|
|
|
Навигация
|
Главная » Мануалы нам. Разрыв сопровождался значительным разрушением волокон. При испытании труб со свободными торцами разрушение в основном носило характер сдвиговых явлений в смоле. Утечка начиналась довольно неожиданно при давлении, более близком к предельному [28]. В табл. 16.21 [26] и 16.22 [29] представлены результаты испытаний труб с различной ориентацией волокон под действием одноосного сжатия и растяжения, а также их сдвиговые характеристики при кручении и изгибе. Свойства промышленных труб, изготовленных по методу Дростхолм , приведены в табл. 16.23 [27]. Этот метод основан на намотке непрерывными стеклянными стренгами только в окружном направлении. Рубленое стекловолокно используется лишь для продольной намотки. Полимерную композицию подбирают в зависимости от назначения изделий (канализационные системы, резервуары для хранения или напорные трубопроводы), соответственно варьируя свойства. 16.4.5. Методы испытаний В табл. 16.24 приведены методы общества ASTM, которые можно непосредственно применять для испытаний композитов, полученных намоткой. 16.24. Стандартные методы испытания изделий, изготовленных намоткой композитов Стандарт ASTM Наименование D2344 Пластмассы армированные. Определение кажущейся прочности на горизонтальный срез методом короткого бруса D2290 Кольца пластмассовые армированные с параллельным направ- лением волокон. Определение кажущейся прочности при растяжении методом раздвигающегося диска D2291 Образцы кольцеобразные для определения механических свойств армированных пластмасс. Рекомендуемая технология изготовления D2586 Цилиндры из пластмасс, армированные стекловолокном. Ме- тоды определения прочности при гидростатическом сжатии D2585 Сосуды, работающие под давлением, намотанные из отдельных нитей. Технология изготовления и методы испытания на растяжение D2343 Волокно, пряжа и ровница стеклянные для армирования пласт- масс. Методы определения прочности при растяжении D3039 Соединения из ориентированных волокон. Методы определения прочности на растяжение D2355 Однонаправленные композиционные материалы. Определение содержания волокна D3299 Химически стойкие резервуары, получаемые намоткон стекло- волокна, пропитанного полиэфирной смолой. Спецификации D2924 Трубы пластмассовые. Методы испытания при наружном дав- лении 16.5. Заключение Метод намотки волокном считается в настоящее время универсальным способом переработки армированных пластмасс. Он применяется в основном для промышленного производства резервуаров и труб для хранения и транспортировки различных хими-калиев и технических веществ. Полиэфирные смолы и стекловолокно - главные составные части армированных материалов, они и будут, по-видимому, оставаться таковыми в обозримом будущем. Отмечается растущее применение углеродного и арамидного волокон, особенно для получения сосудов высокого давления, работающих в весьма ответственных условиях эксплуатации. В качестве матрицы (связующего) в этих случаях наиболее пригодна эпоксидная смола. Можно ожидать новых усовершенствований метода намотки на месте применения и комбинированной намотки, например стекловолокна на поливинилхлоридную трубу. Другая изучаемая возможность - это прямое прессование намотанного слоями волокна. Эти методы формования могут обеспечить уникальные возможности получения конструкционных изделий, масса которых является определяющим фактором. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. SchmitzG. К. and Metcalfe А. G., ((Characterization of Flaws on Fiberglass 20th Annual Technical Conference, Reinforced Plastics/Composites, SPI, Was hington, D. C, 1965. 2. Owens-Corning Fiberglass, Publication No. 5-CR-6516, 1974. 3. PPG Industries, Bulletins F-131A, F-132B, Hybon 2000 Series. 4. Goldsworthy Engineering, USAAMRDL-TR-76-5, 1976. 5. Whisenhunt F. S., Jr., NRL 6161, 1964. 6. Chiao T. т., Jessup E. E. and Penn L., Screening of High Performance Filament Wound Applications*, 7th rence, October 1975. 7. Duffy J. v., NSWC/WOL/TR 75-48, 1975. 8. Rinde J. A. and Newey H. A., UCID-17219 (Lawrence Livermore Laboratories), 1976. 9. Shell Chemical Co., Technical Bulletin SC-122-76. 10. Mahler J. P. and Bradley R. Т., UCRL-51934 (Lawrence Livermore Laboratories), 1975. II. Grumman Aircraft, ADR 08-18-67.2, 1967. 12. Aerojet-General, ML-TDR-64-43 Volumes I & II, 1964. 13. Darms F. and Litvak S., Optimum Design for Filament-Wound Rocket Motor Cases , I9th Annual Technical Conference, Reinforced Plastics/Composites, SPI, Washington, D. C, 6-D, 1964. 14. Hofeditz J. Т., ((Structural Design Considerations for Fiberglass Pressure Vessels*, 19th Annual Technical Conference, Reinforced Plastics/Composites, SPI, Washington, D. C, 7-C, 1964. 15. Aerojet-General, AFML-TR-68-126, 1968. 16. Picatinny Arsenal, Technical Report 3257, 1965. 17. Hoggatt J. т., NASA-CR-I20835. Epoxy Systems for Natl SAMPE Confe- 18. Hughes Aircraft, USAAMRDL-TR-77-19A. 1977. 19. Advanced Composites Design Manual, Volume IV, Rockwell International, 1973. 20. Reuter R. C, Jr., J. Composite Materials 6, January 1972. 21. Craddak J. N. and Zak A. R., J. Composite Materials 11, April 1977. 22. Fiber Science, Inc., USARTL-TR-77-53, February 1978. 23. b. f. Goodrich, ABL Subcontract 89, 1964. 24. Young E. C, 18th Petroleum Mechanical Engineering Conference, 1963. 25. Lark R. f., NASA-TM-73699, 1977. 26. Vogt C. W., Haniuk E. S. and Trice J. M., Jr., AFML-TR-66-274, 1966. 27. Gilbu A., New Developments in Connection with Production of Pipes and Tanks on Drisiholm Machine*, 31st Annual Technical Conference, Reinforced Plastics/Composites, SPI, Washington, D. C, 9-B, February 1976. 28. Hull D., Legg M. L. and Spencer В., Composites, January 1978. 29. Chiao T. Т., SPE Regional Conference, Cleveland, 1965. 17. НЕПРЕРЫВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ У. Б. Гоулдзуэрди Быстро расширяющееся применение деталей из композитов в автомобильной и других крупномаоштабных отраслях промышленности привлекает особое внимание к непрерывным производственным технологиям, используемым для производства этих конструкционных материалов. Непрерывный процесс их получения от сырья до готового продукта обеспечивает оптимальную эффективность производства в тех случаях, когда это оправдано объемом выпуска изделий. При работе с композиционными материалами, свойства которых зависят практически только от ориентации волокон, непрерывный процесс дает дополнительное преимущество, обеспечивая надежный контроль их ориентации и натяжения. Сочетание этих методов переработки с другими приводит к такой экономии материала, которую не удается достичь при других технологиях производства. Ускоренная эволюция процессов переработки композитов влечет за собой быстрое развитие новых непрерывных методов формования. Чтобы получить необходимое представление о них, рассмотрим некоторые установки непрерывного действия, применяемые в настоящее время для этих целей. 17.1. Пултрузия Эта технология производства конструкционных профильных изделий из одноосно-ориентированных волокнистых пластиков непрерывным способом, например на машинах типа Гластрудер (рис. 17.1) фирмы Гоулдзуэрди энджиниринг , является точной аналогией экструзии алюминия или термопластов. Во всех трех случаях производятся профильные изделия с постоянным поперечным сечением из соответствующего материала. Вначале пултрузию рассматривали как метод получения простых сплошных профилей, армированных однонаправленным волокном. По мере усовершенствования процесса пултрузия превратилась в метод производства практически неограниченного ассортимента сплошных и полых профильных изделий. Одновременно появилась возможность получать изделия, свойства которых удовлетворяют широкому диапазону технологических и конструкционных требований.  Рис. 17.1. Машина для пултрузии Гластрудер Правильный выбор смолы позволяет увеличить химическую стойкость, теплостойкость, ударную и усталостную прочность материала. По мере того как осваивается промышленное производство смол и катализаторов, входящих в композиции, предназначенные специально для переработки этим методом, его производительность возрастает. Если раньше скорости пултрузии 0,6 ... 0,9 м/мин были нормой, то сейчас они увеличиваются до 4,6 ... 6,1 м/мин. Этот резкий рост производительности обусловлен синергиче-ским эффектом от модификации смол и усовершенствования технологии их отверждения. Применение высокочастотного нагрева наряду с традиционными способами нагрева не только увеличивает рабочие скорости, но и позволяет выпускать как простые крупные профильные изделия, так и такие, масса которых в пределах профиля резко изменяется (рис. 17.2 и 17.3). Теперь, когда производство сложных профильных изделий уже не вызывает проблем, в работах по усовершенствованию процесса основное внимание уделяется обеспечению точной ориентации армирующего волокна, что позволит оптимизировать свойства изделий в соответствии с их конкретным назначением. Для иллюстрации гибкости непрерывной технологии при современном под- S. мм  о 0,Z0,i-0fi0,81 1,5 г м/мин  fOO 800 1200 zll/,% Рис. 17.2. Зависимость толщины изделия sot скорости отверждения о при отверждении: / - подведеяяой яэвяе теплотой; 2 - высокочастотным нагревом Рис. 17.3. Зависимость толщины изделия s от приращения скорости отверждения До, иллюстрирующая увеличение скорости отверждения при одновременном применении высокочастотного и наружного методов нагрева по сравнению с одним наружным ходе рассмотрим особенности получения трубы следующего строения: внутренний слой из полиэфирной смолы (для придания поверхности необходимой гладкости), затем слой мата из непрерывного волокна (для создания ненаправленных свойств), три продольных слоя ровинга (для обеспечения прочности на изгиб), окружной слой ровинга (для прочности на разрыв под действием внутреннего давления), слой ровинга, наложенного под углом +45° и -45° (для сопротивления скручивающим нагрузкам), еще один слой мата из непрерывного волокна (для увеличения ударной прочности) и, наконец, наружный слой из химически стойкого стекловолокна (для обеспечения высокой коррозионной стойкости). Это превосходный пример возможности широкого варьирования свойств конструкционных изделий такого типа. Обычно паковку ориентированного волокна укрепляют в сухом состоянии, а затем пропитывают полимерной композицией, которую прокачивают сквозь сухую паковку. При такой технологии воздух в материал не попадает. Избыток смолы стекает обратно в поддон и поступает на рециркуляцию. В большинстве случаев паковку сухого ориентированного волокна непрерывно наматывают на цилиндрическую оправку и придают детали необходимую окончательную форму (рис. 17.4). Расширение возможностей применения и непрерывное снижение стоимости высокопрочных волокон способствуют использованию их в процессе пултрузии. Для получения конструкционных изделий, по свойствам значительно превышающих аналогичные изделия из традиционных материалов, применяются углеродное и арамидное волокна и волокна из S-стекла. В производственной   Рис. 17.4. Оснастка для производства труб прямоугольного сечения, включающая в себя зону пропитки с перфорированным сердечником, электроды для высокочастотного нагрева и переходной участок практике одновременно используют волокна различных типов,. что позволяет правильно соотнести технические и экономические требования. Если свойства получаемых пултрузией профильных деталей, армированных различными видами волокна из -стекла, хорошо известны (табл. 17.1), то публикаций, касающихся свойств изделий из более прочных волокон, очень мало. Данные, приведенные в табл. 17.2-17.10, получены в результате реализации субсидированной правительством США исследовательской программы и, хотя являются далеко не исчерпывающими, но позволяют в некоторых случаях сравнить пултрузию с другими широко применяемыми методами формования композиционных материалов, в частности с вакуумным формованием с эластичной диафрагмой. Очевидно, что изделия, полученные пултрузией, по свойствам превосходят детали, сделанные более традиционными методами формования. Тенденция к некоторому увеличению стоимости может быть обусловлена рядом преимуществ, характерных для этого процесса, - строгим контролем натяжения и ориентации волокна, уменьшением количества пор и поддержанием постоянного содержания волокна в композите. Даже такое трудно гарантируемое свойство, как межслоевой сдвиг, и то явно улучшается (рис. 17.5). Разработано несколько интересных и важных для промышленности модификаций основного процесса пултрузии, преимуществами которых являются высокая производительность, превосходный допуск по размерам и хорошие физические, химические, элек-242 81 бв 28 -14 -  трические и тепловые свойства. Один из этих методов пултрузии предназначен для производства непрерывных пластинчатых и листовых полуфабрикатов. Эти материалы выпускаются стандартной шириной 1220 мм и толщиной до 38,1 мм. Мобильность этого метода переработки подтверждается возможностью приспособить его для изготовления емкостей большого диаметра на месте их применения. Основным механизмом агрегата для получения цистерн является машина для пултрузии, установленная в видоизмененном прицепе-фургоне длиной 12,2 м. Агрегат подвозят непосредственно к фундаменту цистерны, где получаемый пултрузией профиль заданной длины и конфигурации выкладывают в форме-цистерны-хранилища. Точная длина рассчитывается исходя из диаметра и высоты стенок цистерны и ширины профиля. После намотки необходимого количества полуфабриката прицеп-фургон с машиной для пултрузии перевозят на следующий объект. Полученный пултрузией профиль, обычно имеющий какой-то желобок с одной стороны и выступ с другой, от формуемой цистерны подается обратно в машину для пултрузии, где два первых витка сцепляются вместе соответственно заданному диаметру цистерны, после чего каждый последующий виток соединяется-с предыдущим по спирали до достижения заданной высоты хранилища. В этот момент связующая смола в заданном количестве подается в канавку, а выступ проходит через емкость с отвердителем. Непрерывное наложение этих двух полос приводит к сцеплению материала в единую конструкцию. Возможность получе- 17.1. Характерные свойства получаемых пултрузией профильных изделий, армированных волокном из Я-стекла вгв/мФдА/дмФ szos Рис. 17.5. Сравнительные значения предела прочности при межслойном сдвиге Тсд при испытании коротким брусом слоистых пластиков, полученных двумя способами: / - пултрузией: 2 - вакуумным формованием с эластичной диафрагмой
Ои, МПа £н. ГПа Ов, МПа 690-1240 27,6-41,4 414-1240 165-262 9,65-12,4 172-310 ГПа МПа ГПа 27,6-41,4 207-483 13,8-27,6 193-276 13,8-20,7 17.2. Средние результаты нспытаннй на растяжение
11 2 6 8 12 3 4 9 Юс (0°)c (0°)c (0°)c (90°)c (90°)e (90°)e (90°)c (±45°)e (0°±45°), (±20°)e (0°±20°)s 8A 8B 8C 8D (0)c (0°)c (0°)c (0°)c (90°)c (90°)e (90°)e (90°)e (045 0?)e (0?±45°, 0?)e (0?±45°, 0°)e Изделия, полученные пултрузией 1206,6 137,9 1061,8 133,8 1572,0 49,9 1103,2 - 37.2 11,4 20,0 14,2 48.3 12,5 11,0 - 406,8 55,2 641.2 86,2 634.3 40,6 815,0 41,1 855,0 123,4 923,9 119,3 1048,0 55,0 1468,6 56,5 17,2 8,0 9,7 14,7 35,9 9,5 32,4 13,1 540,6 75,8 710,2 82,7 223,4 30,4 1103,2 37,6
850 0,20 750 0,18 3280 0,34 370 0,023 174 0,029 285 0,094 847 740 1790 2160 780 830 2500 3230 220 85 250 150 790 910 493 3360 0,86 0,98 0,49 0,34 0,32 0,25 0,20 0,28 0,097 0,072 0,36 0,48 0,70 0,47 17.3. Средние результаты испытаний на сжатие
Изделия, полученные пултрузией 13 17 19 23 14 18 20 24 16 15 22 21
Продолженне табл. 17.3
Изделия, получаемые вакуумным формованием с эластичной диафрагмой 9 (0°)с 13 (0°)е И (0°)с 15 (0°)е 10 (90°)е 14 (90°)е 12 (90°) с 16 (90°)с
17.4. Средние результаты нспытаннй на плоскостной сдвиг изделий, полученных пултрузией
25 28 27 26 30 29 (0> (0°)с (±45°)с (0°±45°)е (+20°)е (0±20°),
17.5. Средние результаты испытаний на нзгнб по четырем точкам
17.6. Средние результаты испытаний методом короткой балкн на межслонный сдвиг
Изделия, полученные пултрузией 44А 44В 18 19 20 (0°) (0°) (0°) (0°) (Ор (0°) (0°) (0°) (0°) Изделия, полученные вакуумным формованием с эластичной диафрагмой
(0°) (0°) (0°) (0°) 826 5208 826 5208 Геркулес /45 Геркулес AS* S-стекло S-стекло 60 60 67 62 61,4 43,4 82,7 46.2 17.7. Результаты испытаний на усталостную прочность прн растяжении материала, состоящего нз стекловолокна Геркулес AS и смолы 826, с ориентацией волокна по отношению к нагрузке 0°, максимальным значением Ов = 1213 МПа, АГ = 1 п R = 0,05
* Образец не разрушился после 1,889-10 циклов. 17.8. Результаты испытаний на усталостную прочность при растяжении материала, состоящего из стекловолокна Оуэнз-Корнинг HTS-904 и Смолы 826, с ориентацией волокна по отношению к нагрузке 0°, максимальным значением = 1420 МПа, /С = 1 и 2? = 0,05
образца Доля приложенного напряжения от Ов прн статических испытаниях, Число циклов до разрушения
* Образец не разрушился после ЫО циклов. 1,25-10* 1,605-10* 1,566-10* 7,772-10* 3,9712-105 HP 17.9. Результаты испытаний на усталостную прочность прн кручении однонаправленного композиционного материала, состоящего из стекловолокна Геркулес AS я смолы 826, прн статическом межосевом напряенин сдвига 97 МПа, /С = 1 я R = 0,1
ния больших изделий на месте их применения с использованием неквалифицированной рабочей силы делает этот метод экономически привдекательным. Мобильность, свойственная установкам для получения цистерн, привела к возникновению новых областей их применения, в частности для укладки подводных труб с борта корабля и, возможно, для получения больших конструкций в космосе с помощью устройств, смонтированных на космических летательных аппаратах. 17.10. Результаты испытаний на усталостную прочность прн кручении однонаправленного композиционного материала, состоящего из волокон 5-стекла н смолы 826, прн статическом межслоевом напряженнн сдвига 82 МПа, К = I н = 0,1
* Образец не разрушился после 1 10 циклов. 17.2. Машины для получения непрерывных труб Непрерывное производство композиционных труб всех размеров (от 25,4 до 3050 мм) в настоящее время является хорошо разработанным и широко применяемым процессом (рис. 17.6). Трубы, полученные таким способом, экономически достаточно конкурентоспособны по отношению к трубам из традиционных  Рис. 17.6. Непрерывное производство труб большого диаметра фирмой сОуэнз-Корнинг файберглао материалов (бетона, стали, асбеста, глины и т. п.), что позволяет перейти от их применения только в специализированных областях, для которых они первоначально были разработаны, к широкому промышленному внедрению. Когда усовершенствование производства фитингов, технологии укладки и рытья канав, а также техники механического соединения труб достигнет достаточно высокого уровня, доля труб из композиционных материалов в общем производстве труб станет весьма существенной. 17.3. Другие непрерывные системы Многие из изделий, промышленное производство которых основано на формовании ЛФМ из рубленого волокна, открывают очень широкие возможности для внедрения в ряде отраслей промышленности однонаправленно армированных непрерывным волокном композитных полуфабрикатов. Для их получения разрабатываются машины, которые непрерывно пропитывают и формуют полуфабрикат в виде полос для последующей переработки. Спортивные товары (клюшки для гольфа, удилища, лыжные палки и т. п.), а также различные промышленные и коммерческие изделия выдвигают большое число требований к конусообразным трубам из разнообразных композиционных материалов. Кроме того, широкий спектр требований к готовым изделиям определяет необходимость создания универсальных машин, на которых можно получать множество заготовок, различающихся длиной, конусностью, толщиной стенок конуса и заданным относительным углом расположения волокон в соседних слоях для варьирования продольной жесткости при кручении. Сочетание этих требований с условием высокой производительности означает, что непрерывный процесс является единственно возможным. Изготовление гофрированных и плоских полупрозрачных листов - это самое старое непрерывное промышленное производство композиционных материалов. Однако машины с микропроцессорным управлением, предназначенные для непрерывной облицовки фанеры и других заполнителей композиционным материалом, получения конструкционных и покрытых металлом листов, трехмерных армированных изоляционных панелей, прямых и изогнутых конструкций с переменным поперечным сечением и меняющимися объемными пропорциями, уже внедряются в промышленность или разрабатываются, по мере того как непрерывная технология производства композитов идет в ногу с нуждами промышленности. список ЛИТЕРАТУРЫ 1. Goldsworthy Engineering, Inc.. ММ &Т-Pultruded Composite Structura Elements*, December 1976. 2. cEvaluation of Curing Rates of Flat Sheet Materialess, Report No. 1, GEI R.13, August 13, 1971. 3. Goldsworthy Engineering, Inc., tLarge Diametr Reinforced Plastic Pipe International Achievements*, 1974 Reinforced Plastics Congress, November 12, 1974. 4. Qoldsworthy Engineering, Inc., An Approach to The Logistics, Manufacturing Techniques and Construction of the Trans Canada Pipeline Utilizing Composite Materials*, North Slope Pipeline-Steel ot Composites Workshop, February 15, ld71. 5. Goldsworthy Engineering, Inc., tManufacturing Methods and Cost Factors to Produce a Full Line of Pipe Products, 2-inch through 108- inch, from Glass Reinforced Plastics*, October 27, 1971. 6. Goldsworfhy Engineering, Inc., tContinuously Filament Wound Pipe*. 7. Goldsworthy Engineering, Inc., tUnderwater Piping Systems*, April 1967. 8. Jones, Brian H., Ph D., tDesign and Manufacturing Technology for Pultruded Composite Structural Elements*, Society of the Plastics Industry. 9. tFight Corrosion with Fiber Glass Reinforced Plastics*, Society of the Plastics Industry, 1978 Technical Conference, November 7-10, 1978. 10. Jones, Brian H., Ph D., Goldsworthy Engineering, Inc., The Design and Production of Economical FRP Energy Absorbing Systems for Transportation Applications*. 11. Jones, Brian H., Ph D., Pultruding Filamentary Composites - An Experimental and Analytical Determination of Process*, Society of the Plastics Industry, 1974 Technical Conference. 18. ПОЛУЧЕНИЕ УЛУЧШЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ* Л. Е. .Ройу, Мид 18.1. Введение Процесс получения деталей из композиционных материалов состоит из следующих основных операций: послойная укладка исходных компонентов - армирующих материалов и матриц; приложение тепла и давления, сопровождающееся отверждением и монолитизацией материала в конечное изделие заданной формы; сборка; соединение. Однако реализация этих операций может осуществляться различными путями. Методы укладки непрерывного и рубленого волокна в заданном направлении и монолитизация внутри слоев комлозиционного материала описаны и проанализированы с позиций экономической эффективности и надежности процесса. Рассмотрена технология получения композитов с полимерной и металлической матрицей. Процесс изготовления - один из наиболее существенных факторов, от которых зависит успешное применение улучшенных композиционных материалов в изделиях различных типов. Особая значимость процесса изготовления определяется следующими причинами: 1) необходимостью изготовления основного конструкционного макроматериала (предварительно пропитанной ленты или однослойных листов) из исходных однонаправленных или тканых полотен (волокна и матрицы) до или одновременно с получением самих изделий (обычно выполняется поставщиками материалов); 2) сложностями, которые вызываются увеличением количества технологических параметров, характерных для переработки гетерогенных многокомпонентных материалов; 3) трудностями при переработке некоторых компонентов (например хрупкостью, отсутствием эластичности, очень высокой жесткостью борных волокон); * Материалы этой главы черпались из информации, полученной при создании Руководства по изготовлению конструкционных композиционных материалов , которое субсидировалось министерством обороны США и НАСА. Автор выражает признательность всем авиационно-космическим компаниям США, занимающимся разработкой и изготовлением композиционных изделий и представившим информацию для этого Руководства . 4) чрезвычайной важностью строгого контроля процесса для достижения монолитности и постоянства свойств продукции; 5) высокими требованиями к соединяемым или контактирующим поверхностям. Эта глава дает возможность инженеру достаточно глубоко вникнуть в производственные процессы, чтобы он смог обеспечить получение полезных, удобных в эксплуатации, поддающихся ремонту, экономически эффективных, конкурентоспособных изделий. Она должна также дать достаточный объем информации для принятия обоснованных решений при сопоставлении конкурирующих конструкций, основываясь не только на их технических достоинствах, но и учитывая такие сравнительные показатели, как легкость и стоимость изготовления, возможность эффективного контроля и экономической эксплуатации. 18.1.1. Вакуумное формование с эластичной диафрагмой Технология формования эластичной диафрагмой (мембраной) разработана для изготовления многих деталей и конструкций. Этим методом легко получать изделия сложной формы, в том числе и с двойным очертанием, а также сравнительно крупные детали. Процесс, в принципе, может быть использован и в тех случаях, когда нельзя применять высоких давлений формования. Основные стадии процесса: послойная укладка, подготовка системы выпускных отверстий и формование диафрагмой. Необходимое для послойной укладки количество слоев предварительно вырезают по размеру и по одному укладывают в форму (или в гнездо формы). Каждый слой отдельно обрабатывают для удаления захваченного воздуха и складок, чтобы обеспечить плотный контакт с предыдущим слоем. Готовый слоевой пакет закрывают пористым неприлипающим материалом, который способствует легкому извлечению изделия, и подсоединяют вакуум. Для этой цели применяют различные перфорированные пленки и ткани с покрытиями. Для удаления избытка смолы и летучих и сохранения заданного объемного содержания волокна в данном слоистом пластике обычно применяется выпускная система с регулируемой пропускной способностью. Излишек связующего можно выводить сбоку (боковая выпускная система), через верхнюю поверхность (вертикальная выпускная система) или комбинируя эти два способа. Боковую выпускную систему получают, помещая по периметру пакета слоев узкую (около 25 мм) полоску пропускающей смолу ткани из нешлихтованного стекловолокна, брезента или аналогичного материала. При вертикальной системе слои тех же материалов помещают непосредственно под перфорированной пленкой. Детали, полученные с использованием боковой выпускной системы, обычно необходимо дополнительно обрабатывать для уда- ления обогащенных или обедненных смолой краев. Если изделия нельзя зачищать, то для уменьшения вытекания материала по краям используют одновременно эластичные перегородки и вертикальные отводы. Для удаления избытка связующего из однонаправленных или широких лент обычно над пропускающими смолу слоями устанавливают тонкую эластичную промежуточную плиту, которая препятствует чрезмерному выдавливанию смолы и обеспечивает образование гладкой поверхности со стороны диаграммы. В слоевой пакет могут входить внешние отслаивающиеся пленки, если изделие в дальнейшем подвергается склеиванию. Отслаивающаяся пленка непосредственно контактирует со слоевым пакетом, находясь под антиадгезионной пленкой. Соединительные детали вакуумной линии размещают над вертикальной выпускной системой или сбоку от боковой выпускной системы. Для равномерного удаления смолы и летучих делают достаточное количество каналов. Эластичную диафрагму, выкроенную по конфигурации формуемой детали, размещают над пакетом листов, выпускной системой и деталями вакуумной линии и уплотняют по линии контакта с плитой формы. Обычно сначала создают небольшой вакуум, чтобы разгладить поверхность диафрагмы, а затем окончательно вакуумируют и нагревают систему. Форму с эластичной диафрагмой переносят в печь для отверждения материала под полным вакуумом. В большинстве случаев вакуум поддерживается на протяжении всего цикла нагрева и охлаждения. 18.1.2. Автоклавное формование Автоклавное формование аналогично процессу вакуумного формования с эластичной диафрагмой, с той только разницей, что слоевой пакет подвергается большему давлению и получаются более плотные изделия [4]. Слоевой пакет с эластичной диафрагмой отверждается в автоклаве при одновременном приложении давления и нагреве. В большинстве автоклавных процессов производится также вакуумирование материала для удаления захваченного воздуха и других летучих. Глубина вакуума и давление в автоклаве регулируются таким образом, чтобы обеспечить максимальное удаление воздуха, но при этом не вызвать чрезмерное течение смолы. Вакуум обычно прикладывается только на начальных стадиях цикла отверждения, в то время как давление в автоклаве поддерживается на протяжении всего цикла нагрева и охлаждения. При отверждении давление обычно поддерживается на уровне 0,35-0,7 МПа. По сравнению с вакуумным формованием с эластичной диафрагмой этот процесс позволяет получать ламинаты с более точной толщиной и меньшим содержанием пор (см. гл. 14). 18.1.3. Формование композиционных материалов бор - алюминий, бор - эпоксидная смола, углеродное волокно - эпоксидная смола на матрице Сложность конструкции и относительно небольшой размер деталей газовых турбин, таких как лопасти и лопатки, обусловливают необходимость изготовления их формованием на матрице или склеиванием. При этом обычно требуется использовать при формовании торцовые крепежные детали типа бандажей или выступов. Процесс в зависимости от перерабатываемого материала проводится под давлением 3,5 ... 35 МПа, и при температуре 177 ... 566 °С в среде воздуха, инертного газа или в вакууме. 18.1.4. Формование препрегов на основе рубленого волокна на матрице Некоторые конструкции сложной формы должны иметь высокое отношение жесткости к плотности при среднем значении прочности. Формование на матрице таких изделий или из предварительно полученных заготовок рубленого волокна, или из композиций рубленого волокна с прослойками непрерывного волокна представляет собой достаточно экономичный метод получения сложных деталей или комплектных сеток ; при этом дополнительная механическая обработка изделий почти или совсем не требуется. Так как матрицы сложной формы сами по себе дороги, особенно когда их получают механической обработкой стальных заготовок, метод будет экономически выгодным только при крупносерийном производстве идентичных деталей на комплекте одинаковых форм. Технология формования изделий на матрице состоит из трех основных стадий [51: 1. Подготовка препрега для загрузки в форму. Необходимое количество предварительно пропитанной ленты режут на куски длиной 25,4 мм для последующей беспорядочной загрузки в форму. 2. Подготовка и формование заготовки. Слои непрерывного волокна помещают в форму для предварительного формования заготовок, формуют под вакуумом с эластичной диафрагмой и выдерживают в автоклаве в течение 2 ч при 65,5 °С под давлением 0,35 МПа. Полученные заготовки заданной формы затем переносят в форму для окончательного формования детали и произвольно распределяют в ней рубленый материал (длиной 25,4 мм) в требуемом количестве. Подготовленную таким образом заготовку затем помещают под эластичную диафрагму и выдерживают в автоклаве 2 ч при 65,5 °С под давлением 0,7 МПа. 3. Отверждение под вжоким давлением в комплекте форм. Комплект стальных форм устанавливают в пресс, покрывают их поверхность антиадгезионной смазкой и поднимают температуру форм до 177 °С. Готовые заготовки помещают в матрицы форм, смыкают плиты пресса и проводят отверждение материала в течение 30 ... 90 мин под давлением 14 МПа. 18.1.5. Формование под действием теплового расширения Один из методов формования изготовленных за одно целое жестких конструкций, имеющих сложную форму, заключается в намотке нескольких слоев препрегов на резиновые брусы и плотной укладке этого пакета слоев вместе с резиновыми брусами в металлическую оформляющую полость. При повышении температуры резиновые брусы или сердечники расширяются в большей степени, чем ограничивающая их металлическая оснастка, что вызывает давление на отверждаемый материал. Благодаря этому отпадает необходимость в приложении внешнего давления, как это делается при автоклавном формовании. Если масса резинового бруса выбрана без учета объема оформляющей полости, может развиться очень высокое давление - до 5,6 МПа. Оснастка стоит недорого, проста и легко заменяется при переходе к изделиям другого типа. Проектировщик имеет большую свободу при выборе конструкции оснастки для формования сложных изделий за один цикл. Таким образом, полная заводская себестоимость может быть снижена путем уменьшения количества деталей, которые должны быть собраны в единое изделие, исключения соединений и сокращения сборочных и крепежных операций. 18.1.6. Оплетка Это механизированный процесс, применяемый в текстильной промышленности с начала 1800-х годов. В этом процессе оправка с постоянной скоростью выдвигается вверх из середины машины, а волокно с движущихся шпулярников навивается на оправку под заданным углом. Все шпулярники работают попарно для обеспечения такого плетения, чтобы каждое волокно попеременно проходило под и над другим волокном. Описанный процесс применим для изготовления коробчатых профилей и других изделий такого типа. 18.1.7. Намотка волокном Это процесс, в котором волокно или лента наматывается на вращающуюся оправку из относительно стационарного положения. Волокна, выходящие из перемещающейся головки, распределяются под заданными углами перпендикулярно к оси вращающейся оправки. Уплотнение слоев материала регулируется степенью натяжения волокон во время намотки (см. гл. 15). 18.1.8. Изготовление многослойных конструкций Для изготовления многослойных конструкций применяются два метода соединения облицовки из улучшенных композиционных материалов с центральным слоем (сандвичевых структур). 1 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 29 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |