книги / Новые материалы и технологии.-1

• литьевым, когда загрузочная камера отделена от фор­ мообразующей полости, камера заполняется сырьем, нагревает­ ся и состав в вязкотекучем состоянии под давлением подается (продавливается) в формообразующую полость.

Существует также прессование с предварительной вы­ кладкой тканевых заготовок в виде препрега.

Прямое прессование применяется для изготовления дета­ лей с простыми формами, с плавными криволинейными поверх­ ностями, а прессование с предварительной выкладкой - для из­ готовления изделий в форме листа, плиты, а также крупных тонкостенных деталей с криволинейной поверхностью. Литье­ вое прессование рационально при изготовлении армированных изделий сложной конфигурации, с тонкими стенками и точными размерами. Особенно эффективно литьевое прессование в мас­ совом производстве деталей из композитов.

Рассмотрим подробнее прямое прессование. Различают прессование: с высоким давлением (Р > 4 МПа) и с низким дав­ лением (Р < 4 МПа); «горячее» (при температуре 150... 180 °С), высокотемпературное (200...210 °С), «холодное» (при 20 °С). При прессовании используют различные виды сырья:

•ткань (например стеклоткань), пропитанную связующим;

•порошкообразный пресс-материал;

•таблетированный пресс-материал.

Стеклоткань предварительно пропитывают связующим на пропиточной машине. Рулон стеклоткани устанавливают в ма­ шину, протягивают ткань через ванну со связующим, далее под­ сушивают (удаляют испаряющиеся растворители) и наматывают на приемный барабан. Скорость получения полуфабрикатапрепрега около 8 м/мин. Полученная ткань - препрег сохраняет

эластичность и способность деформироваться, легко формуется в изделие. Из препрега нарезают заготовки (салфетки) нужной формы и размеров. Если размеры заготовок небольшие и деталь будет плоской, то заготовки выкладывают на столе в пакет, а за­ тем его укладывают на матрицу, установленную в прессе. При больших размерах и сложных формах поверхностей деталей, за­ готовки выкладывают прямо на матрицу. Число салфеток опре­ деляет толщину композита.

Другая разновидность сырья - пресс-материалы. Они со­ стоят из армирующего и связующего компонентов, добавок, придающих специальные свойства, красителя, пластификатора, смазки и др. Связующее включает в себя смолу, отвердитель и катализатор. Изготавливают пресс-порошки различных марок (около 15 наименований) с широкой гаммой свойств. Получают их на специальных установках, отличающихся высокой произ­ водительностью. Размеры частиц порошка (гранул) 0,2...0,5 мм; они быстро отверждаются (З...5 мин), что обеспечивает высо­ кую производительность формования. Помимо порошка прессматериал выпускают в виде таблеток (это основная форма сы­ рья-полуфабриката), они более удобны в использовании. Полу­ чают таблетки на таблеточных машинах в широком ассортимен­ те: от 20...25 до 230 мм диаметром и до 100 мм высотой.

Пресс-порошки и таблетки делают на основе различных смол (добавляют армирующие элементы и наполнители):

•фенолформальдегидной (для волокнистого материала АГ-4-В);

•карбамидной (с древесной мукой, целлюлозой, асбесто­ вым волокном);

•полиэфирной (с рублеными волокнами, алюминиевым порошком, аэросилом, сажей и др.);

•эпоксидной, или и кремнийорганической (с асбестом, стекловолокном, кварцем).

Технология прессования включает в себя:

•подготовку сырья, его дозировку;

•предварительный подогрев сырья вне формы;

•засыпку сырья в форму, сборку формы;

•собственно прессование;

•термическую обработку (отверждение);

•съем детали.

Основными технологическими параметрами прессования являются:

•температура (150...210 °С);

•давление (5... 10 МПа);

•время отверждения (3...8 мин).

Предварительно сырье вне зоны формования нагревают, чтобы сократить время последующих операций формования и отверждения. В массовом производстве предварительный нагрев целесообразно осуществлять токами высокой частоты, это со­ кращает время последующих переделов примерно в 2 раза.

При заполнении полости формы нагретой пресс-массой давление повышают плавно. Затем форму окончательно закры­ вают, и идет отверждение КМ. После этого форму размыкают, и давление в ней резко падает. Затем форму раскрывают и снима­ ют изделие. Для изделий с кремнийорганическим связующим назначают дополнительную термообработку, снимают остаточ­ ные напряжения.

Основное оборудование, применяемое для этой техноло­ гии, это прессы - простые, полуавтоматы и автоматы, с номи­ нальным усилием от 100 (малые прессы) до 6300 кН, со скоро­ стью рабочего хода ползуна от 10 до 2,5 мм/мин соответственно.

можно изучить по учебному пособию [1], где они подробно рас­ смотрены. Перечисленные способы в основном применяют для получения крупногабаритных изделий в авиационной, ракетной, космической отраслях промышленности.

4.3. Экструзия

Экструзией называется процесс непрерывного формования изделий продавливанием вязкотекучего полуфабриката (компо­ зиционного состава) через формующий канал мундштук опреде­ ленной геометрической формы.. Эта технология применима для получения длинномерных тонкостенных, деталей, имеющих форму стержня (профили, трубы и т.п.) со сравнительно неболь­ шим поперечным сечением, а также форму листа. Сырье приме­ няется в виде порошков и гранул. В качестве связующего в них используются термопластичные полимеры, а армирующего эле­ мента (или наполнителя) - мелкие частицы асбеста, стеклово­ локна, кварца и т.п. Данная технология эффективна примени­ тельно к серийному и массовому производству.

В экструзионном процессе нет химических реакций, в нем только последовательные смены физического состояния: снача­ ла переход из твердого состояния (порошка или гранул) в вязко­ текучее (расплав), а затем вновь в твердое состояние (изделие), после выхода из мундштука.

Формование этим способом осуществляется на специаль­ ных установках - экструзерах. На рис. 14 показана схема экструзера червячного типа.

Сырье (порошок или гранулы) засыпают в бункер, далее оно непрерывно поступает на вращающийся червяк, перемеща­ ется между червяком и гильзой и проталкивается к мундштуку.

Рис. 14. Схема экструзера червячного типа: 1 - ох­ ладитель; 2 - нагреватель; 3 - мундштук; 4 - про­ фильное изделие; 5 - корпус; 6 - нагреватель; 7- червяк; 8 - загрузочный бункер; 9 - сырье

По мере движения масса прогревается. Отверстия мундштуков

могут быть различными, в зависимости от профиля изделия

(круглое, щелевое и т.д.) Процесс формования обеспечивается за

счет правильно выбранных технологических параметров:

•значений температуры по длине гильзы и мундштука;

•величины давления в зоне экструзии;

•скорости продвижения массы по длине экструзера.

Взоне загрузки полимерного связующего температура должна быть ниже температуры его размягчения, чтобы избе­ жать налипания. Для полиэтилена это температура 50...60 °С. По длине червяка температура массы постепенно повышается за счет нагревателей, и в зоне мундштука она достигает 180...200 °С, а давление около 3 МПа. Мундштук достаточно длинный, это позволяет качественно отформовать сечение бу­ дущего изделия и обеспечить понижение температуры. На вы­ ходе из мундштука температура материала должна быть ниже температуры расплавления, чтобы композит выходил затвер­ девшим. Далее следует охлаждение на воздухе или в ванне с водой.

Для реализации технологии используются различные ти­ пы экструзеров, от малоемкого ЧП 20x25 до самого мощного ЧП 200x25. Их технические характеристики приведены в табл. 3.

Таблица 3

	Технические характеристики экструзеров
Тип	Диаметр	Скорость Мощность			Мощность	Произво­
экстру-	червяка,	червяка,		электро­	нагрева­	дитель­
зера	мм	об/мин		двигателя	теля	ность,
ЧП				кВт		кг/ч
	20	5...50			1,5	6
20x25				1,5
ЧП		00	О 00		120	400
200x25	25			200

Рассмотрим в качестве примера экструзию полимерных труб. Технология изготовления труб представляет собой непре­ рывный процесс, состоящий из ряда последовательных опера­ ций. Этот процесс осуществляют на экструзерах типа АТП и АТ. В табл. 4 приведены технические характеристики двух ма­

рок оборудования (малой и большой мощности).

					Таблица 4
	Экструзеры для производства полимерных труб
	Тип	Диаметр	Потребляе­	Производи­	Длина
		получаемых	мая мощ­	тельность,	экстру­
	экструзера
	АТП 20-1	труб, мм	ность, кВт	кг/ч	зера, м
		<10	6,8	9	10,8
	АТ 2-125-	<400	84	203	28
	125/400

протягивают через ванночку со связующим, а затем далее из этого полуфабриката формируют профиль-сечение будущего изделия с помощью направляющих роликов, матрицы предвари­ тельного формообразования и обогреваемой пресс-формы окон­ чательного формования и последующего отверждения.

1

2

3

4

5

6

7

8

а

С L • О I Л

б

Рис. 15. Схема пультрузионной установки (а) и виды продукции (сечение профилей) (б); 1 - армирующий материал; 2 - ванночка со связующим; 3 - направ­ ляющие ролики; 4 - формующая матрица; 5 - обогре­ ваемая пресс-форма; 6 - печь термообработки; 7 - тя­ нущее устройство; 8 - устройство для резки профиля;

9 - накопитель готовых изделий

Второй способ отличается от первого тем, что предвари­ тельно, на отдельном устройстве, формируют профиль из сухих жгутов (нитей и т.п.), а затем этот армирующий полуфабрикат заряжают в пультрузионную установку, непрерывно протягива­ ют, пропитывают связующим непосредственно в формообра­ зующей фильере (а не в ванночке, как в 1-м способе) и далее ве­ дут процесс по схеме, показанной на рис. 15. Предварительное формирование сухого полуфабриката осуществляют на ткацком станке, шнуроплетельной машине или специальном устройстве.

В пультрузионных устройствах применяют различные способы отверждения композита: