книги из ГПНТБ / Детали из стеклопластика в судовом машиностроении

Сухой остаток (или концентрация лака) определяется путем сушки навески лака в термостате при температуре 100 ± 2° С до постоянного веса. Концентрация лака увеличивается при длительном хранении из-за улетучивания растворителя (спирта), поэтому отсут­ ствие контроля за данной характеристикой часто приводит к нару­ шению соотношения между компонентами.

Для определения содержания сухого остатка бакелитового лака

Скорость полимеризации определяется на полимеризационной плитке, нагретой до температуры 150 ± 5° С (ГОСТ 901—56). Для изготовления эпоксифенольных стеклопластиков рекомендуется при­ менение бакелитового лака со скоростью полимеризации в пределах 80—115 с. Уменьшение скорости полимеризации до 50—60 с сви­ детельствует о частичной поликонденсации резольной смолы, след­ ствием чего является снижение ее активности. Применение баке­ литового лака с пониженной реакционной способностью приводит к недоотверждению и ухудшению физико-механических свойств стеклопластика. Для определения скорости полимеризации бакели­ тового лака от контролируемой партии берут навеску около 1г, взве­ шивают с точностью до 0,01 г и помещают на центральную часть ме­ таллической плитки диаметром 150 мм, предварительно нагретой до 150 + 2° С. В момент нанесения лака на плитку пускают секундомер, стеклянной палочкой лак равномерно распределяют по площади 50X50 мм и непрерывно перемешивают. Когда лак начнет загусте­ вать, из него стеклянной палочкой периодически (с интервалами 3—5 с) вытягивают нити. Секундомер останавливают в момент, когда нити, потеряв способность удлиняться, обрываются. Время, про­ шедшее с момента нанесения лака на плитку до момента обра­ зования разрывающихся нитей, принимают за скорость полимери­ зации.

Допускаемые нормы по сухому остатку и скорости полимеризации для бакелитового лака приведены в табл. 4.

Триэтаноламин N (СН2СН2ОН)3 по внешнему виду представляет прозрачную, вязкую жидкость. Он получается при взаимодействии водного раствора аммиака с окисью этилена. Триэтаноламин удобен в обращении, нетоксичен, легко смешивается со смолой.

Триэтаноламинтитанат по внешнему виду представляет темную, вязкую жидкость. Гигроскопичность у триэтаноламинтитаната зна­ чительно ниже, чем у триэтаноламина, что позволяет получать стек­ лопластики с высокими прочностными характеристиками. Отвержде­ ние триэтаноламинтитанатом происходит без выделения побочных продуктов, мало зависит от второстепенных факторов, что значи-

18

тельно упрощает технологию пропитки стеклоткани и прессования изделий.

Дициандиамид (ГОСТ 6988—54) применяется в качестве ускори­ теля реакции полимеризации для эпоксирезольных связующих, у которых основным отвердителем является фенолформальдегидная смола. Нормы расхода дициандиамида относительно невелики (1% от веса связующего), однако его влияние на качество стеклопластика является существенным. Перед началом работы с дициандиамидом необходимо проверить его влажность. Для определения влажности 3 г тонкорастертого дициандиамида взвешивают в стаканчике с точностью до 0,0002 г и высушивают при температуре 100—105° С до постоян­ ного веса.

Содержание влаги (в %) (нормы см. в табл. 4) вычисляют по фор­

лоткани может повыситься содержание влаги выше допустимых норм (не более 0,1%). Влага в процессе пропитки стеклоткани удаляется плохо, и это приводит к тому, что технологические качества прессматериала резко ухудшаются. В частности, опыт переработки этих материалов показывает, что повышенное содержание влаги вызывает снижение механических свойств изделия, замедляет процесс поли-

Меризации, приводит к образованию пузырей и трещин в изделии, а также ухудшению его внешнего вида (возрастает прилипаемость к пресс-форме).

Необходимо непосредственно перед пропиткой стеклоткани про­ изводить проверку ее влажности. Влажность стеклоткани опреде­ ляется методом высушивания до постоянного веса в сушильном шкафу или кондиционном аппарате. При высушивании в сушильном шкафу навеска принимается равной 3— 10 г, а при высушивании в конди­ ционном аппарате — около 200 г; точность взвешивания соответ­ ственно 0,001 и 0,1 г.

Вычисление влажности стеклоткани (в %) производится по фор­

где GB — навеска стеклоткани до высушивания, г; GCT— навеска стеклоткани после высушивания, г.

По изложенной технологии процесс высушивания продолжается 10—12 ч непрерывно и требует выполнения ряда последовательных взвешиваний. Такой контроль влажности трудоемок. Существующие

внастоящее время экспресс-методы и влагомеры не позволяют с до­ статочной точностью и быстротой контролировать твердые тела в диа­ пазоне 0—0,1—0,2% относительной влажности, как это необходимо

вслучае аппретированных стеклотканей.

Для контроля армирующего стеклонаполнителя изготовлен ана­ литический прибор — измеритель влажности стеклоткани типа ИВС-4 [36], действующий по принципу кулонометрического опре­ деления влажности газа, предварительно высушенного, а затем про­ пущенного через камеру с контролируемым образцом стеклоткани, в которой происходит его увлажнение. Для измерения влажности стеклоткани непосредственно в рулоне неразрушающим методом был использован новый диэлькометр с кварцевым преобразователем [13]. Прибор состоит из измерительного блока и соединенного с ним гиб­ ким кабелем датчика игольчатого типа. В корпусе датчика имеются вакуумный кварцевый резонатор на 300 кГц и подстроечный кон­ денсатор. Питание влагомера осуществляется от сухого элемента типа КБС-4,5 или трех элементов типа «Сатурн», включенных после­ довательно. Электрическая схема прибора выполнена на полупровод­ никовых элементах с применением печатного монтажа.

П р оп и т о ч н ы й л а к. Он приготовляется предприятиемизготовителем изделий непосредственно перед переработкой. Срок хранения пропиточного лака не более 15 суток. При приготовлении пропиточного лака контролируются следующие показатели: вяз­ кость, содержание сухого остатка, скорость полимеризации, удель­ ный вес (табл. 5).

Пропиточный лак состоит из эпоксидной смолы, отвердителей, пластифицирующих добавок и соответствующих растворителей. Приготовление пропиточного лака может осуществляться в специаль­ ном смесителе с обогревом и мешалкой. К эпоксидной смоле, разо-

20

Таблица 5

Допускаемые нормы контролируемых параметров для различных пропиточных лаков

гретой до температуры 60—70° С, добавляется расчетное количество растворителя; смесь интенсивно перемешивается до полного раство­ рения эпоксидной смолы, затем добавляется отвердитель. Напри­ мер, при приготовлении пластифицированного эпоксидно-феноль­ ного связующего в разогретую смолу вводится добавочный отверди­ тель дициандиамид.

Определение вязкости эпоксидного лака производится с помощью вискозиметра ВЗ-4. Перед каждым определением вязкости резервуар вискозиметра тщательно промывают растворителем, применяемым для растворения эпоксидных лаков, затем его высушивают воздухом или ополаскивают петролейным или этиловым эфиром. Сопло вис­ козиметра просматривают на свет и, если это необходимо, дополни­ тельно промывают растворителем. Испытуемый эпоксидный лак тщательно перемешивают и оставляют в покое в течение 5—10 мин для выхода пузырьков воздуха. Под вискозиметр ставят сосуд вме­ стимостью не менее НО мл. Отверстие сопла закрывают и заполняют испытуемым эпоксидным лаком в уровень с краями, температура должна быть точно +20° С. Открывают отверстие сопла и одновре­ менно с появлением жидкости из сопла пускают секундомер. Се­ кундомер останавливают в момент первого появления прерывающейся струи эпоксидного лака. Время в секундах, затраченное на истече­ ние эпоксидного лака из вискозиметра, является вязкостью этого лака. Допускаемые нормы вязкости для различных лаков приведены

загустевает, из него стеклянной палочкой периодически вытягивают нити. Секундомер останавливают в момент, когда нити, потеряв способность удлиняться, обрываются. Время, прошедшее с момента нанесения лака на плиту до момента образования разрывающихся нитей, принимают за скорость полимеризации лака.

21

Для контроля содержания сухого остатка берут навеску 2—5 г испытуемого эпоксидного лака и помещают в термостат, имеющий температуру 100 ± 5° С. Лак сушат при этой температуре до по­ стоянного веса, затем охлаждают в эксикаторе и взвешивают с точ­ ностью до 0,01 г.

Удельный вес эпоксидных лаков определяется с помощью стек­ лянного денсиметра типа Ш а (ГОСТ 1300—57).

Параметры пропитки. Пропитка стеклоткани связующим может быть осуществлена смолой или ее раствором. При использовании для пропитки смолы без растворителя композиции смол должны иметь невысокую вязкость, что достигается применением низковяз­ ких смол, пластификаторов либо разбавителей. Однако для этого метода пропитки характерны малая возможность механизации, токсичность производства. Кроме того, введение различных разба­ вителей и пластификаторов, как правило, приводит к снижению прочности и водостойкости стеклопластиков.

Пропитка стеклоткани раствором эпоксидной смолы и отверди­ теля в соответствующем растворителе позволяет механизировать эту операцию.

Пропитка стеклоткани связующим производится в специальных пропиточных машинах, оборудованных сушильными камерами с регу­ лируемой температурой. По конструктивному исполнению пропи­ точные машины подразделяются на две группы: вертикальные и. горизонтальные. Для пропитки стеклоткани более широко исполь­ зуются машины вертикального типа, при этом исключается прови­ сание полотна в шахте и связанное с ним неравномерное распределе­ ние связующего.

В процессе пропитки стеклоткани необходимо периодически (через каждые 60—70 м) производить контроль технологического процесса по следующим показателям: содержание связующего, со­ держание летучих, содержание растворимой части связующего.

С о д е р ж а н и е с в я з у ю щ е г о . При контроле содержа­ ния связующего берут навеску пресс-материала около 1 г, взвеши­ вают в тигле на аналитических весах и прокаливают в муфельной печи до постоянного веса.

Содержание связующего (в %) определяется по формуле

С ев = аі X 1 0 0 - - hаі. X С з —- сл, (6 )

где а± — навеска пресс-материала до сжигания, г; bt — навеска пресс-материала после сжигания, г; С3 — содержание замасливателя в стеклоткани, %; С„ — содержание летучих, % (см. формулу

(10)).

Для создания средств автоматического контроля содержания связующего был выбран для данного технологического процесса прямой метод измерения — метод материального баланса, исклю­ чающий многочисленное влияние таких факторов, как непостоянство электрофизических свойств связующего и стеклонаполнителя, изме­ нение геометрических размеров материала и т. д., присущих кос­

22

венным методам контроля [29]. Суть выбранного метода заключается в измерении количества связующего, унесенного участком ткани определенной, наперед заданной длины.

Содержание связующего в каком-либо участке пропитанной стеклоткани (в %) определяется соотношением

где РсВ— весовое содержание связующего; Ртк— вес участка стек­ лоткани.

При известной концентрации связующего Рсв = РпК, где Рп — вес пропиточного лака, унесенного из пропиточной ванны данным участком ткани; К — коэффициент концентрации пропиточного лака. >тк = gL, где g — вес погонного метра ткани; L — длина участка ткани.

С учетом последних выражений

Если длину L отрезка стеклоткани принять за единицу, то при постоянных в процессе пропитки концентрации связующего и веса метра ткани процентное содержание связующего в пропитанном материале будет определяться величиной веса пропиточного лака, унесенного из пропиточной ванны (Яп). На этом принципе была раз­ работана система автоматического контроля и регистрации про­

С о д е р ж а н и е р а с т в о р и м о й ч а с т и с в я з у ю ­ щ е г о . Для контроля растворимой части связующего берут образец пропитанной стеклоткани размером 100x100 мм, взвешивают на технических весах и помещают в ацетон (для материала СТЭР) или в спирто-ацетоновую смесь 1 : 1 (для материалов СТЭТ-1, СТЭТ-2, СТЭТ-3, СТЭТ-1-А, СТЭТ-З-А) на 15 мин, затем высушивают в тер­ мостате до удаления растворителя и вновь взвешивают.

Содержание растворимой части связующего (в %) определяется

где а 2— вес образца до растворения, г; Ь2— вес образца после растворения и сушки; г; Ссв — содержание связующего в образце, %.

С о д е р ж а н и е л е т у ч и х . При контроле содержания ле­ тучих берут навеску пресс-материала, взвешивают на аналитических весах и помещают в термостат при температуре 105° С на 30 мин.

Содержание летучих (в %) рассчитывается по формуле

23

П р и м е ч а н и е . І. В виде исключения допускается изготовление прессматериала с повышенным содержанием связующего до 40% и летучих до 1,8% для пресс-материала СТЭР и до 1,0% для пресс-материала СТЭТ-2. Стеклоткань, при ­ меняемая при изготовлении пресс-материала, должна иметь влажность не более 0,1%. Проверка влажности производится непосредственно перед пропиткой.

где а3— навеска пресс-материала до сушки; г; Ь3— навеска прессматериала после сушки, г.

Для контроля содержания летучих веществ неразрушающим методом используется прибор, состоящий из измерительного блока и соединенного с ним гибким кабелем датчика скользящего типа [13].

режимом сушки и высотой сушильной шахты. Скорость протяжки для каждой машины подбирается опытным путем, исходя из требо­ ваний обеспечения норм, указанных в табл. 6.

Определение скорости протяжки производится посредством за­ мера числа оборотов приемного валика тахометром и диаметра нама­ тываемого рулона. Скорость протяжки стеклоткани (в м/мин) рассчи­

24

Контроль и регулирование температуры в сушильной шахте осуществляются автоматически с помощью электронных потенцио­ метров типа ЭПП, серийно выпускаемых отечественной промышлен­ ностью. Электронные самопишущие потенциометры и уравновеши­ вающие мосты с записью на ленточной диаграмме предназначены для измерения, записи и регулирования электрических и неэлектри­ ческих величин (э. д. с., температуры и др.).

Потенциометры работают в комплекте с одной или несколькими термопарами стандартных градуировок или с одним или несколькими датчиками. Уравновешивающие мосты работают в комплекте с одним или несколькими термометрами сопротивления стандартных градуи­ ровок. Показания приборов отсчитываются при помощи указателя на шкале и записываются на ленточной диаграмме. В одноточечном приборе запись осуществляется точками и рядом с ними стоящими цифрами, указывающими номера датчиков.

Технологический режим прессования. Процесс прессования со­ стоит из раскроя, процесса укладки материала в пресс-форму, ре­ жима прессования.

Раскрой пропитанного материала производится вырезкой вручную. Для разметки используют шаблоны из листовых материалов (гетинакс, фанера, алюминиевые сплавы и др.). Для разрезки про­ питанной стеклоткани на ленты применяются станки различных конструкций [22].

При раскрое контролируются ориентация шаблонов относи­ тельно основы стеклоткани, точность вырезки заготовок по контуру шаблона, количество заготовок, общая навеска.

Шаблоны основных заготовок при наложении на стеклоткань должны ориентироваться так, чтобы осевая линия изделия совпадала с основой ткани. При этом отклонения не должны превышать ±10°. Шаблоны дополнительных и малых номеров основных заготовок

где /іш — толщина слоя прессуемой детали по данному шаблону (за­ дается чертежом раскроя); Д/г— толщина пропитанной стеклоткани; Ф — коэффициент упрессовки пресс-материала (определяется экс­ периментально).

Для определения коэффициента упрессовки из данной партии пресс-материала прессуется контрольный образец толщиной 5— 10 мм при удельном давлении 100 ± 10 кгс/см2 и замеряется его толщина. Величина коэффициента упрессовки рассчитывается по формуле

25

ГДе ho6— толщина контрольного образца; гіоб— количестйо за­ готовок стеклоткани в контрольном образце. Определенное расчетом количество заготовок далее корректируется на основании контроль­ ных отпрессовок.

При прессовании серийных деталей из одной партии пресс-мате­ риала заготовки комплектуются по общей навеске. Допускаемые отклонения по установленному весу не более ±3%, при этом кор­ ректировка навески должна производиться за счет равномерного из­ менения количества заготовок по каждому шаблону. При дробном числе корректировка осуществляется в шахматном порядке. При переходе на новую партию пресс-материала или при изменении от­ дельных его компонентов (смолы или стеклоткани) производится новое определение коэффициента упрессовки.

Степень уплотнения пресс-материала зависит в значительной степени от качества пропитки и от выбора технологического режима. Если пресс-материал при пропитке частично отвержден выше уста­ новленной нормы, то его текучесть при температуре размягчения резко падает. При этом наблюдаются значительно меньшее выделение смолы при подаче давления и повышенное содержание газовых вклю­ чений в изделии. Аналогичное явление имеет место также и при позд­ ней подаче давления в пресс-форму. Это приводит к появлению повы­ шенной пористости в изделиях.

Перед началом укладки материала проверяют состояние прессформы, навеску и порядок раскладки заготовок. Пресс-форму тща­ тельно очищают от остатков предыдущей запрессовки. На оформ­ ляющих поверхностях пресс-формы должно быть антиадгезионное покрытие на основе кремнийорганической смазки, например К-21 (МРТУ6-02-457—68). Качество смазки проверяется визуально. Сма­ занные поверхности должны быть гладкими и не иметь следов при­ липания пресс-материала. Смазка возобновляется через каждые 8—10 отпрессовок, а также во всех случаях, когда обнаруживаются следы нарушения или прилипания пресс-материала. Допускается в случае прилипания пресс-материала к металлу дополнительно покрывать оформляющие поверхности матрицы и пуансона кремнийорганическим вазелином марки КВ-3/10 (ГОСТ 15875—70).

Раскроенный пресс-материал взвешивают и раскладывают в по­ рядке, указанном в технологической карте. Заготовки перед уклад­ кой выдерживают на воздухе при температуре 20 ± 5° С в течение 30 мин для удаления сконденсировавшейся при хранении в холо­ дильнике влаги, а также для повышения эластичности стекло­ ткани.

К началу укладки матрицу пресс-формы нагревают до темпера­ туры 40—60° С. При очень «свежем»* материале температура матрицы устанавливается по нижнему указанному пределу, при подсушенном (вследствие нарушения пропитки или при длительном хранении) — по верхнему.

* «Свежий» материал — это мягкий эластичный стеклопластик. Лист пропитан­ ной стеклоткани легко сгибается при нормальной температуре.

26

В процессе укладки пакет заготовок делят на две равные части.

в пресс-форму периодически производят подпрессовки. Подпрес­ совки выполняются для обжатия пресс-материала по оформляющему гнезду и обрезки замком избытка заготовок, а также облегчения формообразования изделия при укладке оставшейся части заготовок. После каждой подпрессовки визуально контролируется равномер­ ность обжатия пакета. При правильной укладке на таблетке по всей поверхности должен быть равномерный оттиск пуансона без образо­ вания гофр, складок и незаполненных мест. После окончания укладки всех заготовок производится обрезка таблетки по контуру для за­ водки окантовки. Величина обрезки составляет от 3 до 10 мм и уста­ навливается для каждого типа изделий экспериментально при кон­ трольных отпрессовках. Окантовка из мягкой латуни устанавли­ вается для защиты изделий от расслоений по контуру гнезда в ма­ трице, не выступая за замок. Зубцы окантовки скрепляются с телом

изделия, при этом их отгибание и пустоты под окантовкой не допу­ скаются.

Оптимальный технологический режим прессования определяется на основании контрольных отпрессовок.

В процессе прессования контролю подлежат время выполнения и количество подпрессовок, время подачи давления в пресс-форму, время достижения заданной температуры, продолжительность вы­ держки на режиме, время включения охлаждения.

Т е м п е р а т у р а . Для изготовления крупногабаритных изде­ лий из стеклопластика горячего прессования применяются прессформы весом до нескольких тонн, обладающие большой тепловой ак­ кумулирующей способностью и инерционностью. Вследствие этого стабилизация температуры на заданном уровне (155± 5° С) в них представляет определенные трудности. Особенности конструкции крупногабаритных пресс-форм, различные условия теплообмена их частей с окружающей средой, сравнительно небольшая активная по­ верхность тепловых источников и наличие высоких температур на­ кала являются причинами неравномерного нагрева прессуемого материала. Указанная неравномерность существенно влияет на физико-механические свойства изделия, а также его внешний вид.

Выполненные в работе [49] измерения температурных полей оформляющих частей пресс-форм показывают, что температура в лю­ бой точке пресс-формы меняется в зависимости от времени, причем колебания температур в различных точках различны.

Опыты показали, что в то время как в одних точках пресс-формы колебания температур доходят до 25° С, а иногда и более, в других они менее 9° С, причем наибольшие колебания имеют место в средней зоне оформляющей поверхности пресс-формы, а наименьшие — в наи­ более удаленных от нагревателей частях пресс-формы. При исполь­ зовании терморегуляторов совершенно очевидно, что чем лучше их конструкция и выше чувствительность, тем легче можно поддержи-

27