Активирование процессов взаимодействия компонентов композита на границе раздела фаз

Качество  смеси смолы и катализатора, качество ламината, содержание стеклообразующего  в ламинате очень зависят от квалификации рабочих.

Высокая вероятность  воздушных включений в ламинате.

Малая производительность метода.

Вредные условия  труда.

 

Метод напыления рубленного роввинга

 

Стеклонить  подается в ножи пистолета, где она  рубится на короткие волокна. Затем  они в воздухе смешиваются  с струей смолы и катализатора и наносятся на форму. После нанесения  рубленного роввинга, его необходимо прикатать с целью удаления из ламината воздушных включений. Прикатанный  материал оставляют отвердевать  при обычных атмосферных условиях.

 

Применяемые материалы:

Смолы: Прежде всего полиэфирные.

Волокна: Только стеклонить в виде роввинга (ровницы).

Наполнители: Любые, стойкие к стиролу. Укладываются вручную. 

 

Основные  преимущества:

Широко используется много лет.

Быстрый путь нанесения волокна и смолы.

Дешевые формы.

 

Основные  недостатки:

Ламинаты  имеют тенденцию быть очень богатыми смолой и поэтому чрезмерно тяжелыми.

Присутствуют  только короткие волокна, которые ограничивают механические свойства ламината.

Смолы должны быть с низкой вязкостью для возможности  их напыления. Это приводит к уменьшению их механических свойств и теплостойкости.

Вредные условия  труда, большое содержаний в воздухе  мелких частиц стекла.

Качество  конечного продукта в основном зависит  от мастерства оператора установки.

 

Метод RTM

 

Стеклоармирующий  материал укладывается на матрицу в  виде заранее заготовленных выкроек.  Затем  укладывается пуансон, который  прижимается к матрице при  помощи прижимов. Смола подается в  полость формы под рассчитанным давлением. Иногда, для облегчения прохода  смолы через материал используется вакуум, который создается внутри формы. Как только смола пропитала  весь стекломатериал, инжекцию останавливают  и ламинат оставляют в форме  до полного отверждения. Отверждение  может проходить при обычной  или повышенной температурах.

 

 

Применяемые материалы:

Смолы: эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные.

Волокна: Любые. Желательно использовать специально предназначенные  для этого стекломатериалы с  проводящим слоем и механически  связанными волокнами.

Наполнители: Любые стойкие к стиролу, кроме  материалов в виде сот.

 

Основные  преимущества:

Могут быть получены ламинаты с высоким содержанием  стекла и с минимальным содержанием  пустот.

Хорошие условия  труда и окружающей среды. Нет  большого выброса вредных веществ.

Возможно  сокращение трудовых затрат и времени  на изготовление изделия. Один рабочий  может обслуживать одновременно несколько аппаратов, производяших инжекцию.

Вся форма  изделия имеет глянцевую поверхность.

Минимизированы  отходы материалов.

 

Основные  недостатки:

Дорогие и  сложные формы.

Сложность процесса.

Необходимость иметь инжекционное оборудование.

 

Метод пультрузии

 

Волокна подаются от катушечной рамы до ванны со смолой и затем проходят через нагретую фильеру.  В фильере убираются  излишки смолы, происходит профилирование ламината и отверждение материала. После этого отвержденный профиль  автоматически обрезается на необходимые  длины.

 

Применяемые материалы.

Смолы: Эпоксидная смола, полиэфирная смола, винилэфирная смола.

Волокна: Любые.

Наполнители: Не используются.

 

Основные  преимущества:

Это может  быть очень быстрый процесс пропитки и отверждения материала.

Автоматизированное  управление содержанием смолы в  ламинате.

Недорогие материалы.

Хорошие структурные  свойства ламинатов, так как профили  имеют направленные волокна и  высокое содержание стекломатериала.

Закрытый  процесс пропитки волокна.

 

Основные  недостатки:

Ограниченная  номенклатура изделий.

Дорогое оборудование.

 

Метод намотки

 

Этот процесс  прежде всего используется для изготовления пустотелых круглых или овальных секционных компонентов, типа труб или  резервуаров. Волокна пропускаются через ванну со смолой, затем через  натяжные валики, служащие для натяжения  волокна и удаления излишков смолы. Волокна наматываются на сердечник  с необходимым сечением, угол намотки  контролируется отношением скорости движения тележки к скорости вращения.

 

Применяемые материалы:

Смолы: Любые.

Волокна: Любые, волокна подаются напрямую от рамы для катушек без дополнительного  сшивания в ткань.

Наполнители: Любые.

 

Основные  преимущества:

Это может  быть очень быстрый и поэтому  экономически выгодный метод укладки  материала.

Регулируемое  соотношение смола/стекло.

Высокая прочность  при малом собственном весе.

Неподверженность  коррозии и гниению 

Недорогие материалы 

Хорошие структурные  свойства ламинатов, так как профили  имеют направленные волокна и  высокое содержание стекломатериала.

 

Основные  недостатки:

Ограниченная  номенклатура изделий.

Дорогое оборудование.

Волокно трудно точно положить по длине сердечника.

Высокие затраты  на сердечник для больших изделий.

Рельефная лицевая  поверхность.

 

Метод RFI (Resin Film Infusion)

 

Сухие ткани  выкладываются вместе со слоями полутвердой  пленки из смолы. Весь полученный пакет  закрывается специальной пленкой. Сначала между пленкой и формой создается вакуум, после чего форму  помещают в термошкаф или автоклав. Под воздействием температуры смола  переходит в текучее состояние  и благодаря вакууму пропитывает  материал. После некоторого времени  смола полимеризуется.

 

Применяемые материалы:

Смолы: Только эпоксидная смола.

Волокна: Любые.

Наполнители: Почти все, хотя ПВХ пена нуждается  в специальной обработке из-за высоких температур процесса.

 

Основные  преимущества:

Могут быть получены ламинаты с высоким содержанием  стекла и с минимальным содержанием  пустот.

Высокие физико-механические характеристики из-за твердого начального состояния полимера и высоких  температур отверждения.

Более низкая стоимость процесса по сравнению  с методом препрегов.

Хорошие условия  труда и окружающей среды. Нет  большого выброса вредных веществ.

 

Основные  недостатки:

Мало применяется  вне аэрокосмической промышленности.

Для процесса необходима система вакуумного мешка, термошкаф или автоклав.

Требования  к оборудованию и инструменту  по температуростойкости.

 

Метод препрегов

Препрег - предварительно пропитанная смолами стеклоткань.

Ткани и волокна  предварительно пропитаны пред-катализированной смолой под высокой температурой и давлением. В таком виде препреги могут хранится до нескольких недель, однако для увеличения срока хранения, их хранят при пониженных температурах. Смола в препрегах находится  в полутвердом состоянии. При  формовании препреги укладываются на поверхность формы и закрываются  вакуумным мешком. Затем происходит их нагревание до температуры примерно 120 - 180 град.C  при этой температуре  смола переходит в текучие  состояние и препрег принимает  размеры формы. Далее при дальнейшем повышении температуры происходит отверждение смолы. Дополнительное давление (до 5 атмосфер) для формования обычно обеспечивается автоклавом.

 

Применяемые материалы:

Смолы: Эпоксидные, полиэфирные, фенольные и высокотемпературные  смолы типа полиимидных др.

Волокна: Любые.

Наполнители: Любые стойкие к температурам процесса.

 

Основные  преимущества:

Могут быть получены ламинаты с высоким содержанием  стекла и с минимальным содержанием  пустот.

Хорошие условия  труда и окружающая среда. Нет  большого выброса вредных веществ.

Возможность автоматизировать процесс и снизить  трудовые затраты.

 

Основные  недостатки: 

Высокая стоимост материалов.Для отверждения необходимы автоклавы, которые ограничивают размеры выпускаемых изделий.

4. Области использования композиционного материала

 Из стеклопластиков производят следующие изделия: оконные и другие профили, бассейны, купели, водные аттракционы,водные велосипеды, лодки, каноэ, рыболовные удилища, таксофонные кабины, кузовные панели и обвесы для грузовых и легковых автомобилей, электронепроводящие лестницы и штанги для работ в опасной близости от конструкций под напряжением.

Очень удобно, что стеклопластик  можно производить любой формы, цвета и толщины.

Стеклопластик - один из наиболее широко применяемых видов композиционных материалов. Из стеклопластиков в частности изготавливают трубы, выдерживающие большое гидравлическое давление и не подвергающиесякоррозии, корпуса ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), лодки, корпуса маломерных судов и многое другое. В США начало широкого применения конструкционных стеклопластиков было инициировано осуществлением программы "Поларис" во второй половине 1950-х годов - программы создания первой твердотопливной ракеты ВМФ США для подводного старта.

Трубы и трубчатые конструкции  получают намоткой пропитанного связующим (смола + отвердитель + модифицирующие добавки) стекловолокна, на вращающуюся  оправку (чаще всего стальную) с последующим  отверждением и распрессовкой (снятием  намотанной трубы со стальной оправки). Если диаметр трубы большой, то технически и экономически целесообразно использовать стеклопластиковую оправку.

Стойкость к действию химикатов  и эксплуатационные показатели стеклопластика продемонстрированы за прошедшие 60 лет  успешным использованием разнообразных  изделий из композитов в сотнях различных  химических сред. Практический опыт был  дополнен систематической оценкой  соединений, подвергнутых большому количеству химических сред в лабораторных условиях.

Стеклопластиковые корпуса моделей судов, самолётов, машин и т.п. можно вручную изготавливать из эпоксидного клея и стеклоткани в условиях кружка или детской мастерской, что довольно часто практикуется в домах детского творчества.

• напорные и безнапорные трубопроводы для транспортировки агрессивных жидкостей и сред;
• емкости — как горизонтальные, так и вертикальные — для хранения и транспортировки агрессивных жидкостей;
• желоба для подачи электролита;
• секции охлаждающих градирен, напорные коллекторы;
• газоотводящие стволы дымовых труб;
• скрубберы, абсорберы, циклоны, аппараты Вентури;
• колонные аппараты, регенерационные колонны, корпуса электрофильтров;
• травильные, гальванические и электролизные ванны;
• вентиляционные системы для удаления паров вредных веществ от технологического оборудования.

Заключение

 

Стеклопластики являются одним  из самых доступных и недорогих композиционных материалов. Основные затраты при производстве изделий из стеклопластика приходятся на технологическое оборудование и рабочую силу, затраты на которую велики за счет трудоемкости и больших временных затрат на производство. Соответственно, на данный момент изделия из стеклопластика проигрывают по цене изделиям из металла из-за трудоёмкого и длительного процесса выклейки стеклопластиковых деталей, что вызывает большие затруднения при массовом производстве. Наиболее выгодно использование стеклопластика при мелкосерийном производстве. Крупносерийное производство становится более выгодным при использовании вакуумного формования. Также выгодным может быть и контактное формование, в случае если цена рабочей силы невелика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Д. М. Карписон “Композиционные материалы” справочник, Киев Наукова думка 1985г.
2. Большая советская энциклопедия : В 30 т. Т 12\ ред. А. М. Прохоров. М., 1973г.
3. В.В. Васильев Композиционные материалы 1980г.
4. Справочник  Композиционные материалы
5. Лахтин Ю.М. , Леонтьев В.П. “Материаловедение. Учебник для высших учебных  заведений” 3е изд. М., 1990