
книги / Материалы на основе ненасыщенных полиэфиров
..pdfго в стеклопластике необходимо контролировать его расход при пропитке. Он зависит от типа стеклоткани; например, для стеклотканей марок ТР-0,7-41, ТР-0,7- ГВС-9, Т-11-ГВС-9 и ЭЗ-200 расход полиэфирного свя зующего соответственно составляет 0,8— 1; 0,8— 1; 0,4— 0,55 и 0,25—0,30 кг/м2.
Пропитанная стеклоткань отверждается непосредст венно на оснастке (столе, шаблоне) при температуре не ниже 18°С и влажности не более 65% в течение 30— 60 мин с последующим доотверждением при 60—70°С в течение 2—3 ч. Готовые стеклопластиковые изделия сни мают с оснастки через 72—96 ч и обрезают до необхо димого размера алмазными кругами. Такой метод ши роко используется при изготовлении корпусов судов, ло док, кузовных частей автомобилей, резервуаров и других крупногабаритных деталей.
3.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДАМИ СВОБОДНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Широкое применение метод свободного литья на шел при переработке ненасыщенных полиэфирных смол в производстве деталей радиртехнического назначения, электрического оборудования кабельных муфт, налив ных полов, листовых и стержневых заготовок для полу чения пуговиц, пряжек и бижутерии и т. д.
К заливочным композициям предъявляются следую щие требования: они должны иметь невысокую вязкость, умеренную усадку, небольшой экзотермический эффект при отверждении, а в отверждаемом состоянии повы шенную ударную прочность и в ряде случаев высокие показатели электроизоляционных свойств, улучшенную прозрачность, теплопроводность, износостойкость и хи мическую стойкость.
Заливку в открытые и закрытые формы осуществля ют, как правило, после введения отверждающей систе мы без применения внешнего давления, но иногда ис пользуют простейшие приспособления для заливки под давлением сжатого воздуха 0,02—0,2 МПа.
Необходимое время гелеобразования и отверждения обеспичвается соотношением и количеством компонен тов отверждающей системы. Для ускорения отвержде ния изделий формы нагревают, причем температура на грева зависит от применяемой системы отверждения.
Ускорение процесса отверждения может быть до стигнуто путем обработки смолы токами высокой часто ты. Например, отверждение полиэфирного связующего на основе смолы ПН-12 и отверждающей системы НК-3 и ПМЭК ускоряется в 100— 150. раз при использовании генератора ВЧД-16.6/40-НП-Л-01 мощностью 1,6 кВт с частотой тока 38—40-106 Гц. При этом достигается по вышение твердости на 10—22% и снижение абразивного износа на 11— 18% [194]. Свободную отливку можно производить в формах из полиэтилена, пропилена, при менение которых не требует нанесения антиадгезионной смазки на рабочую поверхность форм.
Кроме того, применяют также формы из силиконовой резины, особенно при изготовлении декоративных изде лий: деталей мебели, багетов для обрамления картин, статуэток, украшений, пуговиц, пряжек и др. Для изго товления эластичных форм используют силиконовые ре зины холодной вулканизации, которые хорошо растека ются по форме, отлично воспроизводят рисунок модели, при этом не требуется применения внешнего давления: они вулканизуются при температуре 18—20 °С в течение 0,5—24 ч; в вулканизованном состоянии отличаются вы сокой термостойкостью до 300 °С, низкой адгезией к лю бым материалам, в связи с чем модель отливаемого в формах изделия можно изготавливать из любого мате риала; при изготовлении форм не требуется применения специального оборудования. Для изготовления силико новых форм лучше всего использовать компаунды марок КЛСЕ и КЛТ-30, а также герметики «Виксинт К -18» и «Виксинт У-1-18» [195].
Изготовление эластичных форм включает следующие процесы: изготовление модели, формы для отливки силиконовой матрицы, крепление модели в форме, при готовление силиконового компаунда и заливка в форму, вулканизация, извлечение матрицы из формы, термооб работка матрицы, изготовление копий модели в матри це, размножение силиконовых матриц. Модель-оригинал разрабатывается и изготавливается из любого материа ла: пластика, дерева, металла, воска, пластилина и т. д. Силиконовый компаунд воспроизводит мельчайшие де тали рисунка модели, поэтому не допускаются какиелибо дефекты, в том числе отпечатки пальцев.
После подготовки модели изделие обезжиривают и закрепляют в форму. Форма для отливки силиконовых
матриц изготавливается в виде цилиндра или рамки со съемным дном. Для лучшего извлечения силиконовой матрицы из формы стенки обрабатывают антиадгезионным составом на основе воска, парафина (2%-ным раст вором в бензине БР-1). Допускается применение вазе лина и минерального масла. Закрепление модели в фор ме производится посредством липкой ленты, клея и лю бым другим способом, но с учетом того, что модель долж на плотно прилегать ко дну формы во избежание подте кания силикона под модель.
После смешения компонентов силиконовую компози цию дегазируют в вакууме для удаления пузырьков воз духа, захваченного в процессе смешения. При этом объ ем смеси увеличивается в 2—3 раза, поэтому емкость должна быть заполнена не более чем на 1/3 объема. Когда вспученная композиция возвращается к первона чальному объему, дегазацию прекращают. Если на по верхности модели имеется сложный рисунок, то перед заливкой ее покрывают тонким слоем силиконовой ком позиции, в которую введен катализатор вулканизации.
Вулканизация силиконовой формы длится |
6—24 ч |
при 20—25 °С. Когда композиция в процессе |
вулкани |
зации потеряет липкость и наберет твердость, силико новую матрицу извлекают из формы и отделяют от мо дели. Для повышения ее долговечности требуется термо обработка при температуре 140— 160 °С. В процессе термообработки происходит довулканизация, удаляются летучие продукты реакции, стабилизируются свойства. Чтобы не произошла деформация матрицы из-за быст рого нагрева, температуру необходимо повышать, начи ная с 80 °С со скоростью 10—20°С/ч.
После термообработки в матрице из полиэфирной смолы отливается необходимое количество копий моде ли, по которым производится размножение силиконовых матриц. Для изготовления изделий свободной заливкой используются композиции на основе смол ПН-1 и ПН-12. Состав композиции на основе смолы ПН-12 следующий, мае. ч.:
Смола ПН -12 |
0 |
100,0 |
|
Ускоритель НК-3 |
,8- |
1,0 |
|
Инициатор ПМЭК |
0 |
,8- |
1,2 |
Краситель |
0, 1—0,3 |
||
Стирол |
5 ,0—8,0 |
Количество компонентов отверждающей системы
(ускорителя и инициатора) |
подбирается эксперимен |
||
тально, чтобы обеспечить время гейеобразования |
13— |
||
16 мин |
(в течение которого смола сохраняет текучесть). |
||
Этого |
времени достаточно |
для заливки 20—25 |
форм. |
Стирол или 3%-ный раствор парафина в стироле вводит-* ся в композицию при отливке изделий в эластичных си ликоновых формах с целью снижения поверхностной лип кости.
Полиэфирная композиция заливается тонкой струей в силиконовые формы, нагретые до температуры 100— 120°С. После заливки рекомендуется поместить их в сушильный термошкаф с температурой 110± 10 °С, че рез 10—20 мин из форм извлекаются заготовки изделий и матрица без промывки готова к последующей залив ке.
В условиях мелкосерийного производства для изго товления изделий из ненасыщенных полиэфирных смол методом свободной заливки могут быть использованы установки типа УОС-2-1 [196, 197] с производитель ностью переработки полиэфирной композиции 50—70 кг/ч. Принцип работы установок состоит в следующем: композиция с ускорителем заливается в одну емкость, а с инициатором — в другую, затем композиции шнековы ми насосами подаются в смеситель проточного типа, где перемешиваются. Из смесителя композиция, способная к быстрому отверждению, подается к форме. На установ ке возможна одновременная заливка двух форм.
3.3. ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НПЭС
В строительстве широко применяются стеклоплас тики, полимербетоны, клеи, замазки, лаки, шпатлевки. Их использование обеспечивает снижение массы строи тельных деталей и конструкций, сокращение трудоемко сти их изготовления, повышение производительности строительно-монтажных работ, повышение качества и снижение сроков строительства, экономию материалов и повышение долговечности конструкций, особенно при воздействии агрессивных сред.
Стеклопластики используют главным образом в виде ограждающих конструкций, стеновых и кровельных па нелей, несущих строительных конструкций, архитектур но-строительных изделий и отделочных деталей, сани-
тарно-техническщ , изделий, декоративно-облицовоч ных, кровельных и гидроизоляционных материалов, за ливных полов, защитных покрытий, предметов внутрен него благоустройства зданий.
НПЭС хорошо окрашиваются в различные цвета ор ганическими красителями и пигментами, которые вво дят в смолу в количестве 0,1—2 мас.% обычно в виде жидких паст, приготовленных на дибутилфталате в соот ношении 1 1 или 1 2. Возможно другое соотношение в зависимости от дисперсности и маслоемкости, применяе мых красителей и пигментов. Количество красящего ве щества в композиции определяется его красящей спо собностью и укрывистостью. Для строительных конст рукций наружного использования следует использовать светостойкие пигменты и красители.
Плоские и волнистые профилированные листы из стеклопластиков применяются при строительстве взрыво опасных помещений, а также сооружений, расположен ных в сейсмически опасных районах. Представляют ин терес волнистые листы из стеклопластиков, у которых одна сторона волны, отражающая световые и тепловые лучи, затемнена. Это затемнение производят в момент изготовления материала путем продольной укладки по лос стеклянных тканей или холстов из рубленых нитей, заранее металлизированных алюминием; причем затем ненные стороны волн листов укладывают к югу и свет падает только с севера, чтобы предотвратить прямое попадание солнечных лучей в помещение [127]. Свето прозрачный рулонный стеклопластик толщиной 0,35 мм разработан (на основе смолы ПН-1 и ПНМ-2 для по крытий теплиц) Институтом механики полимеров АН ЛатССР [198].
Стеклопластики на основе НПЭС применяются при изготовлении оконных коробок, рам, переплетов, под оконников, наружных слоев, панелей, карнизов, дверей, водосточных желобов, сборных домиков, санузлов, ван ных комнат, силосных башен, ангаров, гаражей, эле ментов производственных сооружений, эксплуатирую щихся при воздействии химически агрессивных сред, складов химических удобрений, гальванических цехов ит. д. [12].
Стеклопластики на основе ненасыщенных полиэфи ров, сшиваемых перекисью бензоила, имеют высокую радиационную стойкость, сохраняют высокие характерн
ые

количества алкидных смол, силиконовых масел. Напри мер, для устранения кратеров на поверхности и шагрени в состав полиэфирных лаков и смолы ПН-1 рекомендует ся вводить кремнийорганическую присадку АФ-2К в ко личестве 0,001—0,0005% от массы связующего. Хорошие результаты дает введение в состав полиэфирных компо зиций до 2 мае. % полиметилсилоксановых жидкостей ПМС-200А, А-154, кремнийорганического лака КО-815, поверхностно-активных веществ ОП-7 и ОП-Ю.
За рубежом в рецептуры лаков для улучшения разли ва вводят добавки на акриловой или силиконовой основе, например продукты марок БИК-301, БИК-304 или БИК344, выпускаемые фирмой «БИКмаллинкродт» (ФРГ) [201].
Кремнийорганическая присадка АФ-2К представляет собой раствор полиметилбутокситриметилсилоксисилоксанов в ксилоле. Ее вводят в полиэфирную композицию в виде 10%-ного раствора в растворителе Р-8, Р-14 или ацетоне из расчета 0,1—0,3 мае. ч. на 100 мае. ч. поли эфирного связующего. При избытке добавки из-за нерав номерного распределения могут появиться дефекты в ви де точек и кратеров.
Вязкость растворов ненасыщенных полиэфиров сни жают введением летучих растворителей — ацетона, бутилацетата. При этом не следует использовать раствори тели со скоростью испарения больше периода сополимеризации полиэфира с мономером. Не. рекомендуется при менять в качестве растворителей соединения, обрываю щие растущую полимерную цепь (хлорированные углево дородные), и растворители, в которых при хранении мо гут образовываться перекисные соединения (скипидар, целлозольв). Эффективно применение смесевых раство рителей Р-210, Р-219, Р-251. Полиэфирные лакокрасочные материалы и покрытия применяют для нанесения на сте новые панели (деревянные, бетонные, металлические), по верхность туннелей, канализационных труб плаватель ных бассейнов.
В машиностроении полиэфирные стеклопластики ши роко применяются при изготовлении корпусов машин и механизмов, кожухов, емкостей, цистерн, арматуры, тру бопроводов, рабочих органов смесителей, насосов, венти ляторов и т. д. Композиционные материалы с дисперсны ми и армирующими наполнителями применяют при изго товлении деталей станков, пресс-форм, ложементов,
копировальных негативов к токарным и фрезерным стан кам, лекальных мерительных шаблонов, фасонных гу бок для станочных тисков и т. д. Широко используются полиэфирные шпатлевки, клеи, полимербетоны, заливоч ные составы для устранения дефектов литья. Перспектив но применение полиэфирных смол в качестве связующих формовочных смесей, способных быстро отверждаться без выделения летучих продуктов. Композиционные материа лы на основе НПЭС с антифрикционными наполнителями можно использовать в узлах трения.
В автомобилестроении из полиэфирных стеклопласти ков изготавливают кузовные детали, бамперы, крышки багажников, двери, защитные коврики, рессоры, кожухи защитные и пружины. Крупногабаритные детали изго тавливают методом прессования из премиксов и препрегов или контактным формованием, мелкие изделия — ме тодом свободной заливки и прессованием в многогнезд ных формах. Автомобильные рессоры изготавливают ме тодом протяжки в специальных формах, состоящих из стационарного пуансона и движущейся матрицы, которая одновременно служит тянущим устройством [138]. Линия позволяет получать рессоры радиусом 50— 150 см и пло щадью поперечного сечения до 12,5 см2. Пружины изго тавливаются из стеклянной ровницы, свободно сложенной в одну прядь, которая погружается в ванну в форме же лоба со связующим. Пропитанная связующим стеклово локнистая прядь прикрепляется к протяжке и протяги вается через эластичную трубку из полиэтилена или со полимера винилацетата с винилхлоридом. Внутренний диаметр трубки выбирается близким к диаметру изготав ливаемой пружины. После того как трубка полностью заполнена пропитанной ровницей, концы ее закрепляют и производят навивку на оправку. Концы трубки жестко закрепляются, чтобы сохранить намотку в форме спирали. После отверждения и термообработки трубка частично разрушается и пружина легко снимается с оправки [126].
Возможность переработки полиэфирных композиций центробежным способом позволяет изготавливать ци линдрические направляющие практически любых разме ров, в том числе многослойные с различным функцио нальным назначением каждого слоя, например с повыщенной теплопроводностью, армирующий, антифрикцион ный. Этот метод наиболее эффективен в малосерийном производстве, например, при изготовлении большегруз
ных автомобилей. Изготовление кузовов грузовых машин, рефрижераторов, вагонов из стеклопластиков позволяет существенно снизить массу автомобилей и повысить их долговечность.
Всудостроении полиэфирные стеклопластики приме няют при изготовлении корпусов лодок, яхт и судов, для внутренней отделки. Из премиксов и препрегов можно из готавливать гребные винты и другие элементы судовых конструкций.
Вхимической промышленности армированные пласти ки на основе НПЭС широко применяют для изготовления коррозионностойких деталей оборудования, сосудов, ра ботающих под давлением, смесителей, скрубберов, меша лок, реакторов, трубопроводов, фланцев и т. п. Конструк ции из армированных пластиков изготавливают, как пра вило, намоткой, ручной выкладкой, распылением или ком бинированием различных методов. Антифрикционные ма териалы на основе НПЭС могут широко применяться в узлах трения, работающих в агрессивной среде.
Полимербетоны на основе НПЭС используются при изготовлении фундаментов технологического оборудова ния и полов промышленных зданий. В легкой промышлен
ности полиэфирные смолы и композиционные материалы на их основе применяются главным образом при произ водстве товаров широкого потребления: фурнитуры (пу говицы, пряжки), бижутерии, статуэток, пепельниц, раз личных подставок, деталей мебели. Для производства пу говиц и пряжек используются в основном смолы ПН-12 и ПН-13 (до 4000 т в год).
Способность смолы окрашиваться в различные цвета позволяет производить изделия, имитирующие натураль ный перламутр, янтарь, поделочные камни и целый ряд других декоративных эффектов. Наибольшее распростра нение получила технология изготовления пуговиц из полиэфирных листов, включающая следующие операции: приготовление композиции; отливку полиэфирного листа в центробежном барабане диаметром 900 мм, шириной 550 мм при 80— 160 мин-1; штамповку заготовок на ста дии резиноподобного состояния или вырезку их из от вержденного листа с помощью трубчатых фрез; фасонную обточку заготовок — изготовление пуговиц со сверлением отверстий с последующими шлифовкой и полировкой.
Однако по этой технологии только на стадии изготов ления заготовок при штамповке и вырезке образуется до
20—30% технологических отходов. Поэтому более пер спективен технологический процесс изготовления загото вок пуговиц из стержней, получаемых заливкой полиэфир ных композиций в формы-трубы. Резка заготовок из стержней на стадии резиноподобного состояния произво дится ножом на специальных станках, что позволяет сни зить количество отходов на 15—20% [195— 197]. Дан ный метод позволяет существенно расширить ассорти мент декоративных материалов, имитирующих кость, срезы дерева, натуральные поделочные камни [202, 203].
3.4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОЛИЭФИРНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Материалы на основе полиэфирных смол могут под вергаться всем видам механической обработки, хотя это сопряжено с определенными трудностями. Механический перенос закономерностей процесса резания металлов и рекомендаций по отдельным видам их обработки на про цесс резания пластмасс, как показала практика, невоз можен, поскольку пластмассы — особая по сравнению с металлами группа материалов, имеющая специфические свойства, обусловливающие особенности процесса их ре зания [204]. Детали из полиэфирных материалов при из готовлении прессованием, литьем, формованием изме няют свои размеры и формы вследствие усадки при отверждении и остывании, поэтому обработка резанием является необходимой, широко распространенной и важ ной операцией в общем технологическом процессе изго товления изделий из этих материалов.
Полиэфирные материалы, как правило, содержат пиг менты, наполнители дисперсные и волокнистые, в том числе стекловолокно, что вызывает быстрый износ инст румента. Этому способствуют низкая теплопроводность полиэфирной смолы (0,13—0,19 ккал/м-ч-с) и наличие в отвержденном материале активных непрореагировавших радикалов.
При резании литых изделий из реактопластов, как правило, образуется раздробленная, прерывистая струж ка. Прессованные изделия дают при резании стружку, состоящую из большого числа мелких частиц и пыли, ко торая оказывает вредное влияние на кожный покров и дыхательные пути человека, поэтому все виды механи ческой обработки должны производиться при включенной