Формование изделия из полимерных композиционных материалов методом намотки

Намотка – процесс изготовления высокопрочных армированных изделий, форма которых определяется вращением произвольных образующих. При этом способе непрерывный армирующий матери- ал (нить, лента, жгут или ткань) укладываются по заданной траек- тории на вращающуюся оправку, определяющую внутреннюю гео- метрию изделия. Специальные механизмы, которые перемещаются со скоростью, синхронизированной с вращением оправки, контро- лируют угол намотки и ориентацию армирующего материала. По- следовательные слои наносятся под одним и тем же или под разны- ми углами намотки, пока не будет достигнута нужная толщина. Основными материалами для матрицы служат эпоксидные и поли- эфирные смолы и полимеры сложных виниловых эфиров. Для на- мотки изделий из углеродных волокон чаще используются эпоксид- ные смолы, тогда как для намотки изделий из стеклопластиков – ненасыщенные полиэфирные смолы. При получении теплостойких изделий используются полиимидные смолы.

По способу совмещения различают «сухую» и «мокрую» намот- ку. При способе «мокрой» намотки смола наносится на армирующий волокнистый материал в процессе самой намотки. «Сухая» намотка основана на использовании препрегов. Она обеспечивает равномер- ное содержание связующего, задаваемого при изготовлении препре- гов, и, следовательно, стабильность прочностных свойств изделий.

Конструкции, намотанные по поверхностям вращения, могут быть получены в виде гладких цилиндров, труб или тюбингов диа- метром от нескольких сантиметров до нескольких десятков санти- метров. Намоткой можно формовать также изделия сферической, конической и геодезической формы.

Основные преимущества метода намотки:

– очень быстрый и поэтому экономически выгодный метод уклад- ки армирующего материала,

– регулируемое соотношение смола/наполнитель, – высокая прочность при малом собственном весе, – неподверженность коррозии и гниению,

– недорогие материалы,

– хорошие структурные свойства ламинатов, так как профили имеют направленные волокна и высокое содержание арматуры.

Основные недостатки:

– ограниченная номенклатура изделий,

– дорогое оборудование,

– волокно трудно точно положить по длине сердечника, – высокие затраты на сердечник для больших изделий, – рельефная лицевая поверхность.

Непрерывные процессы производства изделий из полимерных композиционных материалов (пултрузия)

Пултрузия – способ непрерывного получения длинномерных профильных деталей постоянного сечения из армированных ПКМ. Пултрузия получила свое название от английских слов «pull» – тя- нуть и «through» – сквозь/через. Причиной такому названию послу- жил сам процесс протягивания исходного материала сквозь филье- ру, нагретую до температуры полимеризации матрицы ПКМ.

Изготовление материала заданного профиля осуществляется с помощью специальной пултрузионной машины. Технологический процесс пултрузии непрерывный и в зависимости от происходящих процессов разделен на следующие стадии. Разматываемые со шпуль жгуты армирующих волокон в сухом состоянии собирается опреде- ленным образом в пучок, и с помощью направляющих устройств подаются в ванну, где смачивается полиэфирным, эпоксидным или другим связующим. Время пребывания волокон в пропиточной ван- не должно обеспечивать полное пропитывание волокон связующим. Для предотвращения увеличенного содержания смолы в жгутах в конце ванны устанавливаются специальные отжимные валки, где волокна освобождаются от избытка смолы и включений воздуха. Далее пропитанный материал поступает в нагретую фильеру, кото- рая формирует конфигурацию профиля. Несколько комплектов на- гревателей, находящихся в прямом контакте с фильерой, создают несколько зон нагрева и обеспечивают оптимальный для процесса полимеризации температурный профиль. Происходит отверждение композиции при заданном температурном режиме.

В результате на выходе получается профиль, конфигурация ко- торого повторяет форму фильеры. Этим методом получают монолит- ные и полые профили с различной формой поперечного сечения – круглой, квадратной, треугольной, прямоугольной и т. д. Кроме того, пултрузии могут быть получены профили с Е-, Т- и I-образным поперечным сечением. Конечный материал, выходящий из филье- ры – это сильно отвержденный продукт, не требующий обработки.

Этот отвержденный погонажный продукт вытягивается из филье- ры вытяжной машиной, и в отрезной машине распиливается на го- товые к использованию сегменты заданного размера.