Основные технологические процессы формообразования изделий из ПКМ

ПКМ – полимерный композиционный материал

Общая характеристика технологических процессов формообразования изделий из ПКМ.

Контактное формование. Процесс КФ заключается в послойной укладке заготовок из волокнистого наполнителя на форму вручную, напылением или с помощью специальных выкладочных центров. Пропитку заготовок можно осуществлять как на форме, так и предварительно, с последующим удалением пузырьков воздуха из межслойного пространства. Этим способом можно изготавливать изделия практически любых размеров, но достаточно простой конфигурации. В США этот метод называют “метод ведра и щетки” (busket and brush). Способ контактного формования имеет ряд недостатков, которые проявляются в условиях серийного производства. К ним относятся: значительный разброс показателей физико-механических свойств изделий, длительность процесса формования, тяжелые условия труда. Однако применение способа КФ для производства крупногабаритных изделий в небольших количествах считают экономически целесообразным, так как не требуется сложной и дорогостоящей технологической оснастки и оборудования.

Формообразование эластичной диафрагмой. Процесс заключается в том, что изделие вакуумируется в резиновом мешке и формуется под действием равномерного давления воздуха или смеси газов (в автоклаве), которое распределяется по всей поверхности изделия. Этот способ применяют для получения качественных изделий с высокими упругопрочностными характеристиками, поскольку процесс отверждения проходит при повышенных температурах, а внешнее давление уменьшает пористость и улучшает пропитку материала. К недостаткам способа относятся большие трудозатраты, энергозатраты, а также проблемы, связанные с выпуском крупносерийных партий изделий.

Формообразование давлением. Процесс осуществляется вакуумной пропиткой, или пропиткой под давлением связующим сухого армирующего материала, заложенного в форму. Эти способы формования применимы в основном для изготовления изделий, имеющих простую симметричную форму – днища, кожуха, конуса. Кроме того, трудность изготовления форм больших размеров, высокая стоимость оборудования ограничивают размеры изделий, изготавливаемых этим способом.

Прессование в формах открытого и закрытого типов. Методом прессования получают детали и узлы разнообразного назначения, формы и размеров, обладающие высокой механической прочностью и жесткостью. Существует две разновидности метода прессования: прямое и литьевое. Прямое горячее прессование рационально применять для изготовления деталей средней сложности, больших габаритов и массы; литьевое – для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации. К недостаткам этих способов относятся сравнительно низкие упругопрочностные характеристики материалов (особенно при литьевом прессовании) вследствие хаотичного расположения коротких волокон, армирующих материал, а также необходимость использования дорогостоящих прессформ.

Намотка. Процесс заключается в укладке нити, жгута, ленты или ткани на вращающуюся или неподвижную оправку, и отверждения изделия на ней. Существует множество способов укладки: спиральная намотка, закатка, продольно–поперечная, по геодезическим линиям, хордовая, обмотка неподвижной оправки и т.д. Совершенство процесса изготовления изделий методом намотки определяет возможность его автоматизации и механизации. Намоткой изготавливают: трубы, резервуары, обечайки, различные пустотелые профили, используя достаточно простую технологическую оснастку. При намотке однонаправленных лент, жгутов, нитей получают изделия с максимальными физико-механическими показателями. Для изготовления наиболее ответственных изделий осуществляют намотку сухих препрегов (“сухая” намотка). При этом, как правило, используют связующие горячего отверждения. К недостаткам этого метода следует отнести неравномерность распределения связующего по толщине стенки намоточного изделия и определенные трудности при съеме изделий с оправки (особенно при длине оправки более 2 м).

Пултрузия. В технологическом процессе ориентация волокон в профилях различных сечений осуществляется методом протяжки, согласно которому собранные в жгут волокна с нанесенным связующим протягивают через клинообразную нагретую фильеру, где происходит уплотнение и отверждение материала. Поскольку при этом исключается выдержка материала под давлением, то в процессе пултрузии используют, как правило, расплавы смол, не содержащие растворителей (эпоксидные, полиэфирные). В соответствии с этим методом, можно формовать различные профили из непрерывных нитей или жгутов, и получать изделия с максимальными значениями прочности при растяжении и изгибе вдоль оси протяжки. Для улучшения пропитки и смачивания жгута, обычно используют две фильеры (формообразующую и калибровочную), расположенные после ванны со связующим.

Предварительное формование заготовок и матов. Различают следующие методы предварительного формования заготовок и матов: приточное насасывание; распыление; центробежная фильтрация; отлив пульпы. Независимо от выбранных способов, процессы предварительного формования заготовок и матов можно считать примерно одинаковыми, различие состоит лишь в подготовке материалов (до формования) и сложности получаемых изделий. Этим способом получают предварительно отформованные заготовки, близкие по форме к детали, а также маты, которые в дальнейшем перерабатываются в изделия.