Статья на тему Технология производства полимерных композиционных материалов

Введение:

В настоящее время резко увеличился спрос на полимерные композиционные материалы с особыми свойствами, как следствие предъявляются высокие требования к технологии их производства.

Большинство методов, применяемых в данное время, являются трансформированными аналогами методов производства, используемых в керамической и металлоперерабатывающей промышленности.

Фрагмент текста работы:

Кроме сырьевых материалов структура и свойства ПКМ и изделий из них определяются методами их получения и основными технологическими параметрами, к которым относятся давление формования изделий и температурно-временные режимы.

Выбор метода получения определяется технологическими свойствами полимерного связующего (вязкостью, термостабильностью, температурным интервалом вязкотекучего состояния), степенью его наполнения, конфигурацией получаемых изделий, но в первую очередь метод получения определяется типом наполнителя (дисперсный, волокнистый, тканый, нетканый, монолитный листовой или пористый объемный [1]). Все методы получения ПКМ можно разделить на методы получения композиционных полуфабрикатов, которые в основном используются в случае применения термореактивных связующих [2], методы переработки полученных полуфабрикатов в изделия и комбинированные методы, в которых получение ПКМ и их переработка в изделия объединены в один процесс.

В большинстве случаев в качестве связующего наполнителя используется химически отверждаемая термореактивная смола, процесс отверждения характеризуется экзотермической химической реакцией. В основном используются полиэфирные, эпоксидные, фенольные и высокотемпературные смолы.

Чаще всего в изготовлении деталей сложной конфигурации применяют технологии суть которых заключается в выкладке «сухой» основы с последующей пропиткой связующим составом («влажная» формовка, намотка, инжекция, Resin Transfer Molding / RTM) или с поочередной выкладкой «сухой» основы с пленочным клеем (вакуумная пропитка, Resin Film Infusion / RFI).

Существует несколько основных технологий изготовления деталей из композиционных материалов, включая ручные и автоматизированные методы:

1. пропитка армирующих волокон матричным материалом;

2. формирование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой;

3. холодное прессование компонентов с последующим спеканием;

4. электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием;

5. осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием;

6. пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов;

7. совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и др.

Рассмотрим самые прогрессивные на текущее время:

Формование с подачей смолы (RTM — Resin Transfer Moulding):

Технология формования с подачей смолы заключается в следующем: на подготовленные части формы (верхнюю и нижнюю) наносится защитный слой гелькоут, после его высыхания в форму укладываются материалы, и форма закрывается. В верхнюю часть формы подается связующее. Связующее может подаваться как под малым давлением, так и с применением вакуума. После пропитки материала отверстие подачи смолы закрывается. В основном используется при давлении, так как улучшается пропитываемость материала в разы.

Материалы:

Связующие: при отсутствии давления могут применяться любые смолы. При давлении в основном используются эпоксидные;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Заполнители: любые, кроме сотовых, так как при подаче смолы под давлением соты могут быть разрушены.

Преимущества:

Обе стороны изделия имеют гладкую поверхность с предварительно заданным рельефом;

Минимизированы отходы материалов;

Отсутствие воздушных пузырей;

Точные размеры и отличное воспроизводство изделий;

Лучшее пропитывание материалов;

Экономия связующего вещества (смолы);

Минимальное взаимодействие с вредными веществами;

Cокращение времени изготовления изделия в 3-5 раз;

Увеличение скорости оборачиваемости оснастки;

Уменьшение количества рабочих, снижение требований к квалификации при производстве.

Недостатки:

Повышенная наукоемкость при проектировании оснастки;

Высокие начальные инвестиции;

Основное применение технологии при серийном изготовлении