Реферат: Переработка полимерных материалов
Детали со стенками переменной толщины или с рельефом на поверхности изготовляют из сравнительно толстостенных заготовок в жестких штампах, имеющих пуансон и матрицу и устанавливаемых на гидравлических или пневматических прессах (рис. 7). Из всех видов штамповки этот метод наиболее дорог, т.к. требует сопряженных друг с другом пуансонов и матриц.
Механическую штамповку пуансоном (рис. 8, а ) через протяжное кольцо и механопневмоформование (рис. 8,б) применяют для изготовления изделий с резко выраженной разнотолщинностью, например, если дно изделия должно быть значительно толще стенок. При получении изделий, на одну из поверхностей которых необходимо нанести рисунок с мелкими элементами, применяют главным образом штамповку в матрицу эластичным пуансоном, выполненным из губчатой или мягкой монолитной резины.
Вакуум-формованием через протяжное кольцо (рис. 9, а ) из листовых заготовок получают изделия, имеющие форму тел вращения. Заготовку защемляют между прижимным и протяжным кольцом, закрепленными на торце герметичной емкости, в которой создают разряжение. Под действием атм. давления заготовка деформируется внутрь емкости, а при создании в емкости избыточного давления-в обратную сторону. Форма и размеры получаемого изделия определяются конфигурацией в плане протяжного кольца и степенью (глубиной) вытяжки заготовки, характеризующейся отношением высоты изделия к его ширине. Вакуум-формованием в матрицу (рис. 9,б )при давлении формования до 0,09 МПа получают изделия из тонкостенных заготовок. Если такого давления для оформления изделий недостаточно, применяют пневмоформование в матрицу (рис. 10). Этот метод позволяет также получать изделия более сложной конфигурации.
В процессе штамповки-вырубки производят изготовление плоских изделий различных конфигурации, имеющих в плоскости детали отверстия различного диаметра. Вырубка изделий осуществляется в штампах, оснащенных режущими элементами (для отделения изделия от заготовки по контуру), прижимом, удерживающим заготовку в необходимом положении, пуансоном и матрицей, производящими пробивку отверстий в заготовке.
Формование без давления. В этом случае уплотнение материала и формование изделия осуществляется под действием силы тяжести и сил поверхностного натяжения.
Методом литья изготовляют изделия из отверждающихся компаундов на основе мономеров, олигомеров. смол, полимер-мономерных композиций или расплавов полимеров, имеющих консистенцию вязкой жидкости. Компаунд при нормальной или повышенной температуре заливают в технологическую оснастку (форму), в которой происходит его отверждение или затвердевание. Для обеспечения извлечения изделия из формы стенки формы покрывают слоем антиадгезива, например отверждающейся силиконовой смазкой. Литьем изготовляют листы, плиты, блоки, различного рода машиностроительные детали (шестерни, шкивы, кулачки, шаблоны), технологическую оснастку для штамповки, литья под давлением и др. методов формования.
При капсулировании компаундом заливают какой-либо элемент, который фиксируют в форме. После отверждения компаунда элемент, покрытый с поверхности слоем полимера, извлекают из формы.
Метод заливки подобен литью; отличается тем, что компаунд заливают в оболочку (кожух, корпус), в которую предварительно помещают различного рода узлы или элементы (трансформаторы, индуктивные катушки, электронные или электрические системы и т. п.). Внутреннюю поверхность оболочки тщательно обезжиривают для обеспечения ее прочного сцепления с компаундом.
При герметизации заливаемый элемент плотно вставляют в оболочку, а компаундом покрывают только его поверхность. Так же, как и в методе заливки, необходимо обеспечить прочное сцепление компаунда с заливаемым узлом и поверхностью оболочки.
Методом полива изготовляют тонкие пленки или пленочные клеи из компаундов или растворов полимеров, например на плоской подложке или установке непрерывного типа (рис. 11). Компаунд из емкости через фильеру наносится на гибкую ленту транспортера, проходит через камеру сушки и (если необходимо) отверждения, отделяется от ленты и сматывается в рулон.
Во всех перечисленных методах во избежание образования в изделиях газовых включений компаунд предварительно нагревают или вакуумируют, а отверждение материала ведут в вакуумированной форме. В случае введения порошкообразных или волокнистых наполнителей компаундам придают тиксотропные свойства.
Методы окунания и декантации применяют для изготовления тонкостенных деталей разнообразной формы из вязких компаундов, а также для нанесения на поверхность изделий электроизоляционных, антифрикционных, антикоррозионных или декоративных покрытий. При изготовлении деталей окунанием применяют оснастку по форме изделия позитивного типа (пуансоны), которую окунают в компаунд, залитый в к.-л. емкость. Слой компаунда, оставшийся на поверхности оснастки, отверждают и, если его толщина мала, окунание повторяют; полученную деталь снимают с оснастки. Декантацией изготовляют детали в оснастке негативного типа (матрица). В матрицу наливают необходимое кол-во компаунда и наклоняют (кантуют) ее так, чтобы все оформляющие поверхности были покрыты слоем компаунда. Излишки компаунда выливают, а оставшуюся пленку охлаждают. Форму размыкают и извлекают готовое изделие. Для предотвращения стекания вязкого компаунда с наклонных стенок пуансонов и матриц применяют тиксотропные или быстроотверждающиеся компаунды.
Методом ротационного формования изготовляют тонкостенные полые изделия, а также наносят покрытия на внутренней поверхности различных емкостей из порошкообразных полимеров и пластизолей. Порцию полимерных материалов загружают в полую металлическую форму, герметично закрывают ее и в зависимости от конфигурации детали вращают форму вокруг одной или двух взаимно перпендикулярных осей. Одновременно форму нагревают, для того чтобы полимер расплавился или набух в пластификаторе. Во время вращения расплав смачивает оформляющую поверхность формы и распределяется по ней равномерным слоем. Частоту вращения подбирают так, чтобы линейная скорость движения точек, лежащих на оформляющей поверхности, была равна скорости стекания расплава с этой поверхности под действием сил тяжести. Такой режим вращения обеспечивает получение равнотолщинных изделий. В отличие от центробежного формования полимер удерживается на стенках преим. силами адгезии и инерции. После охлаждения вращающейся формы и затвердевания полимера вращение прекращают и извлекают из формы готовое изделие.
Напыление порошкообразных полимерных материалов на поверхность форм применяют для изготовления тонкостенных изделий или нанесения полимерных покрытий на детали различного назначения. Процесс состоит в нанесении порошка на поверхность оснастки и последующего спекания образовавшегося слоя при нагревании его выше температуры плавления или температуры текучести полимерных материалов. Порошок полимера на поверхность формы наносят в псевдоожиженном ("кипящем") слое или струйным методом с помощью пистолета-распылителя.
При изготовлении изделий методом засыпки в ограничительную оснастку засыпают порошок или гранулы термопласта. Загрузочное отверстие закрывают теплоизолирующей крышкой; оснастку нагревают выше температуры текучести или температуры плавления полимера и выдерживают до тех пор, пока у ее стенок не расплавится слой полимера нужной толщины; извлекают из термостата, охлаждают и высыпают нерасплавившиеся гранулы. В дальнейшем производят окончат. оплавление слоя, нагревая материал в оснастке без теплоизолирующей крышки. Методом засыпки изготовляют сравнительно тонкостенные крупногабаритные изделия (прогулочные лодки, бидоны для хранения и транспортировки жидкостей и др.).
1.2 Методы переработки армированных полимерных материалов
Особенностью изготовления изделий из армированных полимерных материалов является то, что материал и изделие в большинстве случаев изготовляются из исходных компонентов одновременно. Для создания изделий с требуемыми эксплуатационными свойствами выбранные методы и режимы переработки должны обеспечивать необходимую монолитность материала, требуемое содержание, ориентацию и равнонапряженность армирующего наполнителя.
Подготовительные операции включают подготовку наполнителя (сушка, различные виды энергетической и химической обработки для улучшения совмещения со связующим), формообразующей и формующей оснастки и оборудования, а в ряде случаев - приготовление связующего и его нанесение на наполнитель. Структура и форма используемого армирующего наполнителя во многом определяют выбор метода изготовления заготовки изделия.
Получение заготовки изделия выбранным методом осуществляют путем укладки армирующего наполнителя в заданной последовательности на оснастке, определяющей форму будущей детали. При этом ориентация волокнистого наполнителя выдерживается в соответствии с эпюрой напряжений, что обеспечивает требуемую анизотропию свойств материала в изделии.
Изготовление заготовки детали может производиться с использованием препрега - предварительно пропитанного связующим наполнителя, высушенного или подотвержденного (т. наз. сухой способ намотки, выкладки), с пропиткой наполнителя в процессе его выкладки или намотки (т. наз. мокрый способ намотки, выкладки), с чередованием слоев непропитанного или частично пропитанного наполнителя со слоями связующего в виде плавкой пленки или с использованием наполнителей, в которых армирующие волокна чередуются с волокнами матричного материала (волоконная технология).
Получение заготовки изделия из полимерных материалов, армированных непрерывными волокнистыми наполнителями (главным образом нитями, жгутами, ровингами, лентами, тканями, трикотажными материалами), осуществляют методами послойной выкладки, намотки, методом плетения или ткачества, а также комбинированным методом.
Методом послойной выкладки с наполнителями из непрерывных волокон изготовляют заготовки листов, плит, обшивок, а также изделий сравнительно простых геометрических форм. При послойной выкладке слои препрега или непропитанного армирующего наполнителя последовательно, соблюдая заданную ориентацию, собирают на жесткой форме (пуансоне), повторяющей форму изделия, в пакет до требуемой толщины. В процессе выкладки производят послойное уплотнение пакета с помощью ролика или др. инструмента. При серийном производстве применяют специальные выкладочные установки или комплексы с применением робототехники и программного управления.
Метод намотки широко применяют для изготовления заготовок изделий, имеющих форму тел вращения. При использовании однонаправленных непрерывных армирующих наполнителей в виде нитей, жгутов, лент, ровницы применяют окружную, продольную, спиральную (геликоидную) или комбинированную намотку.
Спиральную намотку применяют для изготовления оболочек совместно с днищами, деталей конической формы, изделий переменного сечения. При комбинированной намотке сочетают в любых вариантах спиральную, продольную или окружную намотку для достижения требуемой анизотропии свойств материала. Простейший вид комбинированной намотки - продольно-поперечная. Применение многокоординатных намоточных станков с программным управлением позволяет автоматизировать процесс намотки и сделать его высокопроизводительным.
При использовании армирующих наполнителей в виде тканей, холстов, бумаги, лент с перекрестным расположением волокон применяют окружную намотку с прикаткой, например при изготовлении труб, цилиндров, оболочек конической формы. Если уплотнение материала вследствие натяжения наполнителя или при прикатке является достаточным для обеспечения необходимой плотности материала при последующем отверждении изделия, то намотка представляет собой и метод формования.
Комбинированные методы создания заготовок изделий включают несколько различных методов при сборке одной детали, например сочетание послойной выкладки и намотки.
Указанные выше методы позволяют ориентировать наполнитель в одной или двух плоскостях изделия. При необходимости получения объемного армирования в трех и более плоскостях применяют метод плетения или ткачества заготовки из жгутов или нитей. Направление армирования и содержание наполнителя в каждом из направлений определяются условиями эксплуатации детали. Метод плетения применяется также для создания многослойных заготовок деталей, в которых слои механически связаны между собой.
Изготовление заготовки детали из полимерных материалов, армированных короткими волокнами, производят методом послойной выкладки с использованием рулонных наполнителей в виде матов, холстов, войлока, бумаги, как предварительно пропитанных, так и пропитываемых в процессе изготовления заготовки, а также методами напыления, насасывания и осаждения рубленых волокон. При изготовлении заготовок изделия методом напыления в качестве наполнителей используют отрезки жгутов (30-60 мм), которые с помощью спец. установок напыляют потоком воздуха совместно со связующим на форму до достижения требуемой толщины. Этим методом производят крупногабаритные изделия, например корпуса лодок и катеров, элементы легковых и грузовых автомобилей, контейнеры различного назначения, плавательные бассейны, покрытия полов, облицовки бетонных конструкций.
Метод насасывания применяют при производстве изделий сравнительно небольших размеров. Изготовление заготовки осуществляют главным образом в камере насасывания, в верхней часть которой подается рубленое волокно (рис. 12); в нижней части камеры на вращающемся столе смонтирована перфорир. форма, через которую с помощью мощного вентилятора просасывается (прокачивается) воздух.
Распыленное волокно, увлекаемое потоком воздуха, насасывается на форму до обеспечения требуемой толщины.