Метод производства армированных пластиков в значительной мере определяется видом наполнителя, а технологические пара­метры переработки — типом связующего. При изготовлении ио - локннтов наполнитель смешивают со смолой и другими компо­нентами, полученную композицию высушивают и перерабатыва­ют в изделия методом горячего прессования. Слоистые пластики получают путем пропитки («лакировки») листового наполнителя с последующей сушкой пропитанных листов. Высушенный на­полнитель собирается в «пакеты» и подвергается прессованию на гидравлических прессах нижнего давления, при этом полу­чаются листы или плиты. Крупногабаритные изделия получают различными способами формования. Выбор способа зависит от конфигурации изделия, его габаритов и типа связующего, а также от количества выпускаемых изделий. В настоящее вре­мя для формования изделий из стеклопластиков применяют следующие способы: контактное формование при помощи трам­бовочных инструментов; формование с использованием эластич­ной диафрагмы (в автоклавах или пресс-камерах); прессование с предварительным ручным формованием заготовок в жестких пресс-формах или пресс-формах с упругим пуансоном; центро­бежное формование; протягивание и намотка.

Контактное формование. Этот метод является наиболее про­стым для изготовления крупногабаритных изделий (судов, кузо­вов автомобилей, фюзеляжей самолетов и т. д.). Процесс изго­товления изделий контактным формованием выполняется в следующей последовательности: приготовление связующего и на­полнителя; подготовка формы (оснастки); контактное формова­ние изделия; отверждение, съем изделия с модели и механиче­ская обработка.

Связующее приготавливают перед началом формования из расчета полного потребления его в течение 40—60 мин. В отве­шенное количество связующего добавляют инициатор отверж­дения и все тщательно перемешивают, а затем, непосредственно перед началом работы, постепенно вводят ускоритель и снова тщательно перемешивают до получения однородной массы.

Стеклоткань нарезают в соответствии с размерами и формой изготавливаемого изделия. Массовое соотношение между свя­зующим и наполнителем должно быть 50:45 или 55:50.

Оснастка (форма) в зависимое!!! от серии выпускаемых из­делий может быть временной или постоянной. Временные формы изготавливаются из дерева, гипса, глины; формы многократного использования (постоянные) — из металла или стеклопластика. Чистота обработки рабочей поверхности формы определяет чис­тоту и внешний вид лицевых поверхностей изделия. Перед кон­тактным формованием форму подготавливают, нанося на фор­мующую поверхность разделительное покрытие, предотвращаю­щее прилипание к ней стеклопластика. Покрытие может быть из воска, парафиновой мастики, водного раствора поливинилового спирта или в виде готовой пленки (целлофан, перфоль и др.) _ Выбор покрытия зависит от материала оснастки.

Подготовив форму, начинают контактное формование. На по­верхность оснастки по разделительному покрытию наносят рав­номерно с помощью кисти или другим способом 2—3 слоя свя­зующего, служащего декоративным покрытием. После нанесения каждого слоя дают выдержку (4—-6 ч при 20—25 °С или 1—2 ч при 50—60’ С) для отверждения связующего. Поверх декоратив­ного слоя наносят густой слой связующего и на него тотчас же накладывают первый слой стеклонаполнителя. Прн этом напол­нитель натягивают и приглаживают к поверхности формы шпа­телем или прокатывающим валиком. Валики могут быть глад­кими или рифлеными. Рабочие элементы валиков изготавлива­ют из резины, пластмассы, дерева. Для уменьшения прилипания перед работой их смачивают стиролом. Валики, изготовленные из фторопласта или полиэтилена, прилипают меньше. Излишки ткани подрезают ножницами. Па первый слой накладывается аналогичным образом второй и последующие слои стеклонапол­нителя. Прн послойной укладке холста или ткани на поверхность формы осуществляется пропитка наполнителя связующим с по­мощью кисти или распылительного пистолета. После укладки последнего слоя стеклоткани на нее наносят тонкий слой связу­ющего. Толщина одного слоя наполнителя в готовом изделии составляет примерно 0,4—0,5 мм. Прн изготовлении корпуса шлюпки или кузова автомобиля укладывают обычно 8—10 слоев наполнителя. После окончания формования следует отвержде­ние изделия (рис. 11.2).

Рис. 11.3. Схема вакуумного формования с применением эластичной диа­фрагмы: / —рсзнноиая диафрагма; / — заготовка нз прочитанной ткани; .7 форма

Рнс. 11.2. Схема контактного формования изделий: /—форма; J — слой наполнителя н связующего; ,7 - прикатывающий валик

Отверждение происходит при комнатной температуре в те­чение нескольких суток или прн 60—70 “С в течение 24 ч в за­висимости от свойств связующего. Съем отвержденного изделия с формы осуществляют следующим образом; вначале отделяют изделие от формы по кромке, а затем извлекают его целиком г помощью деревянных клиньев.

Механическая обработка изделия состоит в обрубке и за - зачистке кромок. Эта операция производится вручную или при помощи специальных приспособлений и инструментов.

Этот метод удобен прн изготовлении изделий сложной фор­мы и прн мелкосерийном производстве, Он отличается просто­юн и дешевизной оснастки и других приспособлений. Однако контактное формование имеет ряд существенных недостатков: неоднородность получаемых изделий из-за неравномерности про­питки и уплотнения; относительно невысокие физнко-механиче - скне показатели стеклопластика вследствие небольшого давле­ния формования; значительные затраты ручного труда, труд­ность обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий, исключающих воздействие на организм вредных лету­чих веществ - стирола и др.

Формование с эластичной диафрагмой. Этот способ формо­вания в отличие от контактного характеризуется высокой сте­пенью уплотнения материала. Нанесение связующего и укладка наполнителя производятся вручную, так же, как и при контакт­ном способе формования. Уложенный материал покрывается эластичной прокладкой — диафрагмой из резины и закрепляет­ся по контуру изделия зажимами (рис. 11.3). Из герметичной полости, образующейся между материалом и диафрагмой, ва­куум-насосом откачивается воздух, в результате чего материал уплотняется. Давление уплотнения в этом случае составляет 0,06—0,04 МПа.

Для большего уплотнения материала при формовании с диа­фрагмой эффективно применение пресс-камеры (рис. 11.4) пли автоклава (рис. 11.5) Давление в пресс-камере состав­ляет 0.2—0,4 МПа, а в автоклаве 2—3 МПа; оно создается сжа­тым воздухом, паром или горячей водой. Применение водяного пара вместо воздуха резко ускоряет процесс вследствие повы­шения скорости отверждения связующего. Формование с диаф­рагмой находит широкое применение в серийном производстве изделий, а использование пресс-камер и автоклавов позволяет значительно сократить затраты ручного труда, повысить про­

изводительность. Изделия, полученные этим способом, отлича­ются высокой механической прочностью и имеют гладкие по­верхности с внутренней и внешней сторон. Недостатками дан-

з

Рас. i!.4. Схема формования с элас­тичной диафрагмой н иресс-камсрс;

/ — канал для подачи сжатого воздуха: J полость, заполняемая сжатым во иду* 5 хом; 8 зажим; «—крышка; 5, 11 — впуск

5 сжатого воздуха; 6 — матрица; 7 — ралде-

7 лнтельныЛ слой; 8 — декоративное покрм-

' тие; 9 — стекдозолокнистый материал, про-

о пйтйнпыЙ связующим; 10 — эластичная

) диафрагма

Рнс. 11.5. Схема формования г эластичной диафрагмой (обжатие и аити - клане):

/ — эластичная диафрагме; 2— сгрклгшолокнисгый материал, пропитанный гьичующим: 3 —пуансон; V — уплотнение: 5 — корпус* ацтокллип

Рис. 11.6. Схема формодания с упругим пуансоном-

/ — матрица. 1 — заготовка из пропитанной связующим стеклоткани: > — пуяягон. I верхняя плита; 5 - плунжер пресса

иого способа формования являются возможность получения изделий лишь ограниченных размеров, сложная оснастка и до­рогостоящее оборудование.

Формование с пуансонами. При формовании этим методом предварительно вручную изготавливаю'! заготовку на шаблоне, просушивают ее до полужесткого состояния, затем снимают с шаблона и переносят в форму для прессования. Заготовку фор­муют несколько большей толщины с таким расчетом, чтобы во время прессования материал уплотнялся. Соотношение толщины заготовки и гнезда пресс-формы принимают с учетом мнни. ча. ть ного отжима смолы при максимальном уплотнении материала.

Прессование производят на обычных гидравлических прессах верхнего давления в форме с упругим пуансоном (рис. П.6) или в жесткой форме (рис. 11.7). В первом сл- чае применяют сплошной резиновый пуансон и металлическую матрицу; во втором — жесткий пуансон и жесткую матрицу, т. е. пресс-форму, подобную той, которая используется для го­рячего прессования порошкообразных и волокнистых феноплас­тов, с той лишь разницей, что формы выполнены менее жест­кими, облегченными и нз менее ответственных материалов, так как давление прессования стеклопластиков (0,2—1,5 МПа) зна­чительно ниже давления прессования фенопластов (15—45МПа).

Описанные выше способы формования изделий из стекло­пластиков связаны с применением ручного труда. Наиболее ме­ханизированными являются методы напыления и намотки.

Рис. И.7. Схема формовании в жесткой пресс-форме:

С — форма открыта; (> форма. шкрытз; / стеклонолокннстый материал, ирониг. шмыа гиязующнм; 2— плунжер кресса; - V • опорная плита, 4 - пуансон; .5 — нш ронателн. fi направляющие колонки; 7 — о; риьнчитель Н - формуемое изделие: 9 матрица

Метод напыления. Этот метод заключается в одновременном напылении на поверхность формы рубленого волокна и связую­щего. Для изготовления малогабаритных и крупногабаритных изделий используют различные разновидности метода напы­ления.

Так, для изготовления малогабаритных изделий применяют шланговый способ, показанный на рис. 11.8. Розница сма­тывается с бобины /, проходит режущее устройство 2 и по гиб­кому шлангу 3 при помощи нагнетающего вентилятора 4 напы­ляется па поверхность перфорированной формы в, укрепленной па вертикальном вращающемся столе 7. В эту же зону формы через распылительное устройство (пистолет-разбрызгиватель 5)

Рис. 11.8. Схема установки дли формования стеклопластиков шланговым способом: /—бобина с ровни:;ей: i — режущее учтроПово: 3 — гибкий шланг: 4 — иагнетлннннИ вентилятор. 5 амсгояег-раснылнтель; 6 — перфорированная форми: 7 — вращающийся стол: Й — в:.1Ткжно(| вентилятор

Рис. 11.9. Схема установки для формования стеклопластиков в воздушноП среде: /—форма; 2 —камера машины. Я— стол; 4— центилитор: 5 — режущее устройство; ft'~ распылитель: 7 —основание; S — ротор подвижного стола

Рис. 11.10 Схема установки для формования стеклопластиков н водной среде:

/ — трубопровод; 2 — мешалка; .V -- сетчатая форма; ^—телескопическая трубка: насос

подается связующее. Для более плотного облегания формы во­локном и связующим полость формы вакуумируется вытяжным вентилятором 8. После нанесения связующего композицию уплотняют рифлеными валиками, затем накладывают пленочное покрытие н прикатывают гладкими валиками. Съем изделия с формы производят только после того, как оно приобретет до­статочную прочность и жесткость. Этот способ напыления не получил широкого распространения, поскольку он не отвечает санитарным требованиям.

При изготовлении крупногабаритных изделий применяют формование в воздушной среде или в водной среде.

Установка для формования в воздушной среде показа­на на рис. 11.9. По внутренним размерам изделия готовится легкая каркасная форма, обтянутая тонкой металлической сет кой. Форма 1 устанавливается в камере 2 в центре стола 3. после чего включается вентилятор 4, создающий разрежение в камере через сетчатую поверхность формы и одновременно за­сасывающий в камеру рубленую ровницу от режущего устрой­ства 5. Стекловолокно, попадая в камеру, подсасывается к сет­чатым стенкам формы. Равномерность покрытия формы стекло­волокном и необходимая толщина слоя (4—6 мм) достигается за счет реверсивного вращения стола 3 с заготовкой. Для скреп­ления стекловолокна его опрыскивают через распылитель 6 тон­чайшим слоем водной эмульсии смолы, а затем подсушивают потоком воздуха, нагретого до 100—120 "С. Полученная заго-

тонка переносится в жесткую пресс-форму, заливается связую­щим и прессуется: отверждение происходит при температуре

до 125СС и давлении до 0,7 МПа, после чего готовое изделие извлекается из пресс-формы.

Установка для формования в водной среде представлена па рис. I 1.10 В бак с мешалкой 2 по трубопроводу 1 подается водная суспензия, содержащая стекловолокно, связующее и по­верхностно-активные вещества, способствующие адсорбции свя­зующего к волокну. В баке установлена перфорированная или сетчатая форма 3. соединенная телескопической трубкой -/ с на­сосом 5. При выкачивании воды стекловолокно со связующим осаждается па поверхности формы. По достижении заданной толщины слоя форма выдвигается вверх, заготовку снимают и высушивают, а затем укладывают в жесткую пресс-форму, за­ливают связующим и прессуют Формование в водной среде позволяет получать изделии с более равномерной толщиной стенок, чем в воздушной среде.

Метод напыления можно комбинировать с другими метода­ми формования изделий из стеклопластиков. Он более произво­дителен по сравнению с контактным формованием изделий, по имеет некоторые недостатки, например затрудненность изготов­ления изделий сложной конфигурации и довольно значительные потери стекловолокна 1до 5%). Кроме того, стекловолокинстан пыль, находясь во взвешенном состоянии, вместе с парами свя­зующей' загрязняет воздух, ухудшая условия труда работаю­щих.

Центробежное формование. Для производства труб и ци­линдрических изделий большого диаметра применяют метод центробежного формования, который осуществляется па специ­альных установках с горизонтальными или вертикальными ира щаюшимися формами.

Вертикальная установка для центробежного формования представляет собой карусельный стол, па котором располагают ся формы на вращающихся опорах. Частота вращения состав­ляет 280- 1000 об/мин Поворотом карусельного стола формы совмещаются с различными позициями, па каждой из которых выполняются определенные технологические операции. Рубле­ное стекловолокно и связующее наносят на внутреннюю поверх пость формы посредством специального зонда, вводимого внутрь формы. Па другой позиции в форму вводят резиновый мешок, прн надувании которого воздухом сырой стеклопластик уплот­няется На этой же позиции материал нагревают для быстрого отверждения. На таких установках возможно получение цилинд­рических и конусных изделии диаметром до 1100 мм и длиной до 3 м. Центробежная сила, возникающая прн вращении фор­мы. обеспечивает получение изделий с гладкими внутренними и наружными стенками и без пустот.

Рис. 11.11. Схема изготовления н< делий из стеклопластиков методом намотки:

( - Ч

и

/ — ванна со спилуюицп». 'J — отжнчкмф н. лпкн: 3 оправка: V с тсклюкиyi

Трубы, цилиндрические изделия и различные профили можно получать также методами намотки и протяжки.

Метод намотки является одним нз наиболее перспективных, так как позволяет создавать ориентированную структуру напол­нители в изделиях с учетом их формы и особенностей эксплуа­тации. Использование в качестве наполнителей стекложгутов. лент, нитей, обеспечивает максимальную прочность изделий К тому же такие наполнители наиболее дешевы.

Сущность метода намотки заключается в том, что пропитан­ный связующим стекложгут наматывается на вращающуюся оправку, при этом различают мокрый и сухой методы намотки При мокром методе намотки (рис. 11.11) стекложгут 4 пропитывается связующим в ванне / (в этом случае чаще при­меняют полиэфирные и эпоксидные смолы) и. проходя через отжимные валики 2, наматывается па оправку 3. Содержание компонентов в системе связующее — наполнитель и скорость вращения оправки регулируются с помощью отжимных валиков. При сухом методе намотки применяют предварительно пропитанный и высушенный стекложгут (в качестве связующего чаще всего используют фенольные смолы).

Обязательной стадией процесса является отверждение намо­танной на оправку заготовки. При этом заготовка может быть дополнительно уплотнена с помощью вакуума или эластичного мешка. Термообработка осуществляется за счет нагревателей, размешенных в оправках или в специальных камерах. Темпера­тура отверждения имеет важное значение, гак как ее колебания могут вызвать изменение вязкости связующего, что. в свою очередь, вызовет колебания степени уплотнения наполнителя, определяющей стабильность свойств изделий.

Степень уплотнения наполнителя при намотке зависит от величины контактного давления, возникающего при натяжении волокна, а также от геометрической формы изделия и жесткости оправки. Технологическое натяжение должно составлять 30 - 50% прочности материала наполнителя. При большом натяже­нии под действием растягивающих нагрузок в наполнителе мо­гут происходить некоторые изменения, в частности, при натяже­нии крученой нити уменьшается ее диаметр, а при натяжении тканой ленты уменьшается ее ширина за счет распрямления нитей основы.

Метод намотки дает возможность подучать изделия с высо­кой прочностью за счет ориентированной укладки наполнителя и его высокого содержания в материале изделия. Так, прн одно­направленной укладке объемное содержание стекложгута может достигать 90%, а разрушающее напряжение прн растяжении стеклопластика составляет 3000 МПа; при изготовлении изде­лия методом напыления разрушающее напряжение при растя­жении составляет всего 100—150 МПа.

Метод намотки применяется для изготовления изделий обо­лочкового типа, причем предпочтительно имеющих форму тел вращения. Наибольшее применение метод намотки нашел в авиа - и ракетостроении для формования корпусов ракет и ра­кетных двигателей, а также элементов фюзеляжей самолетов, в химической промышленности для изготовления аппаратов, емкостей н труб. Изделия, полученные методом намотки, могут иметь очень большие размеры (например, железнодорожные цистерны емкостью G0 м3 и более). Метод намотки в сочетании с другими методами, например с прессованием, можно исполь­зовать для формования изделий сложной конфигурации.

Производство труб методом намотки представляет собой полностью механизированный непрерывный технологический процесс. Конструкции намоточных станков весьма разнообраз­ны. Наиболее просты по устройству станки с вращающейся оправкой и возвратно-поступательно движущимся раскладчиком, с которого арматура подается на оправку. П станках планетар­ного типа раскладчик вращается в плоскости, почти совпадающей с осью оправки, которая вращается обычно с малой скоростью. Используются также станки, в которых раскладчик неподвижен, а оправка вращается в двух плоскости?;.

Трубы, изготовленные методом намотки, имеют гладкую внутреннюю поверхность и характеризуются высокими прочност­ными качествами, ко герметичность таких труб недостаточно высока. Для устранения этого недостатка при формовании обыч­но применяют различные дополнительные способы уплотнения стенки трубы: специальная намотка лент из различных материа­лов, опрессовка в пресс-формах и т. д.

Наиболее рационально проблема герметичности решается изготовлением бипластмассовых труб, н которых наружный слой из стеклопластика несет силовую нагрузку, а внутренний слой из термопластичного материала (например, из поливинилхлори­да) обеспечивает необходимую герметичность и высокую хими­ческую стойкость трубы. Перспективен’ метод намотки жгута на тонкостенную оболочку из термопласта, полученную методом экструзии рукава с последующим его раздувом.

Метод протяжки заключается в том, что стекловолокннстый наполнитель, пропитанный связующим, протягивается через от­верстие определенной формы, при этом избыток связующего

Риг. 11.12 Схема протяжки поклон. lacT иконы профилен {вертикальная ма­шина) .

/—стекложгут; 2 — нанн* со сои и «ощмм - У калибрующее отверстие: I ге. шокпмеря', .7 • тлиутие иаликн

Риг. J1.I3, Схема непрерывного производетна стержней и профильных изде­лий из стеклопластиков (горизонтальная машина)

/ найма со связующим; 2 форма, л ♦лектрочсчи*. -/ iнкущее - ус гр/.'Гитио

ошнмается. происходят уплотнение наполнителя формование заданного профиля. Движение формуемого профиля осуществ­ляется при помощи тянущих валиков. Отверждение происходит и термокамере. Метод протяжки используется в основном для получения изделий с однонаправленным расположением волок­на (вдоль профиля), при этом изделия обладаю: достаточной прочностью и в поперечном направлении. Трубы, изготовленные 31 им методом, успешно применяются в качестве шахтной крепи, где они несут значительную сжимающую нагрузку.

Для протяжки можно использовать вертикальные (рис. 11.12) или горизонтальные (рис. 11.13) машины. Преимуществами вер­тикальных машин являются более простая конструкция пропи­точной ванны и отсутствие прогиба при формовании профиля.

Метод протяжки сравнительно широко применяется также в строительной индустрии для изготовления плоских и гофри­рованных листов из стеклопластиков (рис. 11.14).