Get a free lesson
Just type your contacts
It's totally free
Тех. поддержка:
О стеклопластике
Композиционные материалы представляют собой металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.); при этом композиционные материалы позволяют эффективно использовать индивидуальные свойства составляющих композиции. По характеру структуры композиционные материалы подразделяются на волокнистые, упрочнённые непрерывными волокнами и нитевидными кристаллами, дисперсноупрочнённые композиционные материалы, полученные путём введения в металлическую матрицу дисперсных частиц упрочнителей, слоистые композиционные материалы, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов. Сплавы с направленной кристаллизацией эвтектических структур также представляют собой композиционные материалы . Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения, получать композиционные материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиционные материалы с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами. Композиционные материалы своим прообразом имеют широко известный железобетон, представляющий собой сочетание бетона, работающего на сжатие, и стальной арматуры, работающей на растяжение, а также полученные в 19 в. прокаткой слоистые материалы.
Успешному развитию современных композиционных материалов содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью (1940-50); открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов (1950-60); разработка новых армирующих материалов - высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов (1960-70).
В технике широкое распространение получили волокнистые композиционные материалы, армированные высокопрочными и высокомодульными непрерывными волокнами, в которых армирующие элементы несут основную нагрузку, тогда как матрица передаёт напряжения волокнам. Волокнистые композиционные материалы, как правило, анизотропны. Механические свойства композиционных материалов определяются не только свойствами самих волокон, но и их ориентацией, объёмным содержанием, способностью матрицы передавать волокнам приложенную нагрузку и др. Диаметр непрерывных волокон углерода, бора, а также тугоплавких соединений (В4С, SiC и др.) обычно составляет 100-150 мкм.
Важнейшими технологическими методами изготовления композиционных материалов являются: пропитка армирующих волокон матричным материалом; формование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой; холодное прессование обоих компонентов с последующим спеканием, электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием; осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием; пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов; совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и другие.
Композиционные материалы в конструкциях, требующих наибольшего упрочнения, характеризуются расположением армирующих волокон по направлению приложенной нагрузки. Цилиндрические изделия и другие тела вращения (например, сосуды высокого давления), в основе которых лежат композиционные материалы, армируют волокнами, ориентируя их в продольном и поперечном направлениях. Увеличение прочности и надежности в работе цилиндрических корпусов, а также уменьшение их массы достигается внешним армированием узлов конструкций высокопрочными и высокомодульными волокнами, что позволяет повысить в 1,5-2 раза удельную конструктивную прочность корпусов из композиционных материалов по сравнению с цельнометаллическими корпусами.
Весьма перспективны композиционные материалы, армированные нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и др. материалов. Размеры усов обычно составляют от долей до нескольких мкм по диаметру и примерно 10-15 мм по длине.
Разрабатываются композиционные материалы со специальными свойствами, например радиопрозрачные и радиопоглощающие материалы, композиционные материалы для тепловой защиты орбитальных космических аппаратов, композиционные материалы с малым коэффициентом линейного термического расширения и высоким удельным модулем упругости и другие.
Успешному развитию современных композиционных материалов содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью (1940-50); открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов (1950-60); разработка новых армирующих материалов - высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов (1960-70).
В технике широкое распространение получили волокнистые композиционные материалы, армированные высокопрочными и высокомодульными непрерывными волокнами, в которых армирующие элементы несут основную нагрузку, тогда как матрица передаёт напряжения волокнам. Волокнистые композиционные материалы, как правило, анизотропны. Механические свойства композиционных материалов определяются не только свойствами самих волокон, но и их ориентацией, объёмным содержанием, способностью матрицы передавать волокнам приложенную нагрузку и др. Диаметр непрерывных волокон углерода, бора, а также тугоплавких соединений (В4С, SiC и др.) обычно составляет 100-150 мкм.
Важнейшими технологическими методами изготовления композиционных материалов являются: пропитка армирующих волокон матричным материалом; формование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой; холодное прессование обоих компонентов с последующим спеканием, электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием; осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием; пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов; совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и другие.
Композиционные материалы в конструкциях, требующих наибольшего упрочнения, характеризуются расположением армирующих волокон по направлению приложенной нагрузки. Цилиндрические изделия и другие тела вращения (например, сосуды высокого давления), в основе которых лежат композиционные материалы, армируют волокнами, ориентируя их в продольном и поперечном направлениях. Увеличение прочности и надежности в работе цилиндрических корпусов, а также уменьшение их массы достигается внешним армированием узлов конструкций высокопрочными и высокомодульными волокнами, что позволяет повысить в 1,5-2 раза удельную конструктивную прочность корпусов из композиционных материалов по сравнению с цельнометаллическими корпусами.
Весьма перспективны композиционные материалы, армированные нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и др. материалов. Размеры усов обычно составляют от долей до нескольких мкм по диаметру и примерно 10-15 мм по длине.
Разрабатываются композиционные материалы со специальными свойствами, например радиопрозрачные и радиопоглощающие материалы, композиционные материалы для тепловой защиты орбитальных космических аппаратов, композиционные материалы с малым коэффициентом линейного термического расширения и высоким удельным модулем упругости и другие.
Области применения композиционных материалов
Кроме авиационно-космической, ракетной и других специальных отраслей техники, композиционные материалы могут быть успешно применены в энергетическом турбостроении, в автомобильной промышленности - для деталей двигателей и кузовов автомашин; в машиностроении - для корпусов и деталей машин; в химической промышленности - для автоклавов, цистерн, аппаратов сернокислотного производства, ёмкостей для хранения и перевозки нефтепродуктов и др.
Стеклопластики
Композиционные материалы, состоящие из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего. Наполнителем служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (ровингов), стеклотканей, стекломатов, рубленых волокон; связующим - полиэфирные смолы, феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др.
Для стеклопластиков характерно сочетание высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферо-, водо- и химстойкости. Механические свойства стеклопластиков определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим, а температуры переработки и эксплуатации стеклопластика - связующим. Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластки, содержащие ориентированно расположенные непрерывные волокна. Такие стеклопластки подразделяются на однонаправленные и перекрёстные; у стеклопластика первого типа волокна расположены взаимно параллельно, у стеклопластика второго типа - под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию. Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства стеклопластиков.
Большей изотропией механических свойств обладают стеклопластки с неориентированным расположением волокон: гранулированные и спутанно-волокнистые пресс-материалы; материалы на основе рубленых волокон, нанесённых на форму методом напыления одновременно со связующим, и на основе холстов (матов). Стеклопластки на основе полиэфирных смол можно эксплуатировать до 60-150 оС, эпоксидных - до 80-200 оC, феноло-формальдегидных - до 150-250 оС, полиимидов - до 200-400 оС.
Диэлектрическая проницаемость стеклопластиков 4-14, тангенс угла диэлектрических потерь 0,01-0,05, причём при нагревании до 350-400 оС показатели более стабильны для стеклопластиков на основе кремнийорганических и полиимидных связующих.
Изделия из стеклопластиков с ориентированным расположением волокон изготавливают методами намотки, послойной выкладки или протяжки с последующим автоклавным, вакуумным или контактным формованием либо прессованием, из пресс-материалов - прессованием и литьём.
Стеклопластики применяют как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов и ракетных двигателей, кузовов автомобилей, цистерн, рефрижераторов, радиопрозрачных обтекателей, лопастей вертолётов, коррозионностойкого оборудования и трубопроводов, небольших зданий, бассейнов для плавания и др., а также стеклопластик используется как электроизоляционный материал в электро- и радиотехнике.
Для стеклопластиков характерно сочетание высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферо-, водо- и химстойкости. Механические свойства стеклопластиков определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим, а температуры переработки и эксплуатации стеклопластика - связующим. Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластки, содержащие ориентированно расположенные непрерывные волокна. Такие стеклопластки подразделяются на однонаправленные и перекрёстные; у стеклопластика первого типа волокна расположены взаимно параллельно, у стеклопластика второго типа - под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию. Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства стеклопластиков.
Большей изотропией механических свойств обладают стеклопластки с неориентированным расположением волокон: гранулированные и спутанно-волокнистые пресс-материалы; материалы на основе рубленых волокон, нанесённых на форму методом напыления одновременно со связующим, и на основе холстов (матов). Стеклопластки на основе полиэфирных смол можно эксплуатировать до 60-150 оС, эпоксидных - до 80-200 оC, феноло-формальдегидных - до 150-250 оС, полиимидов - до 200-400 оС.
Диэлектрическая проницаемость стеклопластиков 4-14, тангенс угла диэлектрических потерь 0,01-0,05, причём при нагревании до 350-400 оС показатели более стабильны для стеклопластиков на основе кремнийорганических и полиимидных связующих.
Изделия из стеклопластиков с ориентированным расположением волокон изготавливают методами намотки, послойной выкладки или протяжки с последующим автоклавным, вакуумным или контактным формованием либо прессованием, из пресс-материалов - прессованием и литьём.
Стеклопластики применяют как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов и ракетных двигателей, кузовов автомобилей, цистерн, рефрижераторов, радиопрозрачных обтекателей, лопастей вертолётов, коррозионностойкого оборудования и трубопроводов, небольших зданий, бассейнов для плавания и др., а также стеклопластик используется как электроизоляционный материал в электро- и радиотехнике.
Состав и основные компоненты стеклопластика
Основные компоненты стеклопластика – армирующие системы на основе стекла, заполнители и связующее (смолы различного типа).
Армирующими системами называется совокупность армирующих элементов, связанных определенным образом между собой. Армирующие элементы различаются:
— по химической природе (в случае стеклопластика — стеклянные армирующие элементы);
— по виду (волокно, микросфера, частица);
— по виду переработки (ровинги, маты, сетки, ткани различного переплетения).
Армирующими системами называется совокупность армирующих элементов, связанных определенным образом между собой. Армирующие элементы различаются:
— по химической природе (в случае стеклопластика — стеклянные армирующие элементы);
— по виду (волокно, микросфера, частица);
— по виду переработки (ровинги, маты, сетки, ткани различного переплетения).
- СтеклотканьТехнический текстиль, изготовленный из стеклянных волокон, обладающий высокой прочностью, гибкостью, термостойкостью и стойкостью к химическим веществам.
Она используется как армирующий материал в композитных конструкциях, а также как самостоятельный материал
для тепло- и звукоизоляции благодаря своим уникальным свойствам, таким как негорючесть, износостойкость
и влагонепроницаемость. - СтекломатРовинги (жгуты) представляют собой пучок параллельных волокон, некрученых, соединенных в одну прядь. Сетки обычно используются в наружных слоях изделия, которые должны иметь повышенное содержание связующего.
Маты представляют собой хаотически расположенное рубленное волокно, связанное эмульсионным составом, который растворяется при пропитке мата связующим. Ткани различаются по типу переплетения. Наиболее часто используются ткани трех типов: сатинового переплетения, полотняного, и так называемые мультиаксиальные ткани. - Заполнитель – ПВХ пенопластDesign DirectorЗаполнители - одно из наиболее эффективных решений, направленных на снижение веса и (или) повышение несущей способности конструкций, представляющих собой трехслойную (многослойную) структуру с несущими слоями из стеклопластика, между которыми расположены слои заполнителя.
Заполнитель имеет плотность ниже плотности материала несущих слоев и соответственно более низкие упругие и прочностные характеристики, и его основная роль - обеспечить совместную работу несущих слоев. Кроме того, при соответствующем выборе материала заполнителя он может выполнять и дополнительные функции, например, тепло- и звукоизоляции.
Дополнительное преимущество – снижение веса конструкции. В качестве материала заполнителя в трехслойных (многослойных) конструкциях применяются, как правило, маты и пенопласты. - Укладка ячеистых заготовок пенопласта на криволинейную поверхностьCustomer SupportДля изготовления стеклопластиков используются, как правило, термореактивные смолы, которые отверждаются (полимеризуются) после введения в смолу отвердителя (инициатора) при нормальной или повышенной температуре. При этом реакция идет по так называемому экзотермическому типу, т.е. с выделением тепла. Основное назначение связующего – обеспечить совместную работу армирующих элементов.
К связующим, применяемым в различных областях, предъявляются следующие общие требования:- Хорошая адгезия к армирующим стекломатериалам при всех видах воздействия на изделие в процессе эксплуатации и ее сохранение в течение заданного срока службы;
- Обеспечение работоспособности стеклопластика в широком диапазоне температур;
- Хорошие технологические свойства, к которым относятся: возможность варьирования времени гелеобразования при нормальной температуре и влажности в заводских условиях, низкая экзотермичность, приемлемая тиксотропия, минимальное, по-возможности, выделение вредных веществ при формовании и т.д.
- Водостойкость;
- Химическая и коррозионная стойкость;
- Трудновоспламеняемость и способность к самозатухнию.
Области применения
Изначально при создании композиционных материалов преследовались только военные цели, однако со временем стеклопластик начали активно использовать и в гражданском направлении, в результате чего он занял прочное место среди конструкционных материалов, интенсивно применяемых в различных областях промышленности и строительства.
Благодаря великолепным прочностным свойствам, а также высокой стойкости к воздействию внешних условий стеклопластик успешно заменяет такие традиционные материалы, как металл и дерево.
В этом разделе Вы можете познакомиться с различными областями использования стеклопластика и узнать, почему он так востребован.
Благодаря великолепным прочностным свойствам, а также высокой стойкости к воздействию внешних условий стеклопластик успешно заменяет такие традиционные материалы, как металл и дерево.
В этом разделе Вы можете познакомиться с различными областями использования стеклопластика и узнать, почему он так востребован.
Судостроение
Стеклопластик нашел широкое применение в судостроении, где его используют для создания как небольших прогулочных катеров и яхт, так и больших судов военного и гражданского назначения.
Успех стеклопластика в судостроении обусловлен следующими факторами:
Успех стеклопластика в судостроении обусловлен следующими факторами:
- высокой стойкостью стеклопластика к воздействию водной среды
- прекрасными прочностными свойствами и при этом небольшой массой
- отличными электроизоляционными свойствами
- широким диапазоном рабочих температур
Автомобилестроение
В автомобильной промышленности стеклопластик успешно заменяет привычный для нас металл, что обусловлено его высокой прочностью при небольшом весе, температурной и влагостойкостью, а также эстетичным внешним видом.
Из стеклопластика изготавливают бампера, спойлеры, фургоны, багажники, двери, элементы внутренней отделки автомобилей и общественного транспорта.
Из стеклопластика изготавливают бампера, спойлеры, фургоны, багажники, двери, элементы внутренней отделки автомобилей и общественного транспорта.
Железнодорожный транспорт и метро
Стеклопластик уже много лет успешно используется как на железной дороге, так и в метро. Одним из основных преимуществ стеклопластика как конструкционного материала является его пожаростойкость (при условии использования специальных видов смол).
Немаловажную роль играет также прочность и внешний вид, ведь из стеклопластика изготавливают не только шкафы для аппаратуры и кожуха рельсов, но и элементы внутреннего интерьера вагонов – стеновые панели, сиденья, столики, наличники.
Немаловажную роль играет также прочность и внешний вид, ведь из стеклопластика изготавливают не только шкафы для аппаратуры и кожуха рельсов, но и элементы внутреннего интерьера вагонов – стеновые панели, сиденья, столики, наличники.
Химическая промышленность
Стеклопластик зарекомендовал себя как материал, обладающей великолепной стойкостью к воздействию агрессивных сред в широком диапазоне температур и давлений, что сделало его незаменимым конструкционным материалом для химической промышленности.
Из стеклопластика изготавливают трубы, емкости, газоходы, реактора и другие типы оборудования, предназначенные для работы в условиях воздействия коррозионно опасных веществ. Особый способ использования стеклопластика в химической промышленности – создание коррозионно и химически стойкой футеровки, защищающей металлические или бетонные поверхности от контакта с агрессивной средой.
Из стеклопластика изготавливают трубы, емкости, газоходы, реактора и другие типы оборудования, предназначенные для работы в условиях воздействия коррозионно опасных веществ. Особый способ использования стеклопластика в химической промышленности – создание коррозионно и химически стойкой футеровки, защищающей металлические или бетонные поверхности от контакта с агрессивной средой.
Коммунальное хозяйство и строительство
Стеклопластик – очень прочный материал, активно сопротивляющийся воздействию внешней среды. Эти свойства обуславливают его широкое применение в строительстве.
Основные направления использования стеклопластика – изготовление элементов наружного декора, отделочных панелей, дверей, оконных переплетов, лестничных перил, трубы канализационные, емкости для насосных станций, емкости для систем очистки сточных вод и канализации и т.д.
Основные направления использования стеклопластика – изготовление элементов наружного декора, отделочных панелей, дверей, оконных переплетов, лестничных перил, трубы канализационные, емкости для насосных станций, емкости для систем очистки сточных вод и канализации и т.д.
Сантехника и мебель
Изделия из стеклопластика прочны, красивы, успешно выдерживают воздействие влаги и повышенных температур, износостойки и, что немаловажно, не очень дороги. Все это привело к тому, что стеклопластик нашел широкое применение при изготовлении сантехники и мебели.
Традиционные материалы, такие как металл и дерево, со временем портятся, дерево гниет и рассыхается, а металл ржавеет. Стеклопластик же лишен всех этих недостатков, а срок его службы гораздо дольше.
Традиционные материалы, такие как металл и дерево, со временем портятся, дерево гниет и рассыхается, а металл ржавеет. Стеклопластик же лишен всех этих недостатков, а срок его службы гораздо дольше.
Ветроэнергетика
Ветроэнергетика – относительно новое, но очень перспективное направление использования стеклопластика, который в основном применяется для создания лопастей ветрогенераторов и несущих башен.
Ветроэнергетика – это часть мировой программы по сохранению природы и повышению экологичности промышленности. Сейчас эта тема актуальна как никогда, и активное развитие ветроэнергетики неизменно влечет за собой новые разработки в области стеклопластика.
Ветроэнергетика – это часть мировой программы по сохранению природы и повышению экологичности промышленности. Сейчас эта тема актуальна как никогда, и активное развитие ветроэнергетики неизменно влечет за собой новые разработки в области стеклопластика.
Технология производства стеклопластика
Основная особенность изготовления конструкций из стеклопластика заключается в том, что сам материал и изготавливаемое из него изделие создаются одновременно. Это обстоятельство существенно меняет роль и значение методов изготовления конструкций из стеклопластика в общей проблеме их создания. Из этого следует, что на самых ранних стадиях проектирования конструкций необходимо учитывать возможные методы их изготовления и их технологические особенности.
Значительное увеличение объемов применения стеклопластика в различных отраслях техники привело к совершенствованию многих технологических приемов и разработке новых методов, направленных в первую очередь, на:
К числу этих методов относятся, в первую очередь, метод инфузии и RТМ-методы.
При изготовлении стеклопластиковых конструкций также применяются методы контактного формования (ручной формовки) и напыления. Особенности перечисленных методов, их преимущества и недостатки и будут рассмотрены ниже.
Значительное увеличение объемов применения стеклопластика в различных отраслях техники привело к совершенствованию многих технологических приемов и разработке новых методов, направленных в первую очередь, на:
- Сокращение доли ручного труда и максимально возможное применение оборудования и средств механизации;
- Снижение трудоемкости изготовления, и как следствие уменьшение стоимости изделия;
- Повышение технологичности, стабильности производственного процесса и качества изготовления;
- Улучшение санитарно-гигиенических условий труда.
К числу этих методов относятся, в первую очередь, метод инфузии и RТМ-методы.
При изготовлении стеклопластиковых конструкций также применяются методы контактного формования (ручной формовки) и напыления. Особенности перечисленных методов, их преимущества и недостатки и будут рассмотрены ниже.
Вакуумная инфузия
Метод вакуумной инфузии представляет собой метод формования стеклопластиковых изделий, при котором за счет герметичной пленки, прилегающей к матрице, создается рабочая полость с уложенным армирующим материалом (вакуумный мешок). В полости создается вакуум, и за счет этого вакуума, связующее втягивается в рабочую полость и пропитывает армирующий материал.
По сравнению с методом контактного формования метод инфузии, как и RTM – метод, позволяет:
По сравнению с методом контактного формования метод инфузии, как и RTM – метод, позволяет:
- Частично механизировать процесс за счет исключения операций пропитки, прикатки и уплотнения армирующего материала, уменьшив, тем самым влияние человеческого фактора;
- Повысить качество изготовления за счет автоматизированного контроля количества связующего и достижения более высокой плотности укладки слоев армирующего материала;
- Улучшить условия труда, существенно снизив выброс вредных веществ в окружающую среду;
- Снизить трудоемкость, сократить продолжительность производственного цикла.
1. Герметизирующий жгут | 6. Внутренний несущий слой |
2. Фланец матрицы | 7. Разделительная ткань |
3. Матрица | 8. Перфорированная пленка |
4. Наружный несущий слой | 9. Смолопроводящая сетка |
5. Заполнитель (ПВХ пенопласт) | 10. Вакуумная пленка |
Схема укладки вакуумного мешка в матрице корпуса
Течение процесса инфузии зависят от размеров и формы изготавливаемой конструкции, применяемых армирующих материалов и связующего. Прежде чем запустить этот процесс, как правило, производится его численное моделирование, в результате которого разрабатывается стратегия инфузии, т.е. определяются точки подачи связующего, расположение каналов, по которым оно будет распространяться, места распределения вакуума и т.д.
Метод инфузии широко применяется для изготовления крупных кузовных деталей автомобилей, автобусов, вагонов, деталей самолетов, судов и энергетических агрегатов.
Метод инфузии широко применяется для изготовления крупных кузовных деталей автомобилей, автобусов, вагонов, деталей самолетов, судов и энергетических агрегатов.
Процесс пропитки методом инфузии
связующего корпуса через 5 минут
связующего корпуса через 5 минут
Через 35 минут после создания вакуума
и начала подачи связующего
и начала подачи связующего
Через 100 минут, когда процесс
пропитки завершился
пропитки завершился
RTM - методы
При производстве изделий из стеклопластика
применяют три разновидности RTM- метода:
применяют три разновидности RTM- метода:
Метод RTM (Resin Transfer Molding) заключается в том, что связующего вводится в герметичную полость между матрицей и пуансоном, форма которой повторяет форму предполагаемого к изготовлению изделия, в которой предварительно выложен сухой армирующий материал.
Эта особенность RTM –методов обеспечивает их следующие преимущества:
Эта особенность RTM –методов обеспечивает их следующие преимущества:
- Широкие возможности при конструировании структуры стеклопластика;
- Возможность получения изделия с высоким качеством поверхности на обеих сторонах, покрытых гелькоутом;
- Высокая производительность в сравнении с контактным формованием;
- Экономия рабочей силы;
- Точные допуски и высокая воспроизводимость изделий;
- Малое количество отходов;
- Возможность получения высокой степени стеклонаполнения;
- Снижение вредных выбросов, и следовательно уменьшение затрат на вентиляцию, и минимальное загрязнение окружающей среды;
- Снижение влияния «человеческого фактора».
RTM – стандарт
В этом методе инжектирование связующего происходит за счет давления, создаваемого специальной установкой. Чтобы выдержать давление связующего, матрица и пуансон должны быть достаточно жесткими, поэтому их часто изготавливают из металла либо с применением металлических профилей.
RTM – MIT
Является разновидностью RTM – стандарт, который отличается тем, что для повышения оборачиваемости оснастки между матрицей и пуансоном используются сменные вкладыши, в которых непосредственно и формуется изделие.
RTM – light
В этом методе инжектирование связующего происходит как, за счет давления, создаваемого установкой, так и с помощью вакуума, который образуется в рабочей полости.
Если прибегнуть к методу экспертных оценок, то зарубежные специалисты оценивают преимущество того
или иного метода RTM по 10-ти бальной шкале (10 - наилучший результат, 1- наихудший) следующим образом:
или иного метода RTM по 10-ти бальной шкале (10 - наилучший результат, 1- наихудший) следующим образом:
Метод | Произво- дитель-ность | Точность воспроиз- ведения | Возможность изготавливать изделия площадью более 15 кв.м. | Стоимость оснастки и оборудования | Срок службы оснастки | Срок внедрения |
RTM – стандарт | 7 | 10 | 6 | 5 | 8 | 5 |
RTM – МIT | 10 | 10 | 5 | 3 | 10 | 3 |
RTM – light | 3 | 7 | 10 | 10 | 3 | 10 |
Как видно из этих оценок, метод RTM – light наиболее подходит для организации производства изделий по возможности изготавливать конструкции больших размеров, стоимости оснастки и оборудования, а также по срокам запуска в производство. Производительность и срок службы оснастки отступают на второй план при мелкосерийном производстве.
За рубежом технология RTM – light широко применяется в малотоннажном судостроении для изготовления корпусов, палуб, дверей, люков и т.д. Она также используется в других отраслях промышленности.
С ее помощью формуют:
— кузовные детали автомобилей и вагонов метро и в железнодорожном транспорте;
— детали их интерьера;— корпуса и лопасти ветрогенераторов.
За рубежом технология RTM – light широко применяется в малотоннажном судостроении для изготовления корпусов, палуб, дверей, люков и т.д. Она также используется в других отраслях промышленности.
С ее помощью формуют:
— кузовные детали автомобилей и вагонов метро и в железнодорожном транспорте;
— детали их интерьера;— корпуса и лопасти ветрогенераторов.
Корпус катера, изготовленный с помощью метода RTM – light
Ручная (контактная) формовка изделий из стеклопластика
Метод контактного формования стеклопластика заключается в послойной укладке армирующего материала (ткани, мата) в матрицу на поверхность которой предварительно нанесены антиадгезионное покрытие и декоративно-защитный слой гелькоут.
Далее армирующий материал пропитывается связующим и прикатывается жестким валиком или шпателем для удаления из связующего воздушных включений.
Далее армирующий материал пропитывается связующим и прикатывается жестким валиком или шпателем для удаления из связующего воздушных включений.
-
Укладка стеклоармирующего материалаМетод контактного формования стеклопластика заключается в послойной укладке армирующего материала (ткани, мата) в матрицу на поверхность которой предварительно нанесены антиадгезионное покрытие и декоративно-защитный слой гелькоут. -
Прикатка стеклоармирующего материалаДалее армирующий материал пропитывается связующим и прикатывается жестким валиком или шпателем для удаления из связующего воздушных включений.
После полимеризации связующего, изделие подвергается термообработке, извлечению из матрицы и механической обработке.
Сегодня ручная или "контактная" формовка изделий из стеклопластика популярна среди заказчиков, так как является качественным и простым способом получения детали. Несмотря на то, что стеклопластик один из самых популярных композитных материалов, для ручной формовки требуется высокая квалификация. Также играет роль такой немаловажный фактор как мастерство исполнителя, которое определяется опытом. Этим способом производится различная продукция, от простых бытовых изделий до сложных промышленных деталей: прочные и легкие корпуса, обвесы или обшивки. Ручная формовка не подходит для производства серийных экземпляров, для производства серийных деталей требуется уже другой метод. Поэтому этим методом производятся только единичные экземпляры или малые партии.
Во все времена ручной труд особенно ценился и славился аккуратностью и точностью. Поэтому изготовление детали своими руками мастером высокой квалификации по определению является качественной.
Мастерство опытного специалиста никогда не заменит даже самое профессиональное оборудование. Но есть и свои минусы.
Преимущества контактного формования:
Во все времена ручной труд особенно ценился и славился аккуратностью и точностью. Поэтому изготовление детали своими руками мастером высокой квалификации по определению является качественной.
Мастерство опытного специалиста никогда не заменит даже самое профессиональное оборудование. Но есть и свои минусы.
Преимущества контактного формования:
- Отсутствие ограничений по размерам и форме изготавливаемого изделия - абсолютно любые, нестандартные и эксклюзивные детали (оснастка может изготавливаться индивидуально);
- Относительная простота изготовления конструкции переменной толщины, а также введения в нее различных усилений и закладных деталей;
- Сравнительно низкая стоимость оснастки для формования конструкции;
- Возможность использования рабочих-формовщиков относительно низкой квалификации и простота их обучения;
- Минимальные капиталовложения в запуск производства, так как отпадает необходимость покупать, устанавливать и использовать дорогостоящую технику.
- Нестабильность качества изготовления, которое в значительной степени зависит от квалификации формовщиков;
- Низкую производительность;
- Невозможность достижения высокой плотности укладки армирующего материала;
- Более высокое количество отходов;
- Необходимость в индивидуальных средствах защиты и в мощной вентиляционной системе для удаления с открытой поверхности формуемого изделия стирола и других вредных веществ.
Этапы формования стеклопластика
Детали из стеклопластика, полученные контактной формовкой проходят через множество этапов производства перед тем, как попасть в руки заказчика.
Чтобы начать производство, необходимо сперва изготовить модель и матрицу для изделия. Модель производится часто из МДФ. А также в некоторых случаях для производства используется конструкционный пластик.
Некоторые делают модель с использованием гипса, металла или глины, но оптимально использовать первый вариант. Когда модель готова, производство переходит на следующий этап, на котором необходимо изготовить форм-матрицу. Здесь применяется специальная эпоксидная смола, куда добавляется краситель.
Данная смола называется гелькоут. Матрицы, где используется гелькоут отличаются тем, что у них отсутствует усадка, и они обладают высокой прочностью. Также при производстве матрицы используются конструкционные смолы, разделительные составы, стеклоткань и специальный набор инструментов. На матрицу наносится при помощи специального напылителя или вручную гелькоут. Но перед тем, как гелькоут нанести на матрицу его необходимо смешать с отвердителем.
На этом этапе гелькоут играет роль декоративно-защитного слоя. Гелькоут делается на основе ненасыщенного полиэфира и обладает следующими свойствами:
Следующий этап необходимо выполнить, когда слой гелькоута высохнет. Раскроенный стекломат, который в свою очередь пропитан полимерной смолой, помещается в матрицу.
На данном этапе полимерная смола служит армирующим элементом. Состав полимерной смолы подбирается исходя из нужд заказчика, целей использования создаваемой детали. На цвет изделия влияет состав полимерного заполнителя. Таким образом, можно менять и диапазон рабочих температур изделия. Некоторым важно, чтобы изделие не было хрупким, а было ударопрочным. В таком случае мы подбираем состав заполнителя таким образом, чтобы отвечало особым требованиям заказчика.
После стекломат необходимо распределить внутри формы. Далее необходимо прикатать специальным валиком внутренний слой стекломата. Там, где валиком пройтись нет возможности, используется кисть. Это позволяет избавиться от самых мелких пузырьков воздуха - если от них не избавиться, то это может привести к разрушению изделия и весь процесс придется повторить.
На последнем этапе формовки необходимо подождать, пока отвердеет стеклопластик и только после этого вынимать изделие из формы. Естественно, в таком первичном виде изделие имеет неровные и шероховатые края и углы, остаются технологические фланцы. Необходимо обрезать фланцы, обработать торцы и плоскости механическим способом. При необходимости можно отполировать изделие.
Чтобы начать производство, необходимо сперва изготовить модель и матрицу для изделия. Модель производится часто из МДФ. А также в некоторых случаях для производства используется конструкционный пластик.
Некоторые делают модель с использованием гипса, металла или глины, но оптимально использовать первый вариант. Когда модель готова, производство переходит на следующий этап, на котором необходимо изготовить форм-матрицу. Здесь применяется специальная эпоксидная смола, куда добавляется краситель.
Данная смола называется гелькоут. Матрицы, где используется гелькоут отличаются тем, что у них отсутствует усадка, и они обладают высокой прочностью. Также при производстве матрицы используются конструкционные смолы, разделительные составы, стеклоткань и специальный набор инструментов. На матрицу наносится при помощи специального напылителя или вручную гелькоут. Но перед тем, как гелькоут нанести на матрицу его необходимо смешать с отвердителем.
На этом этапе гелькоут играет роль декоративно-защитного слоя. Гелькоут делается на основе ненасыщенного полиэфира и обладает следующими свойствами:
- Прочность;
- Упругость;
- Долговечность;
- Гигроскопичность;
- Электропроводность;
- Стойкость к агрессивным средам, таким как различные кислоты, щелочи.
- Устойчивость к температурным перепадам, солнечным лучам и атмосферным осадкам.
Следующий этап необходимо выполнить, когда слой гелькоута высохнет. Раскроенный стекломат, который в свою очередь пропитан полимерной смолой, помещается в матрицу.
На данном этапе полимерная смола служит армирующим элементом. Состав полимерной смолы подбирается исходя из нужд заказчика, целей использования создаваемой детали. На цвет изделия влияет состав полимерного заполнителя. Таким образом, можно менять и диапазон рабочих температур изделия. Некоторым важно, чтобы изделие не было хрупким, а было ударопрочным. В таком случае мы подбираем состав заполнителя таким образом, чтобы отвечало особым требованиям заказчика.
После стекломат необходимо распределить внутри формы. Далее необходимо прикатать специальным валиком внутренний слой стекломата. Там, где валиком пройтись нет возможности, используется кисть. Это позволяет избавиться от самых мелких пузырьков воздуха - если от них не избавиться, то это может привести к разрушению изделия и весь процесс придется повторить.
На последнем этапе формовки необходимо подождать, пока отвердеет стеклопластик и только после этого вынимать изделие из формы. Естественно, в таком первичном виде изделие имеет неровные и шероховатые края и углы, остаются технологические фланцы. Необходимо обрезать фланцы, обработать торцы и плоскости механическим способом. При необходимости можно отполировать изделие.
Применение средств механизации
В настоящее время для реализации метода контактного формования широко применяются средства малой механизации. К ним относятся установки для приготовления и дозированной подачи связующего через гибкий шланг и телескопическую штангу к валику, посредством которого производится нанесение связующего на армирующий материал и одновременная его прикатка и уплотнение. Для выполнения этих операций используются также специальные металлические, резиновые и ворсистые валики разной длины.