7.6 Методы формования изделий из полимерных композитов
7.6.1 Принципы формования изделий из полимерных композитов на термопластичной матрице
Вышеуказанные трудности замены термореактивных связующих на термопластичные в последние годы успешно решаются. Разработаны и применяются принципиально новые способы производства однонаправленных волокнистых термопластичных композитов и формования изделий из них анизотропной структуры, так называемые анизотропные волокнистые композиты (АВК) с термопластичной матрицей.
Компоненты (гранулы термопласта, непрерывные волокна) |
Совмещение (пропитка) |
Препрег |
Формообразование
|
Изделия |
Рис. 7.11 Схемы получения изделий из однонаправленных термопластичных препрегов
Технологии получения однонаправленных термопластичных волокнистых композитов (препрегов) в виде лент и стренг и производства из них изделий различной геометрии – пултрузии профилей, намотки тел вращения, укладки роликом и прессования при формовании плоских изделий (пласт-формование) можно представить в виде следующей схемы (рис. 7.11).
В целом технологический процесс состоит из двух стадий. Первая стадия – получение препрега в виде лент или стренг путем пропитки волокнистого наполнителя, например стеклоровинга, в пропиточной головке расплавом термопласта, нагнетаемым экструдером. Вторая стадия, сопряженная с первой, – формообразование изделия и консолидация материала, т.е. деформирование и соединение лент препрега или стренг, приводящие к получению плотной и прочной структуры композита.
Среди непрерывных технологий производства композитов на основе термопластов пултрузионная технология. Она наименее энергоемка, более экономична и пригодна для одностадийных (on-line) процессов совмещения компонентов и формообразования изделия. При одностадийной пултрузии профильные изделия формируются в результате консолидации (сплавления) системы стренг, полученных после протягивания через пропиточную головку, в пултрузионной головке, в которой профилируется однонаправленный профиль. Также в режиме on-line можно получать тела вращения (трубы, цилиндрические изделия) и плоские изделия укладкой препрега роликом.
Разработаны и предложены для применения принципиально новые способы производства термопластичных композитов и формования изделий из них, например, волоконная ипленочная технологии. По первой технологии из термопластичного суперконструкционного связующего сначала получают волокна, которые затем смешивают с волокнами армирующего материала.
По второй технологии получают пленки, которые выкладывают или наматывают поочередно с лентой армирующего материала. Далеке полученный препрег (пакет или изделие) прессуют при высокой температуре. Связующее плавится и проникает между волокнами, превращаясь в полимерную матрицу.
Для преодоления технологических трудностей, связанных с высокой вязкостью расплавов термопластов, применяют:
либо их модификацию олигомерными соединениями, снижающие вязкость расплава и улучшающие технологичность;
либо предварительно обрабатывают армирующий материал небольшим количеством низковязких термореактивных смол, что позволяет склеивать волокна внутри нитей и в других местах, куда не могут проникать высоковязкие термопласты.