2. Характеристика и классификация методов формования изделий из полимерных

композитов на основе термореактивных связующих

Методы изготовления изделий из полимерных композитов на термореактивной матрице разнообразны по аппаратурно-технологическому оформлению. Это обусловлено особенностями исходных материалов, формой и размерами изделий, а также требованиями, предъявляемыми к материалу изделий.

При классификации методов формования выделяют основные и вспомогательные процессы. К вспомогательным относятся производства рулонных материалов (холсты, ленты, ткани), тканных и нетканных объемных заготовок изделий, предварительная пропитка жгутов, лент, ровингов, рулонных волокнистых материалов, а также производство литьевых и прессовочных композиций (препрегов).

Основные технологические процессы, или собственно методы формования разделяют на методы открытого и закрытого типа. При открытом формовании одна из поверхностей изделия оформляется жесткой поверхностью формы, вторая же поверхность остается свободной, либо оформляется резиновой диафрагмой или других гибких элементов. К открытым способам относят контактное формование, напыление, намотка и др.

При закрытом формовании обе поверхности изделия формуются жесткими элементами формы. Отличительной особенностью методов закрытого формования является строгое соблюдение толщины стенки изделия и высокое качество обеих поверхностей. К таким методам относятся прессование, пропитка под давлением в замкнутой форме, протяжка (пултрузия).

Вид армирующего наполнителя в значительной степени предопределяет выбор метода формования. Непрерывное волокно, нити, жгуты, ленты используются при намотке; рубленное и штапельное волокно – при напылении и предварительном формовании волокнистых заготовок изделий; холсты и ткани используются в основном при контактном формовании, прессовании и пропитке под давлением.

Технологический процесс изготовления изделий из армированных пластиков, несмотря на большое разнообразие самих методов формования, состоит из нескольких основных стадий:

• подготовка связующего и наполнителя;

• совмещение связующего и наполнителя;

• собственно формование изделий;

• отверждение связующего (структурообразование матрицы).

Высокая стоимость изделий, имеющие к тому же довольно большие габариты, требует организации тщательного контроля ведения технологического процесса и качества изделий. Оборудование для производства изделий и армированных пластиков разнообразны в конструктивном отношении, поскольку оно отражает специфику методов формования, вид армирующего наполнителя. Как правило, из полимерных композитов формуются на специальном оборудовании. Однако используются и стандартные гидравлические пресса и литьевые машины.

При любом методе формования изделия из полимерных композитов на основе термореактивных связующих укладку волокнистого наполнителя можно проводить “мокрым” и “сухим” способами. При использовании связующих, не содержащих растворителя, формование осуществляется по мокрому способу, т.е. на форме укладывается волокнистый наполнитель (ткань, маты, холсты), который пропитывается жидким связующим. Если связующее содержит растворитель, то формование можно производить как мокрому, так и сухому способу.

Процесс формования крупногабаритных изделий при мокром способе состоит из следующих операций:

 раскрой ткани, мата или холста;

 приготовление связующего;

 укладка наполнителя на форму (получение пакета заготовки);

 нанесение связующего и пропитка им пакета;

формование изделия с одновременным его отверждением при комнатной температуре или нагреве;

 распрессовка изделия;

 механическая доработка изделия;

 отделка (покраска или лакирование).

Иными словами при мокром способе (контактное формование и напыление) происходит одновременно формование макроструктуры наполнителя в изделии и его пропитка связующим.

В методах прессования, намотки, контактно-вакуумного, автоклавного формования используется предварительно пропитанные наполнители, т.е. применяется сухой способ формования. В этом случае собственно операция формования связана только с формованием макроструктуры наполнителя и уплотнением композиции в форме. Каждый из методов “мокрого” и “сухого” формования имеет свои преимущества и недостатки.

Применение мокрого способа целесообразно в производстве изделий сложных форм (т.к. сухой пропитанный наполнитель плохо выкладывается в форме), при производстве малого количества крупногабаритных изделий и большого количества изделий сравнительно небольших размеров.

В остальных случаях целесообразно применять сухой метод, при котором наполнитель предварительно пропитывается на пропиточных машинах. Для облегчения укладки пропитанного наполнителя на форму его можно нагревать для придания эластичности или укладывать на нагретую форму. Для этой же цели сухой пропитанный наполнитель смачивают легколетучим растворителем. При сухом способе отпадает необходимость в высушивании материала при укладке в форму, как в мокром способе. Сухой способ применяется более широко.

Давление формования в различных методах варьируется от 0 до 30 МПа.

Без давления осуществляется формование в методах контактного формования и напыления. Локальное уплотнение материала производится в основном при помощи прикатывающих валиков, которые предназначены в основном для удаления пузырьков воздуха из формуемого материала.

К формованию с малым давлением (до 2,5 МПа) относятся методы намотки, центробежного литья и уплотнения при помощи резиновой диафрагмы (последний метод модификация контактного формования). При пропитке наполнителя в замкнутой форме на формующем инструменте может развиваться давление до 7 МПа, значительная доля которого определяется необходимостью сжатия пакета наполнителя до нужной толщины.

При переработке пресс-композиций методом компрессионного и литьевого прессования давление составляет от 8 до 30 МПа. Виды и типы волокнистых пресс-материалов, технология прессования изделий из них подробно изложена в монографиях В.Г. Дедюхина и В.П. Ставрова [41, 43].