ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВІ РІДКИХ ПОЛІМЕРІВ
Часто для виготовлення деталей з полімерних композитних матеріалів як зв'язувальну речовину використовують смоли, які перебувають у рідкому стані при кімнатній температурі. До найефективніших з них належать поліефірні та епоксидні смоли. Наповнювачами служать переважно скляні, а також вуглецеві, борні й органічні волокна та тканини на їх основі. Поліефірні й епоксидні смоли мають добру змочувальну здатність і високу адгезію до наповнювачів. Вони тверднуть без тиску або під невисоким тиском при кімнатній температурі під дією затверджувачів й пришвидшувачів процесу.
Основними способами виготовлення деталей зі склопластиків є вільне лиття, контактне формування, вихрове напилення, автоклавне формування, намотування і відцентрове лиття.
Вільним литтям виробляють деталі простої конфігурації, заливаючи заздалегідь приготовлену з потрібних компонентів полімерну суміш у холодну або гарячу форму, де ця суміш твердне без прикладення тиску. Полімерна суміш складається з по-ліефірної або епоксидної смоли, затверджувача, наповнювача, іноді пришвидшувача тверднення та барвника. Маса деталі обмежується декількома десятками кілограмів. Ливарні форми виготовляють із сталі, сплавів кольорових матеріалів, гіпсу або деревини.
Контактним формуванням вручну виробляють деталі з полімерних композитних матеріалів у спеціальних формах. Таку форму 1 (рис.8.1) виготовляють з деревини, гіпсу або металу. її робоча поверхня відтворює зовнішню поверхню деталі. На робочу поверхню наносять роздільний шар 2 із полівінілового спирту, нітролаку або целофанової плівки, який запобігає прилипанню смоли до поверхні форми, Відтак пензлем або пульверизатором наносять рідку (найчастіше поліефірну смолу) із затверджувачем і на цей шар накладають наповнювач — склотканину 3. Щоб забезпечити надійне просочування тканини смолою, щільне прилягання до поверхні форми й усунути бульбашки повітря, кожен накладений шар обкочують роликом 4. Кількість шарів залежить від необхідної товщини стінки деталі. Смола твердне на повітрі при кімнатній температурі, надійно з'єднуючись із склотканиною. Після затвердіння деталь виймають з форми. Процес можна пришвидшити, застосовуючи просочену тканину.
Рис. 8.1.Схема контактного формування:
1 — форма; 2 — роздільний шар; З — склотканина; 4 — ролик
Спосіб контактного формування характеризується простотою устаткування й не вимагає високої кваліфікації персоналу, проте він низькопродуктивний й не забезпечує достатньо високої якості виробів. Контактно формують такі великогабаритні деталі як корпуси байдарок й хімічних апаратів, кузови спортивних автомобілів і ін. в умовах одиничного й дрібносерійного виробництв.
Під час вихрового напилення машинним способом наносять одночасно на поверхню форми смолу, затверджувач і подрібнене волокно, після чого обкочують отриманий шар гумовим роликом. Довжина подрібнених скловолокон становить 90...100 мм, а його об'ємна частка в напиленому шарі не перевищує 30 %. Цей спосіб продуктивніший порівняно з контактним формуванням і використовується у серійному виробництві великогабаритних деталей.
Автоклавне формування розпочинається з нанесення на поверхню форми полімерної суміші одним з розглянутих вище способів і завершується у герметично закритому резервуарі (автоклаві), куди поміщають разом з формою заформовану деталь. Вільну поверхню суміші накривають гумовим чохлом, який під дією створеного в автоклаві тиску забезпечує щільне прилягання майбутньої деталі до поверхні форми. Попередньо краї чохла герметично затискають на формі, а з-під чохла вакуумним насосом відсмоктують повітря. Тиск (1…2 Мпа) в автоклаві створює нагріте повітря, гаряча вода або пара. Після тверднення зв’язувальної речовини форму висувають з автоклава й відокремлюють від неї деталь. Автоклавним формуванням виготовляють у серійному виробництві великогабаритні й складні деталі високої якості.
Намотування полягає у тому, що на оправку неперервно укладають просочений зв’язкою наповнювач у вигляді волокна або стрічки. Оправка 3 (рис. 8.2) обертається навколо своєї осі, а котушка 1 з наповнювачем 2 переміщається у зворотно-поступальному напрямку. Сформовану деталь разом з оправкою поміщають у камеру тверднення. По закінченні технологічного циклу оправку виймають.
Залежно від напрямку укладання наповнювача на оправку розрізняють спіральне і поздовжньо-поперечне намотування. Під час спірального намотування (рис. 8.2) наповнювач укладають на поверхню оправки по спіралі, а під час поздовжньо-поперечного — по твірній циліндра і по спіралі. Намотування — один з найдосконаліших способів створення порожнистої високоміцної деталі з полімерного композитного матеріалу. В автомобілебудуванні цим способом виготовляють, наприклад, карданний вал автомобіля „Тоуоїа», в авіабудуванні — секції трансмісійного вала, лопаті та носову його частину, балони високого тиску тощо.
Відцентровим литтям у обертальній формі виготовляють вироби великих розмірів, що мають вигляд тіл обертання. В порожнину форми завантажують рідку зв’язувальну речовину та подрібнене скловолокно. Шд-дією відцентрових сил полімерна суміш притискається до стінки форми й ущільнюється. Після завершення процесу форму зупиняють і виймають виріб.