Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология получения и переработки полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
5. Засыпать подготовленные компоненты в бункер экструдера-
смесителя.
6. Выдавленный экструдат из формующей головки охладить в
специальной ванне с водой.
7. С помощью пресс-ножниц нарезать экструдат на гранулы.
8. Выключить оборудование нажатием красной кнопки «аварий-
ная остановка», отключить питание от сети.
9. Очистить видимую часть фильеры от остатков материала.
Общий вид пульта управления представлен на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Пульт управления
Техника безопасности при работе на экструдере-смесителе
1. Перед началом работы необходимо надеть средства индивиду-
альной защиты.
2. Перед тем как начать работу, следует проверить состояние рабочего места; если оно не убрано или загромождено, необходимо его
очистить и привести в порядок.
3. Перед началом работы необходимо осмотреть оборудование и
убедиться в его работоспособности.
4. Перед началом работы необходимо проверить:
– работу вентиляционной системы;
– целостность токоведущих проводов;
– наличие и исправность соединения металлических корпусов
оборудования экструдера с шиной защитного заземления.
31
5. Прежде чем включить экструдер, необходимо убедиться в
том, что все участники лабораторного испытания находятся в безопасной зоне.
6. Если есть сомнения в обеспечении безопасности при выполнении
лабораторной работы, работник не должен приступать к испытаниям.
Последовательность выполнения работ
1. Подготовка компонентов (взвешивание, сушка).
2. Смешение полимера с наполнителем (по необходимости).
Главной стадией процесса, определяющей качество, является
смешение компонентов композиции. Агломерация и неравномерное
распределение наполнителя в матрице полимера отрицательно сказываются на эксплуатационных свойствах материала. В системах с
инертным наполнителем после формирования пространственных
структур наблюдается нарастающее падение прочности, поскольку
отсутствует упрочненный граничный слой. Прочностные показатели
композиции с активным наполнителем увеличиваются до векторной
его критической концентрации, после чего начинается их резкое
ухудшение. Этот момент связан с предельным наполнением, выше
которого непрерывная матрица теряет сплошность из-за недостатка
полимерного вещества.
В лабораторных условиях совмещение полимера (например,
ПТФЭ) с наполнителями обычно проводят методом сухого смешения
в высокоскоростном лопастном смесителе в течение 2-х минут (или
больше, до получения гомогенной смеси). В серийном производстве
это обычно зависит от количества и скорости, т.е. до получения гомогенной смеси.
Из партии гранулята отбирают пробу случайным образом после
перемешивания. При помощи штангенциркуля измеряют длину не
менее 250 гранул с точностью до 0,1 мм. Определяют среднюю длину
гранул Lср. По результатам замеров строят гистограмму и подбирают
закон распределения. Делают вывод об однородности полученного
32
материала. Аналогичным образом определяют средние размеры по-
Материал
Длина гранул
Поперечное сечение
Закон
распределения
Lср
Закон
распределения
h
1ср
h
2ср
h1/h2
перечного сечения гранул (наибольший h
их соотношения (показателя эллиптичности h
и наименьший h
1ср
1ср/h2ср
) подбирают за-
2ср
кон распределения.
Полученные экспериментальные данные заносят в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Полученные данные
Содержание отчета
1. Схема лабораторной линии для гранулирования.
2. Характеристика перерабатываемых материалов (полимер,
) и для
наполнитель и др.).
3. Технологические параметры переработки.
4. Показатели качества изделий.
Контрольные вопросы
1. Что такое «гранулят»? Какими параметрами характеризуют однород-
ность гранулята?
2. Основные способы получения гранул.
3. Чем характеризуется однородность гранул.
4. Возможные виды брака при получении гранул.
5. Виды гранулирующих головок.
6. Переработка отходов на данном производстве.
33
Лабораторная работа № 4
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХСЛОЙНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Теоретическая часть
Стеклопластики представляют собой группу искусственных слоистых материалов, получаемых на основе различных синтетических смол,
выполняющих роль связующего, и различных типов наполнителей.
Стеклянный наполнитель является упрочняющим элементом в
материале и воспринимает основные нагрузки при работе стеклопластиков. Смола обеспечивает связь отдельных волокон в общую систему и способствует равномерному распределению нагрузки.
В зависимости от назначения изделий и предъявляемых к ним
требований для изготовления стеклопластиков применяют определенное связующее и строго определенный стеклонаполнитель, а иногда комбинируют несколько их видов. В каждом случае от сочетания
этих составляющих, а также применяемого метода изготовления
представляется возможным получить стеклопластики с различными
физико-механическими свойствами.
Характерным для стеклопластиков является получение изделий
из предварительно подготовленных композиций как путем переработки их различными методами, так и при непосредственном контактировании основных составляющих этих композиций в процессе
производства изделий.
В первом случае имеется материал, который легко транспортируется и пригоден для переработки в изделия в течение строго регламентируемого срока, в то время как во втором – только компоненты, образующие стеклопластик в виде изделия в процессе его изготовления.
Физико-механические показатели стеклопластиков обычно характеризуют свойства этих материалов в изделиях, полученных различными способами. В зависимости от способа изготовления изделия
из стеклопластиков могут быть прессованные, формованные под давлением или вакуумом и т.д.
34
Применение стекловолокнистых наполнителей объясняется тем,
что по сравнению с другими наполнителями стекломатериалы имеют
следующие преимущества: недефицитность сырья и простота технологического процесса; высокая прочность при растяжении; огнестойкость; инертность в отношении микробиологического воздействия;
стабильность размеров изделий из этих материалов и незначительное
термическое расширение; возможность изготовления нитей различной толщины и тканей различного плетения.
Связующие для стеклопластиков представляют собой композиции, состоящие из естественной или искусственной смолы и растворителя (в большинстве случаев). Для обеспечения определенного режима отверждения в раствор вводятся специальные добавки в виде
пластификаторов, отвердителей, ускорителей или замедлителей.
Основными требованиями к связующим, применяемым в производстве стеклопластиков, являются следующие: высокая клеящая
способность, высокая химическая теплостойкость и электроизоляционные свойства, жизнеспособность (сохранение свойств определенное время), простота переработки, небольшая усадка.
В производстве изделий из стеклопластиков находят применение
стеклоткани, отличающиеся не только весом и размерами, но и различным конструктивным исполнением.
По способу переплетения нитей, например, стеклоткани выпускаются следующих типов: гарнитурные (прямое переплетение), саржевые, сатиновые или атласные, твил (английский тип) и др. Кроме
того, ткани могут иметь усиление по утку (поперечные нитки) или
основе (долевые нити).
В производстве стеклопластиков находят применение также ленты, крученые нити и другие виды стеклонаполнителей. Структура
ткани и толщина ее выбираются в зависимости от назначения слоистого пластика. Стеклоткани преимущественно применяются в сильно нагруженных конструкциях из стеклопластиков, у которых возможна местная концентрация напряжений.
35
Ткань, усиленную в определенном направлении, рекомендуется
укладывать в направлении, совпадающем с деформацией, так, чтобы
усиленные нити воспринимали растягивающие нагрузки.
При многослойной укладке различных слоев стеклоткани представляется возможным получение равнопрочного материала. При
этом установлено, что верхний слой материала в тонких листах более
напряжен, чем внутренние слои. Наличие разнообразного ассортимента стеклянных тканей позволяет конструкторам комбинировать их
любым способом и на основе синтетических смол получать высокопрочные и жесткие изделия.
Обычно стеклоткань прямого плетения используется в конструкциях, сохраняющих прочность при 180 °С, изготовляемых контактным или вакуумными методами в толстостенных изделиях, а также
там, где принимаются во внимание условия вытяжки.
Однонаправленная стеклоткань, т.е. усиленная по основе, применя-
ется в конструкциях, напряженных в одном направлении; в конструкциях, где нагрузка предопределена; где возникает необходимость мест-
ного усиления конструкции в отношении удара; где требуется обеспечение высокой прочностью при минимальном весе конструкции.
Ткани сатинового плетения применяются в конструкциях с высокими напряжениями во всех направлениях в сочетании с легким весом и минимальной трудоемкостью укладки; в конструкциях с высокими напряжениями, которые могут быть созданы при малых затратах материала путем укладки его в комбинации толстых и тонких
слоев; где требуется гладкая поверхность изделия и хорошая декоративная отделка; в изделиях, где требуется хорошая укладка ткани, без
образования складок и гофр.
Прочность стеклопластиков в большей степени зависит от того,
насколько хорошо произошло сцепление связующего с поверхностью
стеклоткани. Синтетические смолы обычно имеют слабую адгезию к
стеклонаполнителям, хотя некоторое исключение представляет эпоксидная смола, имеющая лучшую сцепляемость с любыми веществами, в том числе и со стеклом.
36
Кроме того, поверхность стеклоткани обычно покрыта замасливателем, применяемым в процессе производства. Замасливатель
наносится при вытягивании элементарного стекловолокна для защиты его от истирания в процессе переработки в ткани. Компоненты,
входящие в состав замасливателя, не способствуют хорошему сцеплению связующего со стекловолокном. Поэтому для получения более
прочных стеклопластиков необходимо удалить замасливатель. Удаление замасливателя производят обычно нагреванием при температуре выше 200 °С или путем химической обработки. Для химической
обработки применяют различные растворители или специальные растворы. Например, для удаления из замасливателя гидрофильных материалов стеклянная ткань обрабатывается водным раствором мочевины. Содержание замасливателя в этом случае уменьшается до 1–
3 %. При термической обработке (200–300 °С) стеклоткани удается
снизить содержание замасливателя до 0,2–0,5 %. Термическая обработка обычно рекомендуется в случае применения для пропитки связующих – феноло-формальдегидных смол, меламиновых, модифицированных фенольных и др. В некоторых случаях применяют более
сложный режим термической обработки, требующий больше времени
и более высоких температур (400–450 °С). При этом замасливатель
практически удаляется полностью. В результате термической обработки стеклянных тканей происходит некоторая потеря механической
прочности. Установлено также, что удаление замасливателя со стеклоткани может производиться с помощью ультразвука. Применение
ультразвука для удаления замасливателя является весьма совершенным способом, обеспечивающим качество изделий.
Большое различие свойств материалов несущих слоев и заполнителя, а также вариантов оформления трехслойных конструкций определяет принципиальные методы их изготовления. Определяющим в
данном случае является тип заполнителя. Разработаны технологические процессы изготовления трехслойных конструкций с заполнителями, получившими широкое применение.
37
Трехслойные конструкции с сотовым бумажным заполнителем,
по сравнению с однослойными, имеют высокую прочность, жесткость и меньшую массу.
По конструкции они состоят из двух несущих слоев (стеклопластиков) и внутреннего слоя – заполнителя (например, бумажные соты).
Коротко, процесс получения трехслойных сотовых конструкций
состоит в изготовлении внешних слоев, подготовке заполнителя (бумажных сот), сборке и прессовании полученной конструкции.
Далее рассмотрим более подробно технологию изготовления
трехслойных конструкций. Технология изготовления конструкций с
бумажным сотовым заполнителем состоит из двух самостоятельных
процессов: подготовка бумажного сотового заполнителя и формирование конструкций с сотовым заполнителем.
Принципиально прочность соединения сот с несущими слоями
обеспечивается клеевой прослойкой, которая образуется в узле «несущий слой» (рис. 4.1). Правильное назначение количества клея для
этого соединения и рациональное его распределение (правильный
выбор параметров шва) являются предметом исследований.
Рис. 4.1. Схема возможного соединения
несущих слоев с сотовым заполнителем:
а – с помощью наплыва клея; б – с помощью «мягкой подушки»
1 – несущий слой; 2 – сотовый заполнитель; 3 – клеевая прослойка;
4 – «мягкая подушка»; 5 – наплыв клея
38
Способы усиления узловых соединений сотовых заполнителей с
несущими слоями зависят от материалов наружных слоев и заполнителя. При соединении сотового заполнителя и несущих слоев из композитов целесообразно применять промежуточный слой из стеклопластика, например из стеклоткани или стекломата, пропитанных
смолой. Промежуточный слой как бы создает «мягкую подушку», на
которую укладывается сотовый заполнитель. Кромки ячеек сотового
заполнителя частично вдавливаются в «мягкую подушку», прочно
сцепляясь с ней и образуя условную сплошную поверхность, к которой, в свою очередь, приклеиваются несущие слои.
Кроме того, в местах вдавливания кромок ячеек сотов образуются
усиления (наплывы клея), которые обеспечивают необходимую
прочность соединения (рис. 4.1, б).
Цель работы: Изучение технологического процесса производства трехслойных конструкций с бумажным сотовым заполнителем
(ячеистый картон).
Оборудование: валики для прокатки, весы технические.
Материалы: стеклоткань Т-10, Т-11 или др., карбамидоформаль-
дегидная смола, эпоксидная смола ЭД-20, полиэфирная смола, бумажный сотовый заполнитель марки ЗСБК 25/33 175-85НП или др. по
указанию преподавателя.
Последовательность выполнения работ
1. Изготовление несущих слоев. В специальную форму укла-
дывают слоями стеклоткань, стекловолокно или другие армирующие материалы, где каждый слой пропитывают смолой. Чтобы
смола равномерно распределилась и в ней не было пузырьков воздуха, после пропитки производят укатку стеклопластика специальными валиками. Тщательному устранению пузырьков воздуха
следует уделять особое внимание, иначе в местах их скопления
высока вероятность деформации и разрушения стеклопластика.
Форма для изготовления стеклопластика представлена на рис. 4.2.
39
Рис. 4.2. Форма для изготовления стеклопластика
Сборка трехслойной конструкции состоит из укладки сотового
заполнителя на один из несущих слоев и последующего накрытия их
вторым несущим слоем. Сборка трехслойных конструкций не требует
специального оборудования и может выполняться на сборочных столах. Необходимое для склеивания давление можно обеспечить на
прессах любого назначения.
Содержание отчета
1. Описание способов изготовления трехслойных конструкций.
2. Описание применяемых материалов. Их характеристика.
3. Подробное описание применяемой технологии изготовления
трехслойной конструкции.
4. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Из каких самостоятельных процессов состоит технология изготовления
конструкций с бумажным сотовым заполнителем?
2. В чем заключается блочный метод изготовления сотового заполнителя?
3. Что оказывает решающее влияние на прочность сотовых конструкций?
4. От чего зависит выбор способа нанесения клея?
5. Перечислите основные способы нанесения клеев.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]