Получение деталей из композиционных пластиков

С технологической точки зрения удобно использовать отдельные пластмассы, находящиеся в жидком состоянии при нор­мальной температуре. В первую очередь это относится к производ­ству крупногабаритных деталей из композиционных пластиков. Пластики состоят из связующей смолы, наполнителя и в некоторых случаях отвердителя и ускорителя отверждения. В качестве связу­ющего предпочтительнее использовать полиэфирные и эпоксидные смолы. Эти смолы характеризуются высокой адгезией к наполни­телю и способностью отверждаться при нормальной температуре за счет добавления к ним отвердителей и ускорителей отверждения (перекиси бензола, нафтената, кобальта, полиэтиленполиамина и др.). Высокая прочность композиционных пластиков зависит от при­меняемых наполнителей (стеклоткани и стекловолокна, хлопчато­бумажные ткани и волокна, металлическая сетка и проволока, углеродные и борные волокна и т. п.). Тип наполнителя зависит от требуемых свойств создаваемого материала. В отдельных слу­чаях в состав пластиков вводят пластификаторы и красители.

К основным способам изготовления деталей из композиционных пластиков относятся контактная формовка, автоклавная формовка, стирометод, вихревое напыление, центробежная формовка, намотка и др.

Контактной формовкой изготовляют крупногабаритные детали с наполнителями из стеклотканей, стекломатов и т. д. Применяют формы из дерева, гипса и легких сплавов. Форма должна точно воспроизводить наружный или внутренний контур детали.

Перед формовкой на рабочие поверхности формы наносят разде­лительный слой (поливиниловый спирт, нитролаки, целлофановую пленку и др.), предотвращающий прилипание связующего к поверх­ности формы. По разделительному слою наносят слой связующего, затем слой предварительно раскроенной ткани, которую тщательно прикатывают резиновым роликом к поверхности формы. Этим до­стигаются плотное прилегание ткани к поверхности формы, удаление пузырьков воздуха и равномерное пропитывание ткани связующим. Затем снова наносят связующее, ткань и т. д. до получения задан­ной толщины. Отверждение происходит при нормальной темпера­туре в течение 5–50 ч, в зависимости от вида связующего. Время отверждения сокращают увеличением температуры до 60–120 °С. После отверждения готовую деталь извлекают из формы и в слу­чае необходимости подвергают дальнейшей обработке (обрезке кромок, окраске и т. д.).

Особенность контактной формовки – простота оснастки и воз­можность получения деталей любых размеров и форм. Однако этот метод малопроизводителен, качество получаемых деталей не доста­точно высокое из-за неравномерной укладки наполнителя и связу­ющего. К нему предъявляют определенные требования по технике безопасности. Поэтому контактную формовку применяют в опытном и мелкосерийном производствах.

Автоклавную формовку применяют при выпуске деталей боль­шими сериями. Форму с деталью накрывают резиновым чехлом и помещают в герметический резервуар (автоклав). С помощью пара или воды в автоклаве создают определенное давление.

Стирометодом изготовляют крупногабаритные детали из компо­зиционных пластиков с замкнутым полым профилем (полые рамы, диски, кронштейны и т. д.). На тонкостенный поливинилхлоридный чехол, размеры которого соответствуют размерам изготовляемой детали, наматывают волокно. Заготовку укладывают в разогретую до температуры 100–120 °С пресс-форму. Под действием давления воздуха, разогретого внутри шланга, заготовка растягивается до размеров полости пресс-формы. В пространство между чехлом и пресс-формой за счет создания вакуума засасывается связующее.

Приведенные способы формовки используют в основном для изготовления деталей из пластиков с длинноволокнистыми напол­нителями. При применении измельченных наполнителей процесс изготовления деталей удается механизировать. Наполнитель и связующее подают под давлением сжатого воздуха.

Вихревым напылением изготовляют крупногабаритные детали из стеклопластиков (кузова легковых и грузовых автомобилей, кор­пуса лодок, емкости и др.). Стекловолокно и смолу с отвердителем и ускорителем отверждения наносят на форму специальным пульвери­затором. Смола смачивает стекловолокно в вихревом потоке, обра­зованном сжатым воздухом. Стекловолокно со связующим, нане­сенные на форму, вручную уплотняют роликом.

Высокой степенью механизации отличается напыление с помощью передвижной установки, в которой смонтированы режущее устрой­ство для стекловолокна, вентилятор для подачи сжатого воздуха, распылитель и емкости для связующего, отвердителя и ускорителя. Стекловолокно разрезают на отдельные куски длиной 10–90 мм. Распылитель имеет три сопла: центральное для подачи стекловолокна и два боковых (одно служит для подачи связующего и отвердителя, другое — связующего и ускорителя отверждения). Смешение ком­понентов происходит на поверхности формы или перед нею в потоке сжатого воздуха.

Центробежной формовкой получают детали больших габаритных размеров, имеющие форму тел вращения, толщиной 2–15 мм, диа­метром до 1 м и высотой до 3 м.

Стекловолокно и связующее равномерно подают во вращающуюся форму. После формовки в форму помещают резиновый мешок, с по­мощью которого создается давление на заготовку. В таком состоянии происходит отверждение композиции при определенной температуре. Намоткой получают трубы и сложные по форме оболочки из композиционных пластиков. Основным элементом технологической оснастки является металлическая оправка, на которую перед на­моткой укладывают пленку, облегчающую снятие изделия. При намотке оправка совершает вращательное и возвратно-поступатель­ное движение. Волокно или тканевую ленту смачивают связующим. Отформованную заготовку покрывают защитной целлофановой плен­кой и отправляют в камеру для отверждения.

Основной недостаток производства крупногабаритных деталей из пластиков — невысокая производительность труда, повышение которой возможно за счет механизации технологического процесса.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЗИНОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Состав, свойства и области применения резиновых деталей

В производстве резиновых технических деталей основным видом сырья являются натуральные и синтетические каучуки. На­туральные каучуки не нашли широкого применения, так как сырьем для их получения служит каучукосодержащий сок отдельных сортов растений. Сырьем для получения синтетических каучуков является нефть, нефтепродукты, природный газ, древесина и т. д. Каучук в натуральном виде в промышленности не применяют, его превра­щают в резину вулканизацией. В качестве вулканизирующего ве­щества обычно используют серу. Количество серы определяет эла­стичность резиновых деталей. Например, мягкие резины содержат 1 – 3 % серы, твердые (эбонит) – до 30 % серы. Процесс вулкани­зации происходит под температурным воздействием (горячая вулка­низация) или без температурного воздействия (холодная вулкани­зация). Для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств резиновых технических деталей и снижения расхода каучука в состав резиновых смесей вводят различные компоненты.

Наполнители уменьшают расход каучука, улучшают эксплуата­ционные свойства деталей. Наполнители подразделяют на порошко­образные и тканевые. В качестве порошкообразных наполнителей применяют сажу, тальк, мел и др. К тканевым наполнителям относят хлопчатобумажные, шелковые и другие ткани. В некоторых случаях для повышения прочности деталей их армируют стальной прово­локой или сеткой, стеклянной или капроновой тканью. Количество наполнителя зависит от вида выпускаемых деталей.

Мягчители (парафин, стеариновая кислота, канифоль и др.) служат для облегчения процесса смешивания резиновой смеси и обеспечения мягкости и морозоустойчивости. Для замедления про­цесса окисления в резиновые смеси добавляют противостарители (вазелин, ароматические амины и др.). Процесс вулканизации уско­ряют введением в смесь оксида цинка и др.

Красители (охра, пятисернистая сурьма, ультрамарин и др.) вводят в смесь в количестве до 10 % массы каучука.

Высокая эластичность, способность к большим обратимым де­формациям, стойкость к действию активных химических веществ, малая водо - и газопроницаемость, хорошие диэлектрические и дру­гие свойства резины обусловили ее применение во всех отраслях народного хозяйства. В машиностроении применяют разнообразные резиновые технические детали: ремни — для передачи вращатель­ного движения с одного вала на другой; шланги и напорные рукава— для передачи жидкостей и газов под давлением; сальники манжеты, прокладочные кольца и уплотнители — для уплотнения подвижных и неподвижных соединений; муфты, амортизаторы — для гашения динамических нагрузок; конвейерные ленты — для оснащения по-грузочно-разгрузочных устройств и т. д.