15.5. Контактное формование

15.5. Контактное формование
Наиболее простым по аппарату рно-технол отческому оформлению способом по¬лучения полимерных композиционных материалов продолжает оставаться контакт¬ное формование, которое применяется дня изготовления крупногабаритных малона-гружениых деталей сложной конфигурации: коробчатых кожухов механизмов, баков, корпусов и других элементов лодок, катеров н пр. Контактное формование изделий в открытых формах осуществляют в основном двумя методами — ручной укладкой и напылением. Технология ручной укладки включает следующие основные операции:
— нанесение разделительных покрытий на формы;
— раскрой тканых или нетканых армирующих материалов;
— приготовление связующего;
— укладка армирующего материала на форму;
— нанесение на армирующий материал связующего и пропитка им арматуры;
— отверждение связующего при комнатной температуре или при нагревании ДО 70-95 "С;
— извлечение изделия из формы и его механическая обработка согласно требова¬ниям чертежа;
— контроль качества изделия.
Метод (формования напылением отличается от описанного тем, что волокнистая арматура (стекловолокно, базальтовое волокно, углеволокно) в виде бесконечного ровинга рубится на короткие отрезки — штаиельки — н доставляется в (форму одно¬временно со смесью соответствующей смолы и катализатора. Варьирование соотно¬шения смолы и наполнителя, вида армирующего материала и системы его укладки, типа смолы и ее наполнителей позволяет в широких пределах изменять свойства по¬лучаемых композиционных пластиков, поскольку структура и свойства композита, да и само изделие формообразуется в процессе его получения.
При конструировании деталей необходимо располагать данными о напряжениях, которые они будут испытывать в процессе хранения и эксплуатации, что позволяет определить необходимые прочностные характеристики применяемого материала.
Технологические особенности полимерных КОМПОЗИТОВ учитывают при конст¬руировании. Реальная минимальная толщина изделии: при формовании ручной укладкой слоен — 0,8 мм, при напылении — 1,5 мм. При наличии прямых внутрен¬них углом армирующий компонент стскловолокнистого композиционного материа¬ла (СВКМ) не будет прилегать к поверхности формы, прямые наружные углы арма¬тура не сможет охватить плотно (рис. 15.8). Минимальный радиус закругления внутренних углов 4.8-6,4 мм. При изменении толщины изделия следует прибавить вал убавить число споен материала. В целях ликвидации высоко напряженных зон необхо¬димо н:(бегать резких переходов толщины, изменять ее постепенно, укладывая стон ступенчато пли подобно кровельной черепице. Реальная максимальная толщина, в принципе, не ограничивается, но с учетом отверждения — б мм. В качестве основных элементов технологической оснастки при контактном формовании используют формы, модели и вставки (стержни). Их назначение аналогично традиционной оснастке, испо¬льзуемой в литейном производстве, но имеет ряд особенностей, зависящих от применя¬емых материалов. Модели и вставки изготавливают из дерева, гипса, комбинаций гипса С металлами И другими материалами. Для получения срорм часто используют стеклона-ПОЛпенные пластики. Рекомендуется следуюпдая последовательность операций:
— по указанным на чертеже размерам изготавливают модель из дерева, гипса, фа¬неры или другого материала; шероховатость ее поверхности должна быть такой же, как и ГОТОВОГО изделия:
— но модели методом выкладки или полива получают оболочку - форму, поверх¬ность которой в точности воспроизводит поверхность модели: сформированная по¬сле отверждения форма ил стскловолокнистого композита может быт ь упрочнена же¬стким материалом (металлом или деревом), чтобы не повредить ее при эксплуатации:
— форму отделяют от модели (при этом модель часто разрушают), осматривают ее поверхность и полируют для улучшения внешнего вида и облегчения извлечения формуемых изделий;
— па отполированную форму наносят несколько слоен пастоентразиого парафина (три нлн четыре). Каждый слой должен быть хорошо отполирован чистой салфеткой. После нанесения каждого слоя форма выдерживается до затвердевания парафина. Па стадии обкатки формы для облегчения съема готовых изделий периодически (после формования 1-4 деталей) на ее поверхность дополнительно напыляют поливинило¬вый спирт.




СВКМ


Рис. 15.8. Конструктивное оформление изделий из композиционных пластиков: а, 6- внут-
ри ie и наружные углы; в - изменение тол шины
Непосредственно перед формованием изделии на поверхность формы кистью либо распылением наносят наружный смоляной слой (гелысоат). Для ЭТОГО использу¬ют полиэфирную смолу, содержащую наполнители и пигменты, но без армирующих добавок. Эта композиция в процессе срормования переходит на формуемое изделие, образуя наружный слой. Обычно цвет гслькоата отличен от цвета композита, что обеспечивает визуадьнуюоценку полноты п равномерности нанесения покрытия.Та¬ким образом, «окрашивание» детали производится раньше, чем она будет изготовле¬на. Декоративная глянцевая поверхность практически не требует последующей от¬делки.
Следующей операцией является подготовка материала. Все типы армирующих Материалов — маты из рубленой стеклопряжн, ткани н тканый ровинг — поступают Б виде больших рулонов различной ширины. Лист нужной длины вырубается из ру¬лона и обрезается но шаблону. Затем тщательно смешивают заранее отмеренные ко¬личества смолы и отвердителя. Композицию можно наносить на подокно как вне фор¬мы, так и внутри нее. Возможно использование распылителя, который автоматически дозирует и смешивает компоненты. Для уплотнения материала и удаления пузырь¬ков воздуха применяют щетки, резиновые И зубчатые валики. Необходимое число слоев мага и (или) тканого ровинга набирается до достижения расчетной суммарной толщины. Слои мата и тканого ронинга следует чередовать для обеспечения хорошей иежслойной прочности сцепления, предотвращения появления воздушных включе¬ний. При использовании только матов содержание волокна должно быть 25-35 %. В стеклопластиках, полученных с применением матов и тканого ровинга, содержание стекловолокна находится в пределах 35-45 %, а при использовании только ткани — около 50%. Продолжительность отверждения смол и композитов зависит от темпера¬туры; при комнатной температуре — от 10-20 мни до 14 суток, при 65 "С — 5-30 мни. при 82 "С - 1,5-5 Мин.
При контактной формовке напылением измельченное волокно и смола одновремен¬но ВВОДЯТСЯ в Открытую форму. Ровинг волокна проходит через рубильное устройство и вдувается в поток смолы, который направляется в (|юрму распылительной системой.

Обычно размер пгтанелек. на которые рубится ровинг, составляет 12-50 мм. Возможная схема напыления приведена на рис. 15.10. Одна распыл ютльная головка впрыскивает СМОЛу. ii|KMnapiiTf лыю смешанную с «твердигелем, или только отвсрдитсль. в то время как вторая головка полает сметь смолы с ускорителем отверждения. После введении в форму смолы с волокнистой армату ]юп обращавшийся слон прикатывают вручную ДЛЯ удаления воздуха,уплотнения н получения гладкой поверхности. Технология отвер¬ждения аналогична применяемся! при формовании ручной укладкой.
Пример современного оформления оборудования для напыления представлен на рис. 15.11.





При массовом производстве методами формования ручной укладкой и напылени¬ем таких изделии, кик корпуса лодок и катеров, раковины, ванны и пр., применяют |ю-боты (рис. 15.12). Преимущество автоматизированного устройства заключается ц возможности строгого выполнения технологических требовании и сведении функ¬ций оператора только к контролю за процессом, замене форм и обеспечению сырьем.
После отверждении композита производят обрезку и зачистку кромок. При пра¬вильном подборе отнердителя в конце стадии отверждения присутствует короткий отрезок времени, когда СЛОИСТЫЙ пластик становится твердым, нелнпким. кожепо¬добным. Именно в этот временной интервал можно ножевым устройством обрезать кромки по шаблону.
Преимуществами способов формования полимерных композиционных материа¬лов ручной укладкой п напылением являются: универсальность, возможность полу¬чения изделии сложной формы и большого размера, низкая стоимость оснастки, воз¬можность создавать слоистые конструкции, в том числе с закладными деталями, пригодность для опытного производства. Вместе с тем для них характерны большие затраты ручного труда, низкая производительность, зависимость качества изделий от квалификации формовщика, трудность обеспечения однородности материала н ста¬бильности его физико-Механических свойств. Контактной формовкой производят широкую номенклатуру изделий: кузова, крылья- крыши автомобилей, прицепы: кан¬ны, желоба, моЙКИ, бочки, цистерны, баки, бункеры, элементы ненесущих строитель¬ных конструкций в виде стеновых панелей, дверей, оконных блоков и многое Другое.