7.6.3 Контактное формование

Наиболее простым по аппаратурно-технологическому оформлению является метод контактного формования, который применяется для изготовления строительных конструкций, корпусов лодок, маломерных судов, кузовов автомобилей, обтекателей и элементов фюзеляжа самолетов и ряда других крупногабаритных изделий сложных контуров, а также для футировки химических аппаратов, дымоходов, газоходов и емкостей. Контактное формование осуществляется вручную выкладкой армирующего наполнителя на поверхности формы с одновременной пропиткой его связующим также вручную кистями или распылительным пистолетом (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Контактное формование изделий из полимерных композитов: 1 – форма; 2 – формуемое изделие до уплотнения; 3 – прикатывающий валик; 4 – изделие после уплотнения	Рис. 7.13. Пресс-форма позитивного (а) и негативного (б) типа: 1 – форма; 2 – вакуумная система; 3 – резиновый чехол

Далее формуемое изделие прикатывается рифленым валиком для удаления пузырьков воздуха и уплотнения материала. После уплотнения готовое изделие можно прикрыть пленкой и прикатать гладким валиком – для разглаживания неровностей и удаления избытка связующего.

Формующую поверхность перед выкладкой наполнителя покрывают разделительным слоем. Отверждение изделий требует повышенной температуры и может осуществляться с помощью инфракрасных нагревателей или горячим воздухом.

Контактное формование осуществляется на негативных и позитивных формах (рис. 7.13) в зависимости от сложности их профиля.

Негативные формы (матрицы) обеспечивают получение изделий с гладкой наружной (внешней) поверхностью и применяются для изделий которые должны обладать хорошими гидро- или аэродинамическими свойствами (кузова автомобилей, корпуса лодок, катеров, яхт, речных и морских судов – с длиной 30 м и более, элементов фюзеляжа самолетов и ракет). Позитивные формы (пуансоны) предпочтительны при изготовлении воздуховодов, емкостей и других изделий, т.к. обеспечивают высокое качество внутренних поверхностей. Кроме того, позитивные формы более удобны в работе при выкладке и пропитке волокнистого наполнителя. Формы негативного и позитивного типов могут быть изготовлены из металла, чаще из алюминия в крупносерийном производстве, гипса, дерева и пластмасс, цемента.

Непосредственно контактное формование может быть осуществлено следующими способами: контактным давлением, вакуумным и автоклавным способами, способом “пресс-камеры”, прессованием в форме с жестким пуансоном и матрицей.

Формование при контактном давлении применяется при изготовлении сравнительно небольшого количества крупногабаритных и малонагруженных изделий. При этом способе давление создается путем укатки роликом пропитанной ткани или матов. Материал отверждается без давления в основном при комнатной температуре. В качестве связующего наиболее широко используются полиэфирные или эпоксидные смолы холодного отверждения. По указанному методу на негативную или позитивную форму укладывают целлофан или наносят смазку для предотвращения прилипания, а затем последовательно слои наполнителя и связующего. Первый слой связующего может содержать краситель и тиксотропные добавки. Количество наносимых слоев определяется заданной толщиной изделия.

При вакуумном формовании давление на материал образуется за счет разности давлений между наружным давлением и внутренним разряжением, создаваемым в полости между резиновым чехлом и жесткой формой (рис. 7.14).

Рис. 7.14. Схема вакуумного формования с применением резинового чехла: 1 – резиновый чехол; 2 – заготовка из пропитанного тканного наполнителя; 3 - форма	Рис. 7.14. Стеклопластиковая сотопанель

Давление создаваемое при вакуумном способе формования составляет 0,05÷0,08 МПа. На жесткую форму негативного или позитивного типа после нанесения смазки или пленки (из ПВХ или целлофана) помещают пакет пропитанной ткани или послойно укладывают отдельные слои ткани, которые пропитываются связующим на форме. Сверху на пакет стеклоткани укладывают тонкую оболочку из металла или стеклотекстолита, называемой цулагой. Она предупреждает образование складок и других поверхностных дефектов. Форма цулаги соответствует внешнему контуру изготовляемой детали. На цулагу или непосредственно на пакет материала, закрытый пленкой, укладывается резиновый чехол (аэростатная ткань). Чехол герметически по фланцам прижимается к форме струбцинами. На резиновом чехле равномерно расположены ниппели, которые через шланги соединены с ловушкой для летучих веществ и вакуумной системой. В процессе вакуумного формования обогрев формы производится в нагревательной камере. Вакуумным способом изготовляют строительные конструкции с сотовым заполнителем, например, сферы для защиты радиолокационных станций и носовые обтекатели самолетов. Эти изделия имеют промежуточные слои из текстолитовых или стеклопластиковых сотов, пенопласта.

Например, корпусное изделие радиотехнического назначения типа “лепесток” длиной 9000 м и шириной 1500 мм трехслойной конструкции: наружные обшивки и из 3-х слоев стеклоткани, пропитанной связующим (клей БФ-2, или БФ-4), промежуточный слой из сотопанелей (рис. 7.14) с величиной грани ячейки 5 мм и высотой 8 мм. Общая масса изделия (секции) – 75 кг, из которых собирается сфера – радиопрозрачное укрытие РЛС (рис. 7.15).

Автоклавный способ формования целесообразно применять при изготовлении большой серии крупных и сложных изделий (рис. 7.16).

При автоклавном формовании давление прессования (0,5÷2,5 МПа) создается паром, водой, реже сжатым воздухом. При таком давлении получаются высококачественные изделия. Форма автоклавного формования аналогична форме для вакуумного формования. Помещенная на тележку она закатывается в автоклав. Он заполняется паром или водой, создающие давление и обогрев. Формуемый материал равномерно всестороннее воспринимает давление. Обогрев может производиться электронагревателями, расположенными в форме и цулаге. При формовании изделий из углепластиков обогрев можно подвести к самой композиции.

Применяются автоклавы, используемые для вулканизации резиновых изделий.

Способ пресс-камеры с помощью эластичной диафрагмы применяется в серийном производстве. По этому способу формуемое изделие (рис. 7.17) располагается в замкнутой полости между жесткой матрицей или пуансоном и эластичной (резиновой) диафрагмой. Через нее передается высокое давление (0,15÷0,5 МПа) сжатого воздуха, пара или воды на изделие. Суммарное давление складывается из внешнего и остаточного давления, создаваемого при вакуумировании полости между

Рис.7.15. Стеклопластиковые радиопрозрачные оболочковые укрытия

Рис. 7.16 Схема формования деталей автоклавным способом: 1 – автоклав; 2 – тележка; 3 – болванка формы; 4 – пакет пропитанного тканного наполнителя; 5 – цулага с электрообогревом; 6 - резиновый чехол; 7 – плита основания

диафрагмой и формой. Изделия получаются монолитными и высокопрочными. Для отверждения связующего форму помещают в термокамеру. Способ пресс-камеры наиболее широко применяют при изготовлении многослойных изделий и конструкций радиотехнического назначения (носовые обтекатели самолетов и защитные сферы радиолокаторов). Создаваемое при этом способе формования давление обеспечивает более хороший контакт между промежуточными слоями из сотов или пенопласта и слоями стекло- или углепластика, чем при вакуумном формовании. Этот метод позволяет оформлять и внутренние полости изделия, например оконных переплетов, труб из термопластичных и термореактивных стеклонаполненных материалов.

Рис. 7.17. Схема прессования способом пресс-камеры: 1 – резиновый чехол; 2 – заготовка из пропитанного тканного наполнителя; 3 - матрица	Рис. 7.18. Схема прессования изделий на прессах с помощью упругого пуансона и жесткой матрицы: 1 – матрица; 2 – заготовка из пропитанного тканного наполнителя; 3 – пуансон; 4 – верхняя плита; 5 – плунжер пресса

Способ прессования изделий на прессах с помощью упругого пуансона и жесткой матрицы применяется для изготовления довольно глубоких изделий (рис. 7.18). Достоинство

этого метода состоит в том, что упругий и эластичный (резиновый) пуансон создает высокое, равномерное гидростатическое давление.

В целом, рассматривая контактное формование, необходимо отметить следующее. Недостатком является значительная стоимость изделий, обусловленная большими затратами ручного труда и длительным циклом изготовления. Изделия имеют повышенную внутреннюю пористость.

Достоинство – его универсальность в получении изделий любых форм и размеров.