Основные технологические процессы формообразования изделий из ПКМ

ПКМ – полимерный композиционный материал

Технологический процесс	Рекомендуемые компоненты ПКМ
Тип армирующего наполнителя	Тип связующего
Контактное формование: ручная выкладка     напыление автоматизированная выкладка Формообразование с эластичной диафрагмой: вакуумное вакуумно-автоклавное вакуумно-пресс-камерное   Формообразование давлением: пропитка под давлением пропитка в вакууме     Прессование в формах: прямое   литьевое     термокомпрессионное   Намотка: “мокрая”   “сухая”     Пултрузия     Предварительное формование заготовок и матов	Короткие волокна, ленты, ткани.   Маты. Ленты.     Ткани, маты, ленты.     Ткани, маты, ленты, короткие волокна.   Такни, ленты, маты.   Короткие волокна.     Такни, ленты, маты.     Нити, ленты, жгуты, ткани, пленки.     Препреги – нити, ленты, жгуты, ткани.   Нити, жгуты, тканные ленты, тканеплетеные заготовки.   Короткие рубленные волокна, нитевидные кристаллы.	Полиэфирные, эпоксидные, фенольные, фурановые, термопластичные.     Эпоксидные, полиэфирные, полиамидные, фенольные, полисульфон.     Полиэфирные, эпоксидные, фенольные, фурановые, полиамидные.     Полиэфирные, эпоксидные, фенольные, силиконовые, термопластичные.   Эпоксидные, полиэфирные, фенольные, полиимидные, термопластичные.     Термореактивные, Термопластичные.   Водные растворы этилового спирта, четыреххлористый углерод, полимерные связующие, органические жидкости.

Общая характеристика технологических процессов формообразования изделий из ПКМ.

Контактное формование.Процесс КФ заключается в послойной укладке заготовок из волокнистого наполнителя на форму вручную, напылением или с помощью специальных выкладочных центров. Пропитку заготовок можно осуществлять как на форме, так и предварительно, с последующим удалением пузырьков воздуха из межслойного пространства. Этим способом можно изготавливать изделия практически любых размеров, но достаточно простой конфигурации. В США этот метод называют “метод ведра и щетки” (busket and brush). Способ контактного формования имеет ряд недостатков, которые проявляются в условиях серийного производства. К ним относятся: значительный разброс показателей физико-механических свойств изделий, длительность процесса формования, тяжелые условия труда. Однако применение способа КФ для производства крупногабаритных изделий в небольших количествах считают экономически целесообразным, так как не требуется сложной и дорогостоящей технологической оснастки и оборудования.

Формообразование эластичной диафрагмой. Процесс заключается в том, что изделие вакуумируется в резиновом мешке и формуется под действием равномерного давления воздуха или смеси газов (в автоклаве), которое распределяется по всей поверхности изделия. Этот способ применяют для получения качественных изделий с высокими упругопрочностными характеристиками, поскольку процесс отверждения проходит при повышенных температурах, а внешнее давление уменьшает пористость и улучшает пропитку материала. К недостаткам способа относятся большие трудозатраты, энергозатраты, а также проблемы, связанные с выпуском крупносерийных партий изделий.

Формообразование давлением. Процесс осуществляется вакуумной пропиткой, или пропиткой под давлением связующим сухого армирующего материала, заложенного в форму. Эти способы формования применимы в основном для изготовления изделий, имеющих простую симметричную форму – днища, кожуха, конуса. Кроме того, трудность изготовления форм больших размеров, высокая стоимость оборудования ограничивают размеры изделий, изготавливаемых этим способом.

Прессование в формах открытого и закрытого типов. Методом прессования получают детали и узлы разнообразного назначения, формы и размеров, обладающие высокой механической прочностью и жесткостью. Существует две разновидности метода прессования: прямое и литьевое. Прямое горячее прессование рационально применять для изготовления деталей средней сложности, больших габаритов и массы; литьевое – для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации. К недостаткам этих способов относятся сравнительно низкие упругопрочностные характеристики материалов (особенно при литьевом прессовании) вследствие хаотичного расположения коротких волокон, армирующих материал, а также необходимость использования дорогостоящих прессформ.

Намотка. Процесс заключается в укладке нити, жгута, ленты или ткани на вращающуюся или неподвижную оправку, и отверждения изделия на ней. Существует множество способов укладки: спиральная намотка, закатка, продольно–поперечная, по геодезическим линиям, хордовая, обмотка неподвижной оправки и т.д. Совершенство процесса изготовления изделий методом намотки определяет возможность его автоматизации и механизации. Намоткой изготавливают: трубы, резервуары, обечайки, различные пустотелые профили, используя достаточно простую технологическую оснастку. При намотке однонаправленных лент, жгутов, нитей получают изделия с максимальными физико-механическими показателями. Для изготовления наиболее ответственных изделий осуществляют намотку сухих препрегов (“сухая” намотка). При этом, как правило, используют связующие горячего отверждения. К недостаткам этого метода следует отнести неравномерность распределения связующего по толщине стенки намоточного изделия и определенные трудности при съеме изделий с оправки (особенно при длине оправки более 2 м).

Пултрузия. В технологическом процессе ориентация волокон в профилях различных сечений осуществляется методом протяжки, согласно которому собранные в жгут волокна с нанесенным связующим протягивают через клинообразную нагретую фильеру, где происходит уплотнение и отверждение материала. Поскольку при этом исключается выдержка материала под давлением, то в процессе пултрузии используют, как правило, расплавы смол, не содержащие растворителей (эпоксидные, полиэфирные). В соответствии с этим методом, можно формовать различные профили из непрерывных нитей или жгутов, и получать изделия с максимальными значениями прочности при растяжении и изгибе вдоль оси протяжки. Для улучшения пропитки и смачивания жгута, обычно используют две фильеры (формообразующую и калибровочную), расположенные после ванны со связующим.

Предварительное формование заготовок и матов. Различают следующие методы предварительного формования заготовок и матов: приточное насасывание; распыление; центробежная фильтрация; отлив пульпы. Независимо от выбранных способов, процессы предварительного формования заготовок и матов можно считать примерно одинаковыми, различие состоит лишь в подготовке материалов (до формования) и сложности получаемых изделий. Этим способом получают предварительно отформованные заготовки, близкие по форме к детали, а также маты, которые в дальнейшем перерабатываются в изделия.