Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Мая 2015 в 13:17, доклад
Вопрос: как сделать стеклопластик методом напыления? Суть метода изготовления стеклопластика напылением состоит в следующем: на подготовленную определённым способом оснастку (матрицу) наносится защитно-декоративный слой - гелькоут. Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия из стеклопластика. Гелькоуты имеют широкую палитру цветов, поэтому внешний вид изделия из стеклопластика может иметь практически любой цвет. После высыхания гелькоута происходит изготовление стеклопластика (напыление). Последний этап - прикатка еще не отвержденного стеклопластика (ламината) жестким валиком для удаления пузырьков воздуха из него. После отверждения стеклопластика, готовое изделие из стеклопластика извлекается из формы и подвергается механообработке: обрезка облоя - излишков стеклопластика или отвержденной полиэфирной смолы по краям изделия; высверливание отверстий и т. д.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерный факультет Кафедра технической химии и материаловедения
ДОКЛАД
Производство стеклопластиковых изделий
Уфа – 2015
Изготовление стеклопластика Вопрос: как сделать стеклопластик методом напыления? Суть метода изготовления стеклопластика напылением состоит в следующем: на подготовленную определённым способом оснастку (матрицу) наносится защитно-декоративный слой - гелькоут. Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия из стеклопластика. Гелькоуты имеют широкую палитру цветов, поэтому внешний вид изделия из стеклопластика может иметь практически любой цвет. После высыхания гелькоута происходит изготовление стеклопластика (напыление). Последний этап - прикатка еще не отвержденного стеклопластика (ламината) жестким валиком для удаления пузырьков воздуха из него. После отверждения стеклопластика, готовое изделие из стеклопластика извлекается из формы и подвергается механообработке: обрезка облоя - излишков стеклопластика или отвержденной полиэфирной смолы по краям изделия; высверливание отверстий и т. д. Вопрос «Как сделать стеклопластик?» возникает обычно после того, как предварительно установлено назначение стеклопластика, то-есть получение стеклопластика какого типа требуется для производства конкретных изделий. Дело в том, что стеклопластик цена которого зависит от многих факторов (включая оборудование для стеклопластика, производство стеклопластика с учётом технологии его получения, формирования макроструктуры стекловолокнистого наполнителя, а также влияния масштабного и геометрического факторов изделий), имеет различные эксплуатационные характеристики, если получение стеклопластика связано с использованием различных методов его производства. Стеклопластик, цена которого сравнительно невысока, а оборудование для стеклопластика и используемая технология не выставляют особо высоких требований к размерам получаемых изделий, изготавливают обычно открытым способом (напыление, намотка, контактное формование и др.). Стеклопластик цена которого сравнительно высока и выставляется требование строгого соблюдения размеров получаемых изделий, изготавливают обычно методом закрытого формования (прессование, пропитка под давлением в замкнутой форме, протяжка) Пистолет фиброполимерный Задача «как сделать стеклопластик» рассматривает по аппаратурно-технологическому оформлению производство стеклопластика в конкретных производственных условиях и получение стеклопластика в химико-технологическом аспекте учитывая особенности исходных материалов, используемое оборудование для стеклопластика на основе требований, предъявляемых к форме, размерам изделий и к материалу изделий. Решение задачи «как сделать стеклопластик» используя производство стеклопластика методом напыления заключается в одновременном напылении на поверхность формы рубленого волокна и связующего и позволяет обеспечить получение стеклопластика с довольно высокой производительностью процесса при сравнительно невысокой стоимости изделий в сравнении с другими методами изготовления изделий из стеклопластиков. Производство стеклопластика методом напыления имеет особенно важное значение, когда к получаемому материалу выставляется требование одинаково высоких значений физико-механических свойств во всех направлениях. Подготовка формы (матрицы) Производство стеклопластика включает в себя тчательную подготовку форму. Хорошо подготовленая форма - ключ к получению высококачественных продуктов. Форма должна быть вычищена и с нее нужно тщательно удалить пыль. Нанесите разделительный воск и отполируйте форму. Нанесение разделительного слоя делается в несколько слоев, давая подсохнуть предыдущему слою в течение 10-15 минут. После этого мягкой неворсистой тряпкой аккуратными движения произвести полировку антиадгезионного слоя. При производстве стеклопластика следует помнить, что все изъяны на антиадгезионном слое будут видны на гелькоуте. В новой форме необходимо использовать разделительную пленку для улучшения расформовки. Также можно предусмотреть и другие варианты расформовки, например с помощью воздуха или места для вбивания клиньев и др. В помещении, где готовятся и хранятся литейные формы, не следует проводить никакой пыльной работы. Подготовка формы Применение гелькоутов Гелькоут – это декоративно защитное покрытие, наносимое на полиэфирные композиции (полимербетон, ламинат и т.д.). Гелькоут наносится для предания изделию необходимого цвета и блеска, а также обеспечивает надежную защиту от внешнего воздействия. Гелькоут - это покрытие на основе ненасыщенного полиэфира, которое обеспечивает армированным пластиковым изделиям блеск, надежную защиту от внешнего воздействия, долговечность поверхности и необходимый цвет. Правильное нанесение гелькоута является ключевым фактором получения в итоге привлекательного и высококачественного продукта. Гелькоут может наноситься
кистью или распылением. Последние усовершенствования
технологий изготовления гелькоута и
оборудования для распыления привели
к заметному росту использования распылительных
методов нанесения. Независимо от способа
нанесения рекомендуется использовать
гелькоуты специально предназначенными
для конкретного метода. Нанесение гелькоута слишком тонким слоем может привести к неполному его отверждению и проступанию структуры армирующего волокна сквозь ламинатную основу. Нанесенный тонким слоем гелькоут также подвержен воздействию растворителя, выделяющегося из смолы, используемой в последующем слое ламината, что может привести к образованию складок на его поверхности. Если гелькоут нанесен слишком толстым слоем, то он может расколоться или растрескаться и является более чувствительным к ударным повреждениям, особенно с обратной стороны ламината. Поверхность неравномерно нанесенного гелькоута отверждается с различной скоростью. Это является причиной возникновения напряжений в смоле, могущих привести к растрескиванию или, в случаях с окрашенными гелькоутами, к неоднородности наружной поверхности и водным разводам. Как только гелькоут в достаточной степени отвердился, следующим шагом процесса контактного формования является нанесение ламинатной основы. Простым тестом на определение степени отверждения гелькоута является легкое прикосновение чистым пальцем к его поверхности. Если поверхность на ощупь немного липкая, но палец остается чистым, то это значит, что гелькоут готов к ламинированию, к которому необходимо приступить в течение пяти часов. Формование напылением
Несмотря на то, что в данном случае подразумеваются определённые затраты на закупку специализированного оборудования для производства стеклопластика, технология производства стеклопластика напылением имеет ряд преимуществ перед технологией производства стеклопластика ручным формованием. При напылении отпадает необходимость в предварительном раскрое стеклоткани или стекломата и приготовлении смеси полиэфирная смола - отвердитель, резко сокращается доля ручного труда при производстве изделия из стеклопластика. Оборудование для стеклопластика напылением автоматически осуществляет жёсткую дозацию полиэфирной смолы и отвердителя, рубку ровинга (жгут из нитей непрерывного стекловолокна) на части заданных размеров (чопсы, длина 1 - 6 см). При таком производстве стеклопластика отсутствуют отходы полиэфирной смолы, характерные для приготовления смеси полиэфирная смола - отвердитель вручную. После рубки части стекловолокна попадают в струю полиэфирной смолы из распылительного пистолета и пропитываются ею во время переноса на матрицу. Оборудование для стеклопластика значительно облегчает работу. На долю ручного труда остаётся уплотнение стеклопластика в матрице прикаточным валиком. Доля ровинга в ламинате должна составлять 30-45% наполнителя( полиэфирной смолы с отвердителем. Преимущества технологии производства стеклопластика напылением:
Качество конечного изделия из стеклопластика в основном зависит от мастерства оператора установки по производству стеклопластика напылением. Производство стеклопластика методом формования с помощью эластичной диафрагмы. Стеклопластики являются композитными материалами на основе полимерного связующего и стекловолокнистого наполнителя. Армирование полимерного связующего стекловолокнистым наполнителем повышает прочностные и деформативные свойства получаемых материалов, увеличивает их теплостойкость, позволяет целенаправленно изменять другие эксплуатационные характеристики. Эти изменения свойств получаемых стеклопластиков определяются свойствами исходного полимерного связующего и стекловолокнистого наполнителя, соотношением содержания связующего и наполнителя в композиции, ориентацией волокна. При производстве стеклопластиков с заданными свойствами используется взаимосвязь между структурными параметрами композиции (содержанием и ориентацией наполнителя) и параметрами технологического процесса производства изделий. Технологические приёмы и методы формирования макроструктуры стекловолокнистого наполнителя определяются как видом наполнителя, так и геометрической формой и размерами изделий. Операция пропитки волокнистого наполнителя связующим является определяющей в технологии и аппаратурно-технологическом оформлении процесса производства стеклопластика. Наиболее простым по аппаратурно-технологическому оформлению является метод контактного формования изделий из стеклопластиков, применяемый при изготовлении крупногабаритных изделий сложной конфигурации. При контактном формовании происходит одновременно формование макроструктуры стекловолокнистого наполнителя в изделии и пропитка стеклонаполнителя связующим. По этому методу при послойной укладке стекловолокнистого наполнителя на поверхность формы производится пропитка наполнителя связующим с помощью кисти или распылительного пистолета. После этого, для удаления воздуха и уплотнения материала, формуемое изделие прикатывают рифлёным валиком. Недостатком технологии по методу контактного формования являются большие трудности регулирования содержания наполнителя в материале изделия. К формованию с малым давлением
относится производство стеклопластика
на основе метода формования с использованием
уплотнения с помощью эластичной диафрагмы,
который является фактически модификацией
метода контактного формования при изготовлении
изделий из стеклопластиков. При изготовлении стеклопластиков по этому способу используется специальное оборудование, учитывающее технологические свойства стеклонаполнителя и связующего, форму и размеры изделий, специфику метода формования с помощью эластичной диафрагмы. Как сделать стеклопластик методом прессования. Введение наполнителей разных размеров и структур в полимеры позволяет получать полимерные композиционные материалы, различающиеся структурой, физико-механическими свойствами, позволяет в широких пределах регулировать технологические свойства (вязкость, теплопроводность) полимеров. Эффективность введения наполнителя оценивается направленным изменением комплекса технологических и эксплуатационных свойств композиционных материалов. Наибольшее разнообразие свойств наполненных полимеров удаётся получить при производстве стеклопластиков, где используется полимерная матрица и стекловолокнистый наполнитель. Методы производства изделий из стеклопластиков многочисленны и довольно разнообразны по аппаратурно-технологическому оформлению, что обусловлено особенностями исходных материалов, формой и размерами изделий, особенностями используемых технологий. Как сделать стеклопластик и избежать появления разнотолщинности и при этом получать изделия с высоким качеством поверхности. Метод прессования получил распространение в практике, поскольку является высокопроизводительным и осуществляется в основном на серийно выпускаемом оборудовании (гидропрессах). Основной технологический процесс (прессование) характеризуется формованием закрытого типа, когда обе поверхности изделия формуются жесткими элементами формы. Отличительной особенностью метода является строгое соблюдение толщины стенки и высокое качество обеих поверхностей изделия. Технология прессования включает укладку на пуансон (на нижней плите пресса) требуемого количества слоёв наполнителя, добавление необходимой дозы связующего, смыкание формы с распределением связующего по всей полости формы и равномерной пропиткой наполнителя, избыток связующего выдавливается из полости формы через зазор между пресс-кантами. Перед прессованием сложных изделий предварительно изготавливают объёмные заготовки. Для этого жгут с упаковок подают в режущее устройство, из которого рубленые стеклонити направляют на перфорированную форму, контуры которой повторяют контуры будущего изделия. Одновременно из пистолета-распылителя подаётся связующее, необходимое для связывания стекловолокна между собой. Полученную заготовку после термообработки снимают с формы. Как сделать стеклопластик с использование нетканых стекловолокнистых заготовок, полученных методом предварите6льного формования? Это достигается за счёт того, что при прессовании препрегов (предварительно пропитанных материалов) под давлением 20 …90 кгс/см2 подвижностью обладает как связующее, так и рубленый стекловолокнистый наполнитель. Метод прессования изделий из стеклопластиков близок к обычному методу прессования реактопластов, а специфические особенности его учитываются в конструкции самих прессов и формующего инструмента. Так, в конструкции пресса предусматривается система регулирования скорости и давления смыкания пресса, что важно, когда связующее вводится локально и пропитывает наполнитель в процессе смыкания формы. Как сделать стеклопластик методом прессования. Введение наполнителей разных
размеров и структур в полимеры позволяет
получать полимерные композиционные материалы,
различающиеся структурой, физико-механическими
свойствами, позволяет в широких пределах
регулировать технологические свойства
(вязкость, теплопроводность) полимеров.
Эффективность введения наполнителя оценивается
направленным изменением комплекса технологических
и эксплуатационных свойств композиционных
материалов. Наибольшее разнообразие
свойств наполненных полимеров удаётся
получить при производстве стеклопластиков,
где используется полимерная матрица
и стекловолокнистый наполнитель. Производство изделий из стеклопластиков методом пропитки под давлением в замкнутой форме. «Композитные материалы» представляют собой композиции из двух или более химически однородных материалов, образующих единое целое. Среди конструкционных композитных материалов важное место принадлежит стеклопластикам –композитному материалу на основе различного типа стекловолокнистых наполнителей (стеклянной ткани, стеклянного волокна и т.д.) и полимерных связующих. Хотя свойства исходных компонентов играют решающую роль в формировании высоких упруго-прочностных свойств стеклопластиков, при создании этих материалов встаёт проблема совместимости компонентов и правильного соединения компонентов исходя из условия совместимости их деформаций. Поэтому выбор оптимальной технологии получения стеклопластика должен учитывать как химико-технологические аспекты проблемы, так и изменение свойств этого материала при изменении типа полимерной матрицы и состава стекла, при изменении ориентации армирующих элементов, при создании определённого характера геометрической укладки элементов в пространстве. Одним из используемых в технологической практике способов производства изделий из стеклопластиков является метод пропитки под давлением в замкнутой форме. Он позволяет получать изделия высокого качества без воздушных включений. Метод используется для формования различных оболочек, корпусных изделий, кузовов машин, емкостей и т.д. Наиболее эффективен для изготовления крупных и средних серий изделий. Получаемые изделия имеют стабильные эксплуатационные характеристики. Метод пропитки под давлением относится к методам закрытого формования стеклопластиков, то-есть в этом случае обе поверхности изделия формуются жесткими элементами формы. Это обеспечивает строгое соблюдение заданной толщины стенки изделия и высокое качество обеих поверхностей. В качестве армирующего наполнителя используются в основном холсты и ткани. Технология пропитки под давлением в замкнутой форме заключается в следующем. Непропитанный сухой наполнитель выкладывают послойно на пуансон и затем пуансон и матрица смыкаются, обеспечивая герметичность полости. Далее в полости формы создаётся разрежение, в результате чего связующее, поступающее из вспомогательного бака, пропитывает наполнитель. Величина остаточного давления в форме при этом достигает 0,1 …0,2 кгс/см2. Давление сжатого воздуха во вспомогательном баке со связующим позволяет регулировать интенсивность пропитки. Обычно величина давления сжатого воздуха составляет 3 …5 кгс/см2. Время пропитки является одним из важнейших параметров технологического процесса производства стеклопластиков и оно должно быть меньше времени жизнеспособности связующего. Время пропитки зависит от габаритов и формы изделия, плотности стекловолокнистой заготовки, характера ориентации волокон относительно направления движения связующего при пропитке, вязкости связующего. Существенное влияние оказывает также расположение источников питания и стока связующего. При нескольких источниках питания и стоках связующего, расстояния между ними для различных частей формы выбирают примерно одинаковыми на всех участках. Процесс пропитки считается законченным, когда из центрального штуцера будет выходить смола без воздушных пузырьков. После выравнивания давления по всей полости формы закрывают периферийные штуцеры, промывают коммуникации, проводят отверждение связующего. Производство изделий из стеклопластиков с использованием при формовании метода намотки. Стеклопластики представляют собой композитные материалы на основе различного типа стекловолокнистого наполнителя (стеклянной ткани, стеклянного волокна и т.п.) и полимерных связующих. При формировании высоких упруго-прочностных свойств стеклопластиков большое внимание уделяется свойствам исходных компонентов, совместимости компонентов и их правильного соединения, исходя из условия совместимости их деформаций. Поэтому при выборе оптимальной технологии получения стеклопластика учитывают физико-химические аспекты проблемы, изменение характеристик стеклопластика при изменении типа полимерной матрицы и состава стекла, изменение ориентации армирующих элементов, создание определённого характера геометрической укладки элементов в пространстве. Одним из способов формования, используемых в технологии производства из стеклопластиков изделий оболочкового типа (предпочтительно имеющих форму тел вращения), является метод намотки. Метод намотки позволяет использовать в качестве стеклонаполнителя жгуты, ленты, нити с формированием ориентированной структуры наполнителя и максимальной прочности изделий. Метод намотки при производстве изделий из стеклопластика используется в авиа- и ракетостроении для формования корпусов ракет и ракетных двигателей, элементов фюзеляжей самолётов, в химической промышленности для изготовления аппаратов, емкостей, трубопроводов. При использовании формования методом намотки изделия могут иметь большие размеры (например, объёмом более 60 м3 при изготовлении железнодорожных цистерн). Технология изготовления изделий из стеклопластиков методом намотки заключается в намотке стекложгута, пропитанного связующим, на вращающуюся оправку. Для обеспечения определённой ориентации жгута на поверхности оправки, скорость перемещения раскладчика наполнителя (отжимных валиков) согласуется со скоростью вращения оправки. Содержание компонентов в композиции регулируется также отжимными валками. Отверждение намотанной на оправку заготовки проводится термообработкой либо в специальных камерах, либо за счёт нагревателей, размещенных на самой оправке. Формование из стеклопластика оболочковых изделий с вогнутой наружной поверхностью (например, днища) выполняется на надувной выпуклой оправке с последующей опрессовкой в жесткой форме по наружному контуру. В случае намотки оболочек двойной кривизны особое внимание уделяют точности укладки стекловолокнистых нитей на поверхности формы. При производстве стеклопластиковых труб метод формования намоткой позволяет полностью механизировать технологический процесс и сделать его непрерывным. Такие трубы имеют гладкую внутреннюю поверхность и характеризуются высокими прочностными показателями. Для формования стеклопластиков используются намоточные станки различных конструкций. Наиболее простую конструкцию имеют станки с вращающейся оправкой и возвратно-поступательно движущимся раскладчиком, с которого наполнитель поступает на оправку. В станках планетарного типа раскладчик вращается в плоскости, почти совпадающей с осью оправки, при этом оправка вращается с очень малой скоростью. В станках для формования небольших изделий, оправка вращается в двух плоскостях, при этом раскладчик остаётся неподвижным. Конструкции используемых оправок для производства изделий из стеклопластиков методом намотки разнообразны: от простых труб и стержней до сложных разборных оправок (в случае намотки нецилиндрических оболочек с поперечными размерами до 10 м). При этом оправка должна удовлетворять основным требованиям: иметь возможность лёгкого удаления с неё готового изделия, должна обеспечивать заданную точность размеров и чистоту поверхности изделия. Производство труб из стеклопластиков методом центробежного формования. Стеклопластики являются композитными материалами на основе полимерных связующих и стекловолокнистых наполнителей. Стеклопластики отличаются от обычных пластмасс высокими упруго-прочностными свойствами. Высокие значения упруго-прочностных характеристик стеклопластиков достигаются за счёт выбора оптимального типа матрицы и состава стекла, их правильного соединения исходя из условия совместимости их деформаций, учёта ориентации армирующих элементов, создания определённого характера геометрической укладки элементов в пространстве. Методы производства изделий из стеклопластиков разнообразны и это обусловлено особенностями свойств исходных материалов, различием формы и размеров изделий, особенностями используемых технологий. Одним из способов формования, используемых при изготовлении изделий из стеклопластиков, является метод центробежного формования. Центробежное формование используется в производстве труб из стеклопластиков. В этом случае, как правило, одновременно с трубой из стеклопластика оформляются соединительные элементы (в частности, резьбовые). Технология центробежного формования изделий из стеклопластиков включает два этапа. На первом этапе производится уплотнение наполнителя на стенках вращающейся формы, на втором этапе выполняется заливка связующего. Связующее подают (в зависимости от размеров трубы) либо равномерно по всей длине формы, либо с одного или двух концов формы. Связующее распределяется по всей поверхности формы под действием центробежных сил. Время пропитки является одним из важнейших параметров процесса, так как скорость подачи связующего в форму и скорость перемещения фронта пропитки вдоль оси формы должны быть такими, чтобы время пропитки было меньше времени жизнеспособности связующего. При этом время пропитки зависит от размеров трубы, характера ориентации волокон наполнителя относительно направления движения связующего, вязкости связующего. Машины для изготовления труб из стеклопластика методом центробежного формования разнообразны и отличаются в основном системой опорного устройства для центробежной формы. Используются стальные центробежные формы как разъёмные по оси, так и неразъёмные. Разъёмные формы позволяют легко снимать изделия, но сложны в обслуживании. Снятие изделий с неразъёмных форм не представляет больших трудностей, однако использование в технологии операции нанесения промежуточного слоя затрудняет использование такого процесса в практике. Более рациональной считается конструкция формы для бесцентрового формования с системой съёма, где крепление съёмных фланцев осуществляют с помощью центробежных затворов. Производство изделий из стеклопластиков с использованием при формовании метода протяжки. Для получения композиционных материалов с высокими эксплуатационными свойствами выбирают полимерные матрицы различных типов. Используемые полимерные связующие отличаются хорошей адгезией к большинству наполнителей, армирующих компонентов и подложек, а также уникальным сочетанием свойств, отвечающих различным областям применения. Вместе с тем, комплекс эксплуатационных характеристик композитных материалов направленно изменяют путём использования различных армирующих систем, в том числе стекловолокнистых наполнителей. Вид армирующего наполнителя предопределяет выбор метода формования изделий из стеклопластиков. Стекловолокно в виде нитей, жгутов и лент используется при намотке; рубленое волокно используется при напылении и предварительном формовании заготовок; стекловолокно в виде холстов и тканей используется при пропитке под давлением, контактном формовании, прессовании. Совмещение связующего с волокнистым наполнителем проводят обычно непосредственно при формовании изделия. Более редко используют предварительно совмещенную формовочную композицию, либо предварительно пропитанные холсты и ткани. Стеклопластики с ориентированной структурой имеют анизотропные свойства. Получение необходимого соотношения свойств стеклопластиков в различных направлениях является одним из основных достоинств этих композиционных материалов. Наиболее высокие значения упруго-прочностных показателей могут быть получены в направлении армирования. Однако такие стеклопластики с однонаправленным расположением волокна используются в сравнительно ограниченных областях применения, поскольку изделия из стеклопластиков при эксплуатации чаще находятся в сложном напряженном состоянии. Методом протяжки могут быть получены изделия из стеклопластиков в виде труб и различных профилей. Технология формования методом протяжки включает ряд операций: пропитка стекловолокнистого наполнителя связующим; протяжка через отверстие определённой формы (с одновременным отжатием избытка связующего и уплотнением наполнителя); формование по определённому профилю; отверждение при последующей термообработке в термокамере. Для перемещения формуемого профиля используются тянущие валки. Применяют метод протяжки преимущественно для получения изделий с однонаправленным расположением стекловолокна, подверженным значительным сжимающим нагрузкам (в частности для использования в качестве шахтной крепи). Для улучшения свойств профиля в поперечном направлении комбинируют использование методов протяжки и намотки. Формуемый профиль имеет в структуре композиции продольно расположенные нити и может протягиваться через калибровочное отверстие. Перекрёстно намотанные нити повышают поперечную прочность. Производство изделий методом протяжки используется в строительстве для изготовления из стеклопластиков гофрированных и плоских листов. |
Нурия [Выберите дату] |