. Порошок полімеру на поверхню форми наносять в псевдозрідженому ( "киплячому") шарі або струменевим методом за допомогою пістолета-розпилювача.
При виготовленні виробів методом засипання в обмежувальну оснастку засипають порошок або гранули термопласту. На пластину закривають теплоізолюючих кришкою; оснащення нагрівають вище температури текучості або температури плавлення полімеру і витримують до тих пір, поки у її стінок не розплавиться шар полімеру потрібної товщини; витягують з термостата, охолоджують і висипають нерасплавівшіеся гранули. Надалі проводять закінчать. оплавлення шару, нагріваючи матеріал в оснащенні без теплоізолюючих кришки. Методом засипки виготовляють порівняно тонкостінні великогабаритні вироби (прогулянкові човни, бідони для зберігання і транспортування рідин і ін.).
Методи переробки армованих полімерних матеріалів
Особливістю виготовлення виробів з армованих полімерних матеріалів є те, що матеріал і виріб в більшості випадків виготовляються з вихідних компонентів одночасно.Для створення виробів з необхідними експлуатаційними властивостями обрані методи і режими переробки повинні забезпечувати необхідну монолітність матеріалу, необхідний зміст, орієнтацію і равнонапряженность армирующего наповнювача.
Підготовчі операції включають підготовку наповнювача (сушка, різні види енергетичної та хімічної обробки для поліпшення сполучення зі сполучною), формотворною і формуючої оснастки і обладнання, а в ряді випадків - приготування сполучного і його нанесення на наповнювач. Структура і форма використовуваного армуючого наповнювача багато в чому визначають вибір методу виготовлення заготовки вироби.
Отримання заготовки вироби обраним методом здійснюють шляхом укладання армуючого наповнювача в заданій послідовності на оснащенні, що визначає форму майбутньої деталі. При цьому орієнтація волокнистого наповнювача витримується відповідно до епюр напружень, що забезпечує необхідну анизотропию властивостей матеріалу у виробі.
Виготовлення заготовки деталі може проводитися з використанням препреги - попередньо просоченого сполучною наповнювача, висушеного або подотвержденного (т. Зв. Сухий спосіб намотування, викладки), з просоченням наповнювача в процесі його викладки або намотування (т. Зв. Мокрий спосіб намотування, викладки), з чергуванням шарів непросоченого або частково просоченого наповнювача з шарами сполучного у вигляді плавкою плівки або з використанням наповнювачів, в яких армуючі волокна чергуються з волокнами матричного матеріалу (волоконна технологія).
Отримання заготовки вироби з полімерних матеріалів, армованих безперервними волокнистими наповнювачами (головним чином нитками, джгутами, ровінгу, стрічками, тканинами, трикотажними матеріалами), здійснюють методами пошаровим викладки, намотування, методом плетіння або ткацтва, а також комбінованим методом.
Методом пошарової викладки з наповнювачами з безперервних волокон виготовляють заготовки листів, плит, обшивок, а також виробів порівняно простих геометричних форм. При пошаровим викладенні шари препреги або непросоченого армирующего наповнювача послідовно, дотримуючись задану орієнтацію, збирають на жорсткій формі (пуансоні), що повторює форму виробу, в пакет до необхідної товщини. В процесі викладення виробляють пошарове ущільнення пакета за допомогою ролика або ін. Інструменту. При серійному виробництві застосовують спеціальні викладочние установки або комплекси із застосуванням робототехніки та програмного управління.
Метод намотування широко застосовують для виготовлення заготовок виробів, що мають форму тіл обертання. При використанні односпрямований безперервних армуючих наповнювачів у вигляді ниток, джгутів, стрічок, рівниці застосовують окружну, поздовжню, спіральну (гелікоїдний) або комбіновану намотування.
Спіральну намотування застосовують для виготовлення оболонок спільно з днищами, деталей конічної форми, виробів змінного перерізу. При комбінованої намотування поєднують в будь-яких варіантах спіральну, подовжню або окружну намотування для досягнення необхідної анізотропії властивостей матеріалу.Найпростіший вид комбінованої намотування - поздовжньо-поперечна. Застосування багатокоординатних намотувальних верстатів з програмним керуванням дозволяє автоматизувати процес намотування і зробити його високопродуктивним.
При використанні армуючих наповнювачів у вигляді тканин, полотен, паперу, стрічок з перехресним розташуванням волокон застосовують окружну намотування закатане, наприклад при виготовленні труб, циліндрів, оболонок конічної форми. Якщо ущільнення матеріалу внаслідок натягу наповнювача або при Прикатка є достатнім для забезпечення необхідної щільності матеріалу при подальшому отверждении вироби, то намотування є і метод формування.
Комбіновані методи створення заготовок виробів включають кілька різних методів при складанні однієї деталі, наприклад поєднання пошаровим викладки і намотування.
Зазначені вище методи дозволяють орієнтувати наповнювач в одній або двох площинах вироби. При необхідності отримання об'ємного армування в трьох і більше площинах застосовують метод плетіння або ткацтва заготовки з джгутів або ниток. Напрямок армування і зміст наповнювача в кожному з напрямків визначаються умовами експлуатації деталі. Метод плетіння застосовується також для створення багатошарових заготовок деталей, в яких шари механічно пов'язані між собою.
Виготовлення заготовки деталі з полімерних матеріалів, армованих короткими волокнами, виробляють методом пошарового викладення з використанням рулоннихнаповнювачів у вигляді матів, полотен, повсті, паперу, як попередньо просочених, так і просочуються в процесі виготовлення заготовки, а також методами напилення, насасиванія і осадження рубаних волокон. При виготовленні заготовок вироби методом напилення в якості наповнювачів використовують відрізки джгутів (30-60 мм), які за допомогою спец. установок напилюють потоком повітря спільно з сполучною на форму до досягнення необхідної товщини. Цим методом виробляють великогабаритні вироби, наприклад корпусу човнів і катерів, елементи легкових і вантажних автомобілів, контейнери різного призначення, плавальні басейни, покриття підлог, облицювання бетонних конструкцій.
Метод насасиванія застосовують при виробництві виробів порівняно невеликих розмірів. Виготовлення заготовки здійснюють головним чином в камері насасиванія, у верхній частина якої подається рубане волокно (рис. 12); в нижній частині камери на обертовому столі змонтована перфорує. форма, через яку за допомогою потужного вентилятора просасивается (прокачується) повітря. Розпорошену волокно, захоплюється потоком повітря, Насмоктувати на форму до забезпечення необхідної товщини. Метод дозволяє використовувати як сухі сполучні у вигляді порошку або плавких полімерних волокон, що подаються разом з армуючим волокном, так і рідкі сполучні, що наносяться на насмоктувати заготовку за допомогою пістолетів, розташованих по периметру камери. Після насасиванія заготівля виймається з камери і формується одним з перерахованих нижче методів. Насос, крім того, може проводитися з суспензії волокон в рідкому середовищі з папероробної технології (див. Папір).
Мал. 12. Виготовлення заготовок деталей з армованих пластику методом насасиванія: 1 - бобіна з джгутом; 2-різальне пристрій; 3-воронка для порошкоподібного зв'язуючого; 4 -камера; 5-пістолет для напилення рідкого сполучного; 6-пер-форір, форма; 7 - обертовий стіл; 8-вентилятор.
Після формування заготівля деталі піддається формуванню різними методами. Метод контактного формування застосовують при виготовленні деталей із застосуванням поліефірних та епоксидних сполучних холодного затвердіння переважно. в поєднанні зі створенням заготовки методом викладки. При цьому способі формування просочені сполучною шари наповнювача ущільнюють шляхом притиснення пензлем або накочення роликом. Отверждение матеріалу проводиться без додатка постійного тиску в основному при температурі цеху.
При виготовленні великогабаритних деталей широкого поширення набули вакуумний, вакуумно-автоклавний і пресскамерний методи формування з використанням еластичного мішка (чохла). У цих випадках на оправлення за формою вироби наносять розділить. шар (для запобігання прилипання формуемой деталі), викладають або намотують заготівлю вироби, на яку послідовно укладають перфорований розділовий шар, цулагах (метал, шаруватий пластик), дренажний шар (матеріал у вигляді повсті, кілька шарів склотканини або металевої сітки), захисний шар з тканини або плівки і еластичний мішок з гуми, прогумованої тканини або термостійкої полімерної плівки з великим подовженням, який герметично з'єднують з формою (рис. 13). Вакуумним насосом з-під еластичного мішка відкачують повітря. Для затвердіння сполучного форму із заготівлею поміщають в термошкаф (вакуумний спосіб), а якщо потрібна висока тиск - в пресскамеру або автоклав. Формування здійснюється внаслідок різниці тисків між зовн. тиском в термошкафу, пресскамере (0,15-0,5 МПа) або автоклаві (0,3-2,5 МПа) і залишковим в еластичному мішку. При вакуумному способі формування тиск становить 0,05-0,09 МПа. Метод широко використовують при виготовленні тришарових конструкцій з легким заповнювачем, що не допускає високих тисків при формуванні.
Мал. 13. Формування виробів з армованих полімерних матеріалів разл. методами: а -Вакуумні; б - вакуумно-автоклавним; в-пресскамерним (I-формування на пуансоні, П-в матриці); 1-пуансон; 2-заготовка вироби; 3-цулагах; 4-дренажний шар; 5-еластичний мішок (чохол); 6-розділить. шар; 7-кріплення еластичного мішка; 8-матриця; 9-термошкаф; 10-автоклав.
При необхідності підвищення тиску формування для забезпечення необхідної якості деталі, а також при серійному виробництві виробів з армованих пластику невеликих і середніх розмірів застосовують метод пресування в жорсткій прессформе, який викладено вище.
При серійному виробництві великогабаритних деталей порівняно простий конфігурації, виготовлених з просочених шаруватих наповнювачів в жорсткій прессформе, формування часто здійснюють не на пресах, а в термошкафах, застосовуючи метод формування в болтової формі. У жорстку форму, що має пуансон і матрицю, поміщають заготовку деталі і форму замикають за допомогою болтів до забезпечення остаточної товщини деталі. При необхідності докладання великих зусиль для змикання форми використовують прес з подальшою стяжкою болтами. Зібрані форми поміщають в термошафи, де здійснюється температурний режим затвердіння і формування. Метод дозволяє виготовляти відразу велику кількість деталей одночасно.
При термокомпрессіонной формуванні заготівлю формуемой деталі поміщають на жорсткий пуансон або матрицю, покривають або обмотують форми матеріалом з високим коефіцієнтом термічного розширення, наприклад термостійкої кремнийорганической гумою, і накривають обмежить. оснащенням, яку щільно, наприклад за допомогою болтів, з'єднують з пуансоном або матрицею, створюючи початковий тиск. У процесі нагрівання ущільнення заготовки здійснюється внаслідок термічного розширення формуючого матеріалу, розташованого між заготівлею та жорсткої обмежувальної формою. Метод дозволяє значно спростити конструкцію пресформи і забезпечити рівномірний розподіл тиску по всій поверхні формуемой деталі.
Методом протягання (пултрузии) виготовляють профільні вироби постійного перетину (стрижні, трубки, профілі різного поперечного перерізу та ін.). Процес здійснюють за безперервною схемою: армирующий наповнювач, поєднаний зі сполучною, збирають в пучок і простягають через систему формотворчих головок (фильер), в яких здійснюється формування виробу і часткове затвердіння сполучного. Остаточне затвердіння відбувається в термокамері або високочастотної установки. Метод характеризується високою продуктивністю, економічністю, піддається автоматизації.
Метод прокатки (ролтрузіі) аналогічний методу протягання за винятком того, що форма елементом тут є система роликів за формою виготовленого вироби. Обертові ролики дозволяють більш ефективно ущільнювати заготівлю, запобігати пошкодженню армуючого наповнювача і виготовляти профілі великого перерізу.
Формування методом обмотки (вікелевкі) широко застосовують при виготовленні труб і ін. Деталей, що мають форму тіла обертання або близьку до неї. Заготівлю деталі, виготовлену методами намотування або пошаровим викладки, покривають розділить. шаром, цулагах і обмотують з натягом декількома шарами нитки, джгута або ін. матеріалу, внаслідок чого і відбувається ущільнення матеріалу. Зусилля натягу нитки і інших матеріалів підбирається експериментально.
Для виготовлення виробів, до яких висувають підвищені вимоги по герметичності і стабільності розмірів, застосовують метод просочення під тиском. При цьому заготовку деталі формують з непросоченого (або частково просоченого) наповнювача на пуансоні методами пошаровим викладки або намотування. Після цього пуансон замикають з матрицею, а простір між ними герметизують. До верхньої частини замкнутого простору під'єднують вакуумну систему для видалення повітря з непросочені заготовки, а до нижньої-трубопровід, по якому під тиском до 3 МПа подається сполучна (рис. 14). Контроль просочення здійснюють по появі смоли на виході з форми. При виготовленні довгомірних деталей в процесі просочення виробляють вирівнювання тиску всередині просочується заготовки, для чого закривають вихідний отвір і витримують сполучна під тиском протягом певного часу; частина сполучного потім прокачується через заготовку. Після закінчення просочення вихід з форми перекривають і виробляють затвердіння деталі.
Рис. 14. Виготовлення виробів методом просочування під тиском: 1 -заготовки вироби; 2-пуансон; 3-матриця; 4-бак зі сполучною; 5-пастка; 6-термошкаф.