13.4. Технология изготовления изделий из композиционных материалов.

Изделия из полимерных композиционных материалов могут быть получены различными способами. В промышленном производстве наибольшее распространение получили метод намотки и прессования. Прессование может осуществляться с использованием смеси предварительно нарубленного волокна и полимерного связующего. Может быть также применен способ предварительной выкладки армирующей основы с последующей пропиткой связующим и прессованием. При нарубке волокна его оптимальная длина определяется из условия равнопрочности разрыва волокна и выдергивания его из матрицы. При предварительной выкладке волокна прочность изделия из КМ будет выше, т.к. волокно располагается по направлениям силовых потоков, возникающих при эксплуатационных нагрузках и, следовательно, более полно воспринимает нагрузку. Однако производительность при этом методе ниже, чем при прессовании изделий из массы полимера и рубленного волокна.

Наиболее широкое распространение получил метод намотки. При этом существует метод сухой и мокрой намотки. Рассмотрим метод мокрой намотки. Намотка осуществляется на оправку, установленную на станок с числовым программным управлением. Этот метод носит также название метода спиральной намотки. Имеются промышленные станки российского производства: для крупногабаритных изделий КУ-319, для малогабаритных – СНП-2. Указанные станки имеют пять степеней свободы, что позволяет обеспечивать намотку изделий сложной конфигурации. При этом за счет пяти координат, по которым имеют возможность перемещаться исполнительные элементы станка, может быть обеспечено изготовление изделий достаточно сложной конфигурации с требуемым профилем толщины стенки. Вместе с тем этот метод изготовления подходит для изделий, по форме близких к телам вращения. Элемент станка, называемый лентоукладчик, имеет четыре степени свободы: перемещение по трем координатам в пространстве и вращение вокруг своей оси. Пятая координата обеспечивается вращением оправки в центрах станка, на которую осуществляется намотка изделия. Оправка может быть одноразовой или многоразовой. Одноразовая оправка изготавливается из дешевых материалов, например, из гипса. Для обеспечения требуемой точности и частоты поверхность оправки обрабатывают механическим путем. Многоразовая оправка изготавливается, как правило, из стали. Для того, чтобы в процессе изготовления композиционный материал не прилипал к оправке, ее поверхность покрывается специальным составом, например, жаростойким фторопластом. Укладка композита на поверхность оправки осуществляется по заранее разработанной программе. При этом схема намотки разрабатывается таким образом, чтобы армирующая основа располагалась по направлениям силовых потоков. После намотки изделия на оправку в соответствии с разработанной программой и расчетной схемой намотки, оно направляется в печь на полимеризацию. Процесс полимеризации длится 3-4 часа при температуре 130 С. После полимеризации изделие на оправке отправляется на механическую обработку отдельных поверхностей. Следующим этапом является съем с оправки или ее удаление из готового изделия. Заключительным этапом является контроль качества поверхностей изделия и соответствия геометрических параметров требуемым.

Недостатком изложенного способа изготовления является то, что это производство с вредными условиями. Пары связующего создают неблагоприятные в экологическом плане условия производства. Более прогрессивной и экологически благополучной является технология намотки препрегом. Препрег – это предварительно сформированная, пропитанная и частично полимеризованная лента. Препреги получают в специальных герметичных башнях. Техпроцесс изготовления с использованием препрегов принципиально ничем не отличается от метода мокрой спиральной намотки и носит название метода сухой намотки.