19.4. Получение деталей из жидких полимеров

С технологической точки зрения удобно использовать отдельные полимерные материалы, находящиеся в жидком состоянии при комнатной температуре. В первую очередь это относится к производству крупногабаритных деталей из стеклопластиков. Стеклопластики состоят из связующей смолы, наполнителя и в некоторых случаях отвердителя и ускорителя отверждения. По технологическим соображениям в качестве связующего – предпочтительнее полиэфирные и эпоксидные смолы. Эти смолы характеризуются высокой адгезией к наполнителю и способностью отверждаться при комнатной температуре с приложением незначительного давления или без давления за счет добавления к ним отвердителей и ускорителей отверждения (перекиси бензола, полиэтиленполиамина и др.).

Высокая прочность стеклопластиков в значительной степени зависит от применяемых наполнителей (стеклоткани, стекловолокна, стекломатов и др.). В отдельных случаях в состав стеклопластиков вводят пластификаторы и красители.

К основным способам изготовления деталей из стеклопластиков относятся контактная формовка, вихревое напыление, центробежная формовка и намотка.

Контактная формовка.Этим способом формуют крупногабаритные детали с наполнителями из стеклотканей и стекломатов. Применяют формы из дерева, гипса и легких сплавов. Форма должна точно воспроизводить наружный или внутренний контур детали.

Перед формовкой на рабочие поверхности формы наносят разделительный слой (поливиниловый спирт, нитролаки, целлофановую пленку и др.), предотвращающий прилипание связующего к поверхности формы. По разделительному слою наносят слой связующего, затем слой предварительно раскроенной стеклоткани, которую тщательно прикатывают резиновым роликом к поверхности формы. Этим достигаются плотное прилегание ткани к поверхности формы, удаление пузырьков воздуха и равномерное пропитывание стеклоткани связующим. Затем снова наносят связующее, стеклоткань и т. д. до получения заданной толщины. Отверждение происходит при комнатной температуре в течение 5÷50 ч, в зависимости от вида связующего. Время отверждения сокращают увеличением температуры до 60÷120⁰С. После отверждения готовую деталь извлекают из формы и в случае необходимости подвергают дальнейшей обработке (обрезке кромок, окраске и т. д.).

Особенностями контактной формовки являются простота оснастки и возможность получения деталей любых размеров и форм. Однако этот метод малопроизводителен, качество получаемых деталей недостаточно высокое из-за неравномерной укладки наполнителя и связующего и к нему предъявляют определенные требования по технике безопасности. Поэтому контактную формовку применяют в опытном и мелкосерийном производствах.

При выпуске деталей большими сериями применяют автоклавную формовку, сущность которой заключается в том, что форму с деталью накрывают резиновым чехлом и помещают в герметический резервуар (автоклав). С помощью пара пли воды в автоклаве создают определенное давление.

Крупногабаритные детали из стеклопластиков с замкнутым полым профилем (полые рамы фильтр-прессов, диски, кронштейны и т. д.) изготовляют стирометодом. На тонкостенный поливинилхлоридный чехол, размеры которого соответствуют размерам изготовляемой детали, наматывают стекловолокно. Заготовку укладывают в разогретую до 100÷120⁰С пресс-форму. Под действием давления воздуха, разогретого внутри шланга, заготовка растягивается по полости пресс-формы. В пространство между чехлом и пресс-формой за счет создания вакуума засасывается связующее.

Приведенные способы формовки используют в основном для изготовления деталей из стеклопластиков с длинноволокнистыми наполнителями. При применении измельченных наполнителей процесс изготовления деталей удается механизировать. Наполнитель и связующее подают под давлением сжатого воздуха.

Вихревое напыление.Таким способом изготовляют крупногабаритные детали из стеклопластиков (кузова легковых и грузовых автомобилей, корпуса лодок, емкости и др.). Стекловолокно и полиэфирную смолу с отвердителем и ускорителем отверждения наносят на форму специальным пульверизатором. Смола смачивает стекловолокно в вихревом потоке, образованном сжатым воздухом. Стекловолокно со связующим, нанесенные на форму, вручную уплотняют роликом.

Высокой степенью механизации отличается напыление с помощью передвижной установки, в которой смонтированы режущее устройство для стекловолокна, вентилятор, распылитель и емкости для связующего, отвердителя и ускорителя. Стекловолокно режут на отдельные куски длиной 10÷90 мм. Распылитель имеет три сопла: центральное для подачи стекловолокна и два боковых (одно служит для подачи связующего и отвердителя, другое – связующего и ускорителя отвердения). Смешение компонентов происходит на поверхности формы или перед ней в воздухе.

Центробежная формовка. Этим способом получают детали больших габаритных размеров, имеющие форму тел вращения, толщиной 2÷15 мм, диаметром до 1 м и высотой до 3 м. Стекловолокно и связующее равномерно подают во вращающуюся форму. После формовки в форму помещают резиновый мешок, с помощью которого создается давление на заготовку. В таком состоянии происходит отверждение стеклопластика при определенной температуре.

Намотка.Этим способом получают стеклотекстолитовые трубы. Основной деталью является металлическая оправка, на которую перед намоткой укладывают пленку, облегчающую снятие труб. При намотке оправка совершает вращательное и возвратно-поступательное движения. Стекловолокно или стеклоленту смазывают связующим. Отформованную трубу покрывают защитной целлофановой пленкой и отправляют в камеру отверждения.

Основным недостатком производства крупногабаритных деталей из стеклопластиков является невысокая производительность труда, повышение которой возможно за счет механизации технологического процесса.

Способность жидких полимеров отвердевать при комнатной температуре используют для изготовления технологической оснастки. Из эпоксидных компаундов изготовляют, например, шаблоны, штампы, пресс-формы и т. д. Сущность процесса изготовления такой оснастки заключается в следующем. Вокруг эталонной детали (мастер-модели) заливают эпоксидный компаунд, состоящий из эпоксидной смолы, отвердителя и наполнителя. После отвердения мастер-модель извлекают из отливки. Полученные формообразующие поверхности (шаблонов, штампов и т. д.) не требуют дальнейшей механической обработки.