Материальный цилиндр; 2- головка; 3- торпеда; 4- полость; 5- калибрующее

Устройство.

Метод заливкииспользуется для получения блочных и формованных пенополиуретанов (ППУ).

Блочные ППУ получают путем смешения в смесительных головках компонентов композиции с последующей подачей смеси на конвейерную ленту, снабженную боковыми передвижными стенками. По мере продвижения ленты композиция вспенивается и попадает для последующего отверждения в камеру. Промышленные линии для получения блочного эластичного ППУ имеет длину от 60 до 120 м, ширина получаемых блоков до 2 м, а высота от 1 до 1,5 м.

Формованные эластичные и жесткие ППУ получают путем заливки смеси компонентов в форму. Для получения эластичных материалов из ППУ применяют заливочные машины низкого и высокого давления. Формование изделий проводится путем смешения двух компонентов в смесительной головке и впрыском композиции в металлическую форму. Форма закрывается крышкой и проводится холодное или горячее отверждение композиции. Затем изделие извлекают из формы и подвергают обжиму на валках для открытия пор. Формование жестких материалов на основе ППУ проводят путем заливки композиции на месте применения в полость изделия, где одновременно происходят процессы вспенивания и отверждения.

Метод напыленияпредназначен для получения более тонких слоев, чем при заливке. Вспениваемую композицию наносят на различные поверхности с помощью распылительного устройства.

Газонаполненные пластики находят широкое применение для набивки и декоративной облицовки сидений, дверей, салона, пультов управления автомобилей, изоляции кабин, полов, крыш, стен пассажирских и изотермических вагонов и т.п.

ГЛАВА 4. ВОЛОКНИСТЫЕПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

    Композиционными(от лат. compositio - составление) называются материалы, образованные путем сочетания двух химически разнородных компонентов (фаз), каждый из которых имеет конкретное функциональное назначение. При этом совместная работа разнородных материалов позволяет получить эффект равносильный созданию нового материала, свойства которого и количественно и качественно отличаются от свойств составляющих компонентов.

Среди большого разнообразия полимерных композиционных материалов особое место по перспективности применения и разнообразию свойств занимают армированные пластики (АП), состоящие из двух фаз - полимерной матрицы и армирующего (усиливающего) волокнистого наполнителя.

Матрица (от лат. matrix - матка, источник, начало) характеризует непрерывную фазу, которая часто (но не всегда) имеет более высокую долю по объему материала. Матрица обеспечивает монолитность материала и сохранение конфигурации изделия, передачу и распределение эксплуатационных нагрузок на армирующий компонент, сопротивление действию внешних факторов, защищает наполнитель от воздействия окружающей среды, определяет многие функциональные свойства и формирует межфазный слой при контакте с наполнителем. В качестве матриц используют термореактивные и термопластичные полимеры, природа которых определяет уровень рабочих температур композиционного материала, характер изменения эксплуатационных свойств, а также технологические приемы и режимыполучения и переработки композитов в изделия. В производстве АП обычно используют термореактивные связующие на основе смесей линейных или разветвленных олигомеров с молекулярной массой 400 - 2000, а также термопластичные линейные или разветвленные аморфные или частично кристаллические полимеры. В состав полимерных матриц кроме армирующих элементов вводятся различные целевые добавки в виде отвердителей, катализаторов, ускорителей, стабилизаторов и др., обеспечивающие реализацию в композиционных материалах требуемых технологических и эксплуатационных свойств.

Армирующая фаза (от лат. armo - укрепляю, вооружаю)образуется совокупностью непрерывных волокнистых армирующих элементов в виде элементарных волокон, комплексных нитей, жгутов, лент и тканей с различной текстурой, а также коротких волокон со сравнительно небольшим отношением длины к диаметру в составе штапельных тканей, матов, бумаги и т.п. Короткие волокна могут быть расположены хаотически или иметь преимущественное направление ориентации. В большинстве случаев наполнитель имеет более высокую прочность по сравнению с матрицей, и основная роль армирующей фазы состоит в увеличении механических свойств композиционного материала.

Межфазный слойв композитах формируется за счет физического или химического взаимодействия полимерной матрицы с поверхностью наполнителя и оказывает существенное влияние на изменение свойств.

Вариацией числа, природы, объемного соотношения компонентов и схемы армирования можно в широких пределах изменять свойства и создавать материалы с уникальным сочетанием эксплуатационных свойств.

Свое название армированные пластики приобретают, как правило, по армирующему элементу: стеклопластики, углепластики, органопластики и др.

По направленности свойств различают изотропные и анизотропные композиционные материалы (табл. 2.3). Изотропия, т.е. идентичность свойств во всех направлениях, достигается хаотичным распределением непрерывных или дискретных армирующих волокон. Анизотропия АП в зависимости от схемы армирования достигается в двух (однонаправленное, трансверсально-изотропное армирование), трех (двухмерное армирование) и большем числе направлений.

  Таблица 3.3

Типичные классификационные модели АП

Схема армирования	Виды армирующих элементов
	Непрерывные волокна *	Пленки	Дискретные волокна ***
Одномерная
Двумерная
Трехмерная		–	–
Хаотическая		–

Примечание: * – в том числе лент и тканей;

** – направление ориентации пленок;

*** – также в виде монокристаллов (усов) и нетканых материалов

 

Сочетание различных вариантов армирования позволяет получать композиты, армированные комбинированно путем чередования двух и более разновидностей армирующих элементов, например, тканей и волокон, волокон и нитевидных монокристаллов и т.п.

 Отдельную группу образуют гибридные композиты, получаемые путем сочетания различных типов волокон, например, органических и углеродных, углеродных и стеклянных и т.п. Смешение различных волокон может производиться как на уровне одного слоя, так и путем чередования слоев на основе различных волокон. Некоторые гибридные композиты наполняют одновременно волокнами и частицами.

По объему армирования АП подразделяются на низкоармированные, армированные, высокоармированные и предельноармированные.

По эксплуатационному назначению АП подразделяются на конструкционные и функциональные (электротехнические, оптические, фрикционные, антифрикционные, тепло -, звуко -, газоизоляционные и т.п.).

По уровню прочностных свойств АП подразделяются на низкопрочные, прочные, высокопрочные и сверхвысокопрочные.

По способу переработки АП подразделяются на литьевые, экструзионные, прессовочные, штамповочные, намоточные и пултрузионные.

Стеклопластики

Стеклопластики (СП) - материалы на основе полимерных матриц, упрочненных стеклянными волокнами. Отличительной особенностью СП является уникальное сочетание технических свойств: высокой прочности и демпфирующей способности, коррозионной и химической стойкости, низкой теплопроводности и плотности.

Стеклянные волокна(СВ) получаются из расплавленных стекломасс различного состава (температура 1200 - 1450°С) быстрым вытягиванием струи из фильер до получения волокон диаметром 3 – 100 мкм и длиной несколько десятков километров. Фильерная пластина имеет обычно несколько сотен отверстий. После вытягивания волокна собирают в пучок и обрабатывают замасливателем, который соединяет элементарные волокна в первичную нить, предотвращает склеивание нитей, облегчает размотку и кручение нитей, защищает их от истирания и разрушения во время текстильной переработки. Кроме замасливателей на поверхность волокон наносят составы (органосилоксаны и др.), увеличивающие смачивание волокон и повышающие их адгезию к полимерной матрице (аппреты). После этого нить с высокой скоростью наматывают на катушку. В производстве АП используются в основном волокна круглого сечения, но могут применяться также профильные волокна: квадратные, треугольные, полые и т.п.

Стеклянные волокна отличаются негорючестью, стойкостью к коррозии, высокой прочностью, сравнительно малой плотностью, высокими оптическими, диэлектрическими и теплофизическими свойствами. Для получения волокон используют стекла различных составов. Наиболее широкое применение для производства волокон находят стекла алюмоборосиликатного (Е-волокна) и магнийалюмосиликатного (S-волокна) состава. Е-волокна нестойки к действию сильных кислотных и щелочных сред и поэтому разработаны химически стойкие стекла: С-стекло; Е-CR-стекло (электрокоррозионностойкое) и AR-стекло (щелочностойкое). S-волокна по сравнению с E-волокнами, отличаются более высокой прочностью, жесткостью и теплостойкостью, но они более дорогие.

Наибольшее распространение получили стеклопластики на основе высокопрочных тонких стеклянных волокон, которые подразделяются на материалы с ориентированным и неориентированным расположением волокон. Ориентированное расположение волокон позволяет максимально реализовать в материалах прочность и модуль упругости волокон. Материалы с ориентированным расположением волокон (стекловолокниты) изготавливаются с использованием стеклонити, стеклоровинга (жгута), стеклошпона и термореактивных связующих методами намотки, протяжки или послойной выкладки.

Пластики, в которых в качестве наполнителя применяют стеклоткани, называются стеклотекстолитами, для которых используют ткани из алюмоборосиликатных волокон, обладающих высокой прочностью и хорошими диэлектрическими свойствами.

Широкое применение для производства изделий находят технологичные полуфабрикаты в виде премиксов, в которых связующие находятся на стадии олигомеров, либо представляют собой смесь олигомеров с мономером или раствор полимера в мономере. Оптимальная длина волокон в премиксах составляет 20 – 25 мм, а для изделий сложной конфигурации используют премиксы с длиной волокон 5 – 6 мм.

В производстве изделий используются также листовые пресс - материалы близкие по составу к премиксам и представляющие собой маты из рубленых волокон длиной 50 мм, пропитанные связующими.

Для производства стеклопластиков из непрерывных и дискретных волокон используются вторичные структуры в виде нитей, жгутов, лент и тканей разнообразных текстур (тканевые, вязанные, плетеные, нетканые).

Комплексные нити являются первичными нитями, полученными в результате вытягивания пряди элементарных нитей (волокон) из фильер. Они применяются для текстильной переработки в крученые комплексные нити, ровинги и тканые материалы.

Крученые комплексные нити получают круткой и сложением непрерывных комплексных нитей (содержат до четырех комплексных нитей). Для одиночной нити число кручений на каждый метр составляет 30 - 90 (кратное 10), а для крученой комплексной 50 - 180.

Ровинги (жгуты) представляют собой непрерывную прядь, состоящую из определенного числа приблизительно параллельных первичных комплексных нитей.

Стеклянные ткани и сетки вырабатываются из крученых комплексных нитей или из ровингов методом ткачества и различаются составом стекла, видом переплетения (полотняные, сатиновые и саржевые), толщиной, массой и другими параметрами.

Ленты стеклянные конструкционного назначения изготавливают как тканые, так и нетканые.

Полотна нитепрошивные и вязальнопрошивны представляют собой непрерывные материалы, состоящие из основы в виде продольной системы ровинга, скрепляемые тонкими нитями с системой поперечного ровинга.

Полотна ориентированные представляют собой рулонные материалы, состоящие из продольной и поперечной системы ровингов или нитей, соединенные между собой с помощью термопластичных нитей.

Полотна холстопрошивные - многослойные холсты из отходов стекловолокон, пронизанные стеклянными кручеными комплексными нитями.

Материалы (полотна) трикотажные из стекловолокна вырабатываются в виде полотен, рукавов, заготовок.

Стекломатыпредставляют собой рулонные материалы, состоящие из хаотически расположенных штапельных стеклянных волокон или отрезков комплексных нитей, скрепленных связующими или без них.

В производстве СП наиболее широко применяют термореактивные смолы: фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиимидные, кремнийорганические и др., а также их композиции.

Термопластичные полимеры, применяемые в производстве СП, обладают высокой вязкостью, что затрудняет пропитку стеклянных наполнителей и получение композиций с высоким их содержанием. В качестве наполнителей используют короткие волокна длиной 0,1 - 1,0 или 3 – 12 мм и диаметром      9 – 19 мкм. Термопластичные материалы выпускают преимущественно в виде гранул, которые перерабатываются в изделия литьем под давлением, экструзией и др. методами.

Углепластики

Углепластики (УП) содержат в качестве наполнителя углеродные волокна.

В зависимости от вида армирующего наполнителя, его текстурной формы и геометрических размеров УП подразделяются на три группы: углеволокниты на основе непрерывных ориентированных нитей, жгутов; углетекстолиты на основе тканых лент и тканей различных текстурных форм; углепрессволокниты на основе дискретных волокон.

УП обладают высокой прочностью и жесткостью, низкой плотностью, химической инертностью, тепло - и электропроводностью, высокой усталостной прочностью, низким коэффициентом линейного термического расширения.

Углеродные волокна (УВ) получают термической деструкцией в инертной среде или вакууме органических волокон, волокон нефтяных и каменноугольных пеков, фенольных смол и других углеродсодержащих исходных веществ. УВ получают только из волокнистых полимеров, не плавящихся при термообработке, обеспечивающих высокий выход углерода и необходимые механические и другие свойства.

Для получения УВ используются полиакрилонитрильные (ПАН-В) и гидратцеллюлозные (вискозные ГЦ-В) волокна. Преимуществами ПАН-В по сравнению с ГЦ-В являются большой выход углерода (около 40 % массы полимера) и менее сложная технология. ГЦ-В значительно дешевле и доступнее ПАН-В.

Процесс получения волокон включает высокотемпературную обработку (карбонизацию и графитизацию) органических волокон.

Карбонизация осуществляется в интервале температур 900 - 2000°С (содержание углерода 80 – 99 %), а графитизация проводится при температурах до 3000°С (содержание углерода выше 99 %). Для получения УВ высокого качества карбонизация и графитизация проводятся с одновременным вытягиванием волокон на выходе из фильер, что способствует совершенствованию структуры и повышению их механических свойств.

Благодаря высокой устойчивости к действию химически агрессивных сред, УП применяются для изготовления реакторов, трубопроводов, лопастей насосов, выхлопных труб и т.п.

Перспективным направлением является применение углепластиков в автомобилестроении. Углепластики гораздо легче сталей и алюминиевых сплавов, имеют высокие аэродинамические свойства (блестящую гладкую поверхность), их использование позволяет уменьшить мощность двигателей и расход топлива. Сдерживающим фактором широкого использования углепластиков в серийном производстве является способность деталей при ударных нагрузках рассыпаться на осколки с острыми краями. К настоящему времени применение углепластиков ограничивается конструкциями суперкаров и гоночных автомобилей.

Органопластики

Органопластики (ОП) - композиционные материалы на основе полимерных матриц, армированных химическими волокнами. ОП отличаются от типичных армированных пластиков полимерной природой обоих компонентов - волокна и матрицы.

В зависимости от природы, структуры и уровня свойств волокнистого армирующего наполнителя ОП делятся на две группы:

- органопластики на основе волокон, характеризующихся сравнительно невысокими прочностными свойствами (полиамидные, полиакрилонитрильные, полипропиленовые и др.);

 - органопластики на основе высокопрочных, высокомодульных, теплостойких и огнестойких волокон из ароматических полиамидов (арамидных).

В качестве армирующих наполнителей в производстве ОП наиболее широко применяются арамидные волокна марки: СВМ, ВМН- 88, Армос, Кевлар, Номекс, Фенилон, Русар, Терлон и др. Основные направления практического использования арамидных волокон: шинный корд – 27 %, тормозные колодки – 24 %, транспортные ленты, приводные ремни – 8 %, органопластики – 10 % и 30 % прочее. Применение арамидных волокон в качестве шинного корда позволяет получить ряд преимуществ: снижение веса, повышение устойчивости при высоких скоростях качения, меньшее выделение тепла при пробеге, обеспечение надежности и долговечности. Например, прочность корда из волокон типа Кевлар в два раза выше стеклянного и в пять раз - стального. Арамидные волокна перспективны в качестве армирующих компонентов для материалов триботехнического назначения, особенно для замены асбеста во фрикционных материалах (тормозные колодки грузовых автомобилей).

Для изготовления ОП применяют волокнистые армирующие наполнители различных структур: однонаправленные наполнители в виде комплексных нитей, жгутов, лент; слоистые наполнители тканой структуры; нетканые материалы из нитей и жгутов; объемные структуры (тканые соты, многослойные ткани); изотропные объемные структуры (холсты, маты). Эффективно также применение различных комбинированных тканей, получаемых путем сочетания арамидных нитей со стеклянными или углеродными волокнами в различных соотношениях.

В таблице 3.4. в качестве примера приведены сравнительные свойства некоторых видов волокон.

Таблица 3.4.

Свойства элементарных волокон

Тип волокна	Плотность, Мг/м3	Предел прочности при растяжении, ГПа	Модуль упругости, ГПа	Относительное удлинение, %
СВМ	1,44	3,8–4,2	120–130	2–4
АРМОС	1,44	4,5–5,0	145–170	4,0
ВМН-88	1,46	3,7–4,5	157–167	2,9
Кевлар-149	1,47	3,8–4,2	150–180	2–4
Углеродное высокопрочное	1,7–2,0	2,0–3,5	200–400	0,5–0,8
Стеклянное высокомодульное	2,6	4,6–5,0	95	4,5–5,0

 

Гибридные композиционные материалы, получаемые путем сочетания органических волокон с углеродными, стеклянными и другими, расширяют диапазон их свойств и области практического применения.

Высокие прочностные свойства при растяжении органопластиков позволяют использовать их при изготовлении изделий, испытывающих значительные растягивающие напряжения от воздействия высокого внутреннего давления (баллоны высокого давления и т.п.) или центробежные нагрузки (роторы, лопасти, маховики и т.п.).

Низкая плотность в сочетании с высокой прочностью и жесткостью при растяжении и сдвиге, а также высокая стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам позволяют использовать ОП в качестве тонких обшивок при изготовлении сотовых панелей, конструкций интерьера транспортных средств (панели пола, перегородки, потолочные панели и др.).

 

Базальтопластики

Базальтопластики (БП) - материалы, содержащие в качестве упрочняющего компонента базальтовые волокна в виде коротких ультратонких (d = 0,4 мкм), коротких тонких (d = 3 – 4 мкм) и длинномерных волокон (d = 9 - 12мкм) в виде крученых нитей, лент и тканей.

Базальт относится к числу аморфных неорганических полимеров с различным составом звеньев в полимере (SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, CaO, MgO и др.).

По показателям теплостойкости, химической стойкости и модуля упругости базальтовые волокна можно рассматривать в качестве заменителей асбестовых волокон, к тому же они имеют более высокие показатели по водостойкости и диэлектрическим свойствам, а также удобнее в производстве изделий. Базальтовые волокна применяют вместо стеклянных в производстве высокопрочных изделий, эксплуатируемых при температурах выше 250°С.

---

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!