24.Оборудование для изготовления изделий из стеклопластиков: методы формования изделий из стеклопластиков. Оборудование для производства стеклохолстов и объемных стекловолокнистых заготовок.

Армирование полимеров высокопроч­ными волокнами позволяет значитель­но улучшить их прочностные и деформативные свойства, увеличить тепло­стойкость и изменить в необходимом направлении некоторые другие свойст­ва получаемых композиционных ма­териалов. Наибольшее практическое применение получили материалы на основе полиэфирных, эпоксидных, фенольных и кремнийорганических смол. В качестве армирующих наполнителей используют стеклянные, асбестовые, хлопковые волокна. Наибольшее рас­пространение получило стеклянное во­локно, в связи с чем эти материалы и называют стеклопластиками. В по­следние годы для повышения жестко­сти материалов применяют волокна на основе углерода, бора, карбидов металлов.

Формование изделий из стеклоплас­тиков имеет особенности, связанные с введением армирующего наполнителя Его совмещение со связующим может осуществляться как в процессе формо­вания изделий, так и предварительно, причем самому наполнителю форму будущего изделия можно придавать до совмещения со связующим. Много­образие видов стекловолокнистого на­полнителя и методов формования из­делий требует внимательного подхода к их выбору для каждого конкретного изделия. В настоящее время известно более 20 методов формования.

Классифицируя методы формова­ния, следует прежде всего выделить основные и вспомогательные техноло­гические процессы. К вспомогатель­ным процессам относятся производст­ва стекловолокнистых рулонных мате­риалов (холсты, ленты и ткани) и объемных (тканых и нетканых) за­готовок изделия, а также производст­ва литьевых и прессовочных компози­ций и предварительно пропитанных рулонных материалов.

Рулонные стекловолокнистые мате­риалы широко применяют в качестве наполнителей для формования круп­ногабаритных изделий из стеклоплас­тиков. Однако применение таких мате­риалов связано со значительными за тратами труда при ручной сборке объемной заготовки из отдельных кусков. Объемные нетканые и тканые стекловолокнистые заготовки более предпочтительны при крупносерийном производстве, а также в случаях, ко­рда к материалу изделий предъявля­ются жесткие требования.

Стекловолокнистые объемные заго­товки пропитывают связующим в про­цессе формования изделия (обычно методами прессования или пропитки в замкнутой форме). Литьевые и прес­совочные композиции представляют собой смеси рубленого стекловолокнистого наполнителя со связующим. В зависимости от типа последнего и метода получения композиции могут представлять собой гранулированный, пастообразный или волокнистый мате­риал, пригодный для переработки на прессах и литьевых машинах.

Ткани и холсты, предварительно пропитанные связующим, как и пресскомпозиции, пригодны для формования изделий, поскольку содержат и наполнитель и связующее.

При производстве таких материалов стеклоткани пропитывают связующим на пропиточных машинах, аналогич­ных используемым в производстве бу­мажных слоистых пластиков. Смеси­тельное оборудование, применяемое для производства прессовых и литье­вых композиций, в основном является традиционным. В связи с этим в на­стоящей главе не рассматривается оборудование для производства прессовых и литьевых композиций, а также предварительно пропитанных рулонных материалов.

Основные технологические процессы или собственно методы формования могут быть классифицированы в об­щем случае как методы открытого и закрытого формования. При открытом способе формования одна из поверх­ностей изделия оформляется в контак­те с жесткой поверхностью формы, другая поверхность обычно остается свободной или формуется с помощью резиновой диафрагмы или других гиб­ких элементов. К открытым способам относятся контактное формование, на­пыление, намотка, центробежное литье и ряд других методов, являю­щихся разновидностями указанных. При использовании методов закрытого формования обе поверхности изделия формуются жесткими элементами формы так, что толщина стенки изделия может быть выдержана с высокой точностью. При этом вся поверхность изделия обычно не требует дополни тельной механической обработки. К таким способам относятся, напри­мер, прессование, пропитка наполните­ля в замкнутой форме и др.

Более детально основные методы формования можно классифицировать по давлению формования, которое в зависимости от особенностей метода может изменяться от 0 до 70 кгс/см2. По мере возрастания давления формо­вания методы располагаются в такой последовательности: контактное фор­мование и напыление, центробежное формование, намотка, формование с помощью эластичной диафрагмы, про­питка наполнителя в замкнутой фор­ме, прессование. Несколько особое по­ложение занимают методы протяжки и наслаивания, так как их используют для получения профилей и листов, причем формование осуществляется в процессе прохождения калибрующего отверстия или системы формующих валиков.

Метод центробежного формования используют для производства труб; при этом развиваемое за счет центро­бежных сил давление обычно невели­ко и составляет 0,2—0,5 кгс/см2. Сле­дует особо выделить также специфи­ческий для стеклопластиков метод намотки, применяемый для формова­ния труб и изделий оболочкового типа (например, емкостей с узкой горлови­ной), которые трудно или невозмож­но получить другими методами. Дав­ление формования, развиваемое за счет технологического натяжения на­матываемого наполнителя, часто яв­ляется недостаточным, его увеличива­ют обычно за счет наружной (или внутренней) опрессовки. Изделия типа корпусов лодки или легкового автомо­биля можно изготовлять методами контактного формования или напыле­ния (возможно дополнительное уплот­нение эластичной диафрагмой), а также методами пропитки наполните­ля в замкнутой форме и прессованием.

По этому показа­телю— вне конкуренции метод кон­тактного формования. Поэтому не случайно, несмотря на низкую произ­водительность, метод контактного формования является одним из основ­ных методов производства изделий из стеклопластиков.

Многообразие наполнителей и свя­зующих, их широкие технологические возможности позволяют получать из стеклопластиков изделия различных размеров и формы. Поскольку одной из важнейших задач при формовании изделий из стеклопластиков является получение заданной структуры напол­нителя по всему объему изделия, фор­мующее оборудование классифициру­ют с учетом специфических особеннос­тей введения волокнистого наполните­ля. В связи с этим целесообразно рас­смотреть следующие группы оборудо­вания: машины для производства стеклохолстов и объемных стекловолокнистых заготовок, технологическая оснастка и оборудование для контакт­ного формования и напыления, а так­же для формования под давлением, намоточные станки и машины для центробежного литья, машины для производства листов и профилей.

Оборудование для производства стеклохолстов и объемных стекловолокнистых заготовок

Процессы получения стеклохолстов и предварительного формования объемных заготовок различаются только конструктивным исполнением, ибо формование холстов — процесс непре­рывный, а формование заготовок — периодический. При использовании рубленого волокна и те, и другие ус­тановки должны иметь устройства: режущее, для осаждения рубленого волокна на перфорированную поверх­ность формы, для нанесения неболь­шего количества связующего, для теп­ловой обработки сформированного холста или заготовки. Установки для производства холстов обычно являют­ся составной частью агрегатов для по­лучения плоских и гофрированных листов, а установки предварительного формования обычно работают совме­стно с крупногабаритными прессами низкого давления.

Стеклохолсты являются наиболее дешевыми и удобными волокнистыми наполнителями для формования изде­лий из стеклопластиков. Стеклохол­сты, изготовляемые из рубленых или непрерывных нитей, в зависимости от типа связки (химической или механи­ческой) подразделяют на жесткие и мягкие. В жестких холстах сцепление стеклянных волокон осуществляется за счет небольших добавок связующе­го (3—10%), которое в процессе изго­товления холста используют в жид­ком и порошкообразном виде. Схема получения жесткого холста из рубле­ных стеклянных нитей приведена на рис. 1, а-ХШ. Жгуты из стеклянного волокна 1 с бобин поступают в режу­щее устройство 2. Полученные отрезки жгутов захватываются воздушным по­током разбиваются на отрезки пер­вичных нитей и осаждаются на перфо­рированную сетку конвейера 4, перемешающегося в камере 3. Из про­странства под лентой воздух откачи­вается мощным вентилятором 5. В некоторых типах машин рубленое волокно осаждается на перфорирован­ную поверхность вращающегося бара­бана. Сформированный стеклохолст опрыскивается связующим из форсу­нок 6, проходит тепловую обработку в камере 7, а затем формующие валки 8. В качестве химической связки нахо­дят применение также полимерные во­локна, которые вводятся в состав фор­мируемого холста и после тепловой обработки на спрессовывающих вал­ках обеспечивают надежное сцепление стеклянных волокон. Механически связанные мягкие хол­сты получают сшиванием на специаль­ных машинах. В этом случае рубленое волокно осаждается на тонкую под­ложку, а затем сформированный холст прошивается специальными иглами, которые протаскивают отдельные нити через материал подложки. В качестве подложки можно использовать стеклосетку, хлопчатобумажную марлю, тонкий жесткий холст.

При производстве стеклохолстов из непрерывных нитей холст форми­руется с помощью специального устройства, которое обеспе­чивает раскладку непре­рывных нитей поперек движущейся конвейернойленты. Процесс производ­ства таких холстов может быть одностадийным, т. е. в одном агрегате можно совместить про­цессы получения стекло­ волокна и формирования холста. Сушка сформированного жесткого хол­ста осуществляется в су­шилках туннельного типа с воздушным, газовым или инфракрасным подо­гревом. Высушенный стеклохолст проходит спрессовывающие валки, где устанавливается окончательная толщина холста. Усилие на вал­ках достигает 600 кгс. После охлажде­ния холст попадает на контрольный стол с подсветкой и далее на намоточ­ное устройство, предварительно прой­дя устройство для продольной обрез­ки кромок.

Приводные станции установок для производства холстов обеспечивают автоматический режим работы. Все приборы контроля и управления рабо­той установок обычно сосредоточены на общем пульте и дают оператору все необходимые сведения о режиме работы. Жесткие холсты выпускают шири­ной до 2,7 м; масса 1 м2 таких холстов может изменяться от 0,12 до 2 кг. Ширина мягких холстов до 1 м, масса 1 м2 — от 0,6 до 1,5 кг.