|
|
|
Навигация
|
Главная » Мануалы масле. Технология этого вида обработки зависит от конкретного вида хонинговального станка. Обработка легко обеспечивает шероховатость поверхности 0,8 мкм. Дальнейшая, более тонкая обработка ведется методом доводки вручную или машинным способом. Собственно полирование накатанными и мягкими кругами является окончательным процессом отделки, доводящим поверхность до зеркального блеска. Мягкий полировальный круг состоит из набора суконных дисков; абразивная пудра из окиси кремния применяется без жировой связки. Круг вращается с малой частотой и легким прижимом к заготовке. 22.4.17. Механическая обработка термопластов Механическая обработка неармированных термопластов хорошо изучена. Введение армирующей добавки (стекловолокна, арамидного типа Кевлар или углеродного волокна) меняет свойства материала. Хотя основные свойства композиционных материалов при механической обработке остаются теми же, что у иенаполненных термопластов, существуют все же особенности процессов, которые необходимо знать и соблюдать: обязательно использовать охлаждение, чтобы не допустить плавления матрицы в заготовке; производить обработку на очень высоких частотах вращения;! предусматривать гораздо большие задние углы при заточке режущего инструмента; работать с малыми глубиной резания и подачей; в токарных резцах использовать большой передний угол, обеспечивающий минимальную силу резания; для сверления использовать спиральные сверла с малым углом наклона винтовой канавки; необходимо использовать твердосплавный режущий инструмент или специальный инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали; заготовка должна жестко крепиться, чтобы избежать упругих деформаций под нажимом режущего инструмента; температура помещения, в котором производится обработка и хранение изделий из термопластов, выбирается с учетом того, что они могут деформироваться, ухудшая точность обработки; режущие кромки инструмента должны быть острыми, так как тупой инструмент увеличивает усилия, приложенные к заготовке. 22.4.18. Распиливание термопластов Главной особенностью этой технологической операции для термопластов является необходимость использования интенсивного охлаждения. Для самого процесса распиливания применяется традиционное оборудование: ленточные и дисковые пилы. Можно рекомендовать инструмент с зубьями из твердосплавных вставок. Скорости резания составляют 610 ... 2020 м/мин. 22.4.19. Сверление Сверление термопластов требует осторожности, чтобы избежать забивания канавок стружкой и перегрева. Обычно сверление производится специальными спиральными сверлами с широкими полированными канавками. Угол наклона винтовой канавки составляет 10 ... 50°, задний угол равен 9 ... 20° и угол при вершине 60 ... 120°. Поток воздуха или охлаждающая жидкость должны свободно попадать в отверстие, что обеспечит необходимую точность, предотвратив перегрев заготовки. Частота вращения при сверлении зависит не только от материала, но и от диаметра и глубины отверстия. В основном для отверстий диаметром 12,7 мм частота вращения составляет 900 мин . Могут использоваться сверла из быстрорежущей стали, однако твердосплавный инструмент может работать на высоких угловых скоростях и обеспечивать получение гладких отверстий. 22.4.20. Нарезание резьбы Как и в случае термореактивных композитов, отверстия должны иметь фаску для облегчения входа метчика и предотвращения срыва Нескольких первых ниток у резьбы. Резьба с закругленной впадиной предпочтительнее, так как обладает минимальной концентрацией напряжений. Резьба может быть нерезана как резцом на токарном станке, так и с помощью метчиков и плашек. Для получения качественных резьб используются метчики из быстрорежущей стали, с прямыми канавками и слегка увеличенного размера из-за упругой деформации КМ. Передний угол метчика лежит .между 10 и 15°, а задний угол приблизительно равен 5°. При использовании метчиков желательно применять охлаждение потоком сжатого воздуха или СОЖ, которое уменьшает забивание канавок и повышает скорость резания. 22.4.21. Фрезерование и токарная обработка термопластов Стандартные металлорежущие фрезерные и токарные станки могут использоваться и для механической обработки термопластов. Для режущего инструмента предпочтительно использовать быстрорежущие стали, твердые сплавы или алмазы. В зависимости от типа материала заготовки и от вида обработки скорости резания лежат в пределах 9 ... 305 м/мин, а подачи - 130 ... 250 мм/мин. Следует применять заданные приспособления, исключающие отгибание заготовки и ее вибрацию. Желателен небольшой радиус закругления вершины резца или зубьев. 22.4.22. Шлифование термопластов При обработке термопластов на обычном оборудовании происходит засаливание инструмента. Шлифование шкуркой производится мокрым способом в ленточном варианте и с помощью 14 п/р Дж. Любииа 417 сухого или влажного абразивного диска при частоте вращения 3000 мин \ Обычное шлифование выполняют абразивными кругами, изготовленными из карбида кремния или окиси алюминия. При этом виде обработки необходимо охлаждение струей СОЖ, чтобы избежать оплавления заготовки. Круги зернистостью 30- 80 менее подвержены засаливанию. 22.4.23. Другие виды механической обработки Композиционные материалы на основе термопластов могут подвергаться вырубке, пробивке отверстий, термической резке, обработке развертками, галтовке, хонингованию и полированию. Вырубка чаще всего осуществляется с использованием стальных ножевых штампов и вырубных прессов. Пробивка отверстий и резка ножницами в холодном и нагретом состоянии производится на стандартном металлообрабатывающем оборудовании. Термическая резка осуществляется с помощью раскаленной проволоки или пламени, расплавляющих заготовку по заданной линии. Скорость этого типа резки определяется параметрами, характеризующими скорость плавления материала. Хонингование и полирование должны проводиться с большой осторожностью, чтобы избежать плавления термопластичной матрицы. Технология и оборудование, используемые для полирования композитов на основе термореактивных связующих, пригодны и для термопластичных материалов. 22.4.24. Механическая обработка высокомодульных композиционных материалов В течение последних лет для нужд аэрокосмической промышленности активно исследовались процессы механической обработки композитов на основе высокомодульных армирующих агентов. Окончательных рекомендаций по методам обработки этих материалов до сих пор не выработано. Большинство работ посвящено борно-, арамидио- и углеродно-эпоксидным материалам. Каждый из этих армированных пластиков имеет свои особенности и требует специальных приемов механической обработки. Практически все основные операции механической обработки (сверление, токарная обработка и отделка) могут проводиться для высокомодульных материалов так же, как для обычных, включая необыч- -ные технологические процессы: водоструйную резку и ультразвуковую размерную обработку. 22.4.25. Традиционные методы сверления Сверление углепластиков может осуществляться твердосплавными сверлами. Сверла должны быть хорошо заточены и в процессе сверления желательно обеспечить удаление мелкой стружки и пыли, так как операция чаще всего проводится сухим методом. 418 Для большинства термореактивных материалов при охлаждении обрабатываемого участка могут возникать усадки, поэтому инструмент может быть слегка увеличенного размера для большей точности выполнения операции. Необходимо избегать сверления параллельно армирующим слоями, так как это может приводить к расслоению материала. В случае, если такая операция необходима, место сверления обжимают зажимами и увеличивают угол при вершине сверла. Зажимные приспособления должны исключить выкрашивание КМ при выходе сверла и при выводе его из заготовки. Средняя скорость резания составляет 122 м/мин, хотя желательно довести ее до 275-320 м/мин при сверлении углепластиков. Для сверления арамидно-эпоксидных пластиков необходима совершенно другая конфигурация сверл. Эффективно использовать зенковочные сверла корончатого типа Джэнси . Такое сверло при малых скоростях резания (90-120 м/мин) дает возможность получать отверстия хорошего качества (нераспушенные). После обработки каждых пяти отверстий сверло необходимо тщательно очищать от смолы и волокон. Так как борно-эпоксидные композиты обладают высокими абразивными свойствами, для их сверления используются алмазные сверла. Алмазная компонента инструмента обычно включена в металлическую матрицу и чувствительна к температуре. Работа с алмазным инструментом должна производиться при охлаждении водой. Типичные скорости резания составляют 915 ... 1525 м/мин, при скорости подачи 25 мм/мин. 22.4.26. Ультразвуковое сверление слоистых композиционных материалов с термореактивной матрицей Наряду с использованием алмазного инструмента эффективным при сверлении боропластиков оказывается применение ультразвуковой техники. Типичный ультразвуковой сверлильный станок имеет мощность 600 Вт; его резонатор колеблется с частотой 20 кГц. Сверлом служит алмазный инструмент зернистостью 80 ... 100. В процессе сверления обязательно охлаждение инструмента водой. Стойкость сверлильного инструмента для ультразвуковой обработки в 2 раза выше, чем при обычном сверлении. Типичные частоты вращения сверл диаметром до 13 мм составляют 2250 ... 4000 мин~ при скорости подачи 25 мм/мин. 22.4.27. Обрезка и зачистка Для зачистки и резки высокомодульных композиционных материалов используется много различных методов. Основными факторами при выборе того или иного метода являются следующие: прямой или криволинейный рез; размеры и форма детали; производительность труда и качество реза; доступность оборудования и стоимость операции. Наряду о правильным выбором процесса резки важное значение имеет инструмент. Обычно инструмент для резки композитов изготовляют из быстрорежущих сталей. Возможно использование и необычного алмазного инструмента. 22.4.28. Резка композитов Для резки композитов используются стандартные металло-и деревообрабатывающие дисковые или ленточные пилы. Дисковая пила может применяться для резки композиционных материалов как в стационарных установках, так и в переносном оборудовании. Основное ограничение - получение только прямых резов. Как для боропластиков, так и для углепластиков наиболее эффективным оказывается использование алмазного инструмента, который сразу обеспечивает чистую кромку реза. Размер зерна обычно выбирается 60 мкм при скорости резания 2100 м/мин. При использовании этого инструмента для резки арамидно-эпоксидных пластиков алмазный инструмент быстро засаливается. Для этого типа материалов наиболее эффективным оказалось использование пил из быстрорежущих сталей с шагом 1,6 мм. С помощью ленточных пил можно производить рез по сложному контуру, но края реза затем должны подвергаться дополнительной обработке. Полотна для ленточных пил, используемых для резки угле-, боро- и арамидных пластиков, изготовляются с твердосплавными зубьями из алмазной крошки зернистостью 60 или из быстрорежущей стали. Типичные скорости резания составляют 610 ... 2526 м/мин. Для арамидно-эпоксидных пластиков скорость выбирается ближе к верхнему пределу. 22.4.29. Резка струей воды под давлением Резка и обработка краев композиционных материалов может осуществляться струей воды под давлением до 420 МПа. При таком давлении струи композит на основе арамидных ( Кевлар ) волокон разрезается очень чисто. Тонкие углепластики при таком виде резки могут быть подвержены расслоению. 22.4.30. Фрезерование Фрезерование пальцевой фрезой является разновидностью операции резки и может производиться как вручную, так и автоматически. Различие в методах фрезерования для разных высокомодульных материалов заключается в использовании тех нли иных фрез. Алмазный и твердосплавный режущий инструмент эффективен для углепластиков. Фрезы, шаржированные алмазной крошкой зернистостью 40 ... 50 мкм, хорошо служат при обработке боропластиков, обладающих высокими абразивными свойствами. Фрезы со спиральными канавками применяются для обработки арамидно- ( Кевлар )-эпоксидных пластиков. Частота вращения фрез составляет 13 ООО ... 21 ООО мин !. 420 22.4.31. Шлифование Шлифование (и абразивная отрезка) является одним из основных видов механической обработки высокомодульных композиционных материалов. Лучшим инструментом для этой операции является алмазный круг. Могут использоваться и шлифовальные круги из карбида кремния и окиси алюминия. Охлаждение необходимо, чтобы предотвратить термическое разрушение матрицы. Обычные скорости резания составляют 915 ... 2440 м/мин. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Strauss Е. L., How to Design Mechanical Jointss, Materials in Design Engineering, February 1963. 2. Lockheed Aircraft Corporation, Memorandum 107a, October 1957. 3. Society of the Plastics Industry, Handbook of Reinforced Plstics, Reinhold, New York, 1964. , . , 4 Jungstrom 0. L., Design Aspects of Bonded Structures*, Aircraft Bulletin No. 4, Bonded Structures, LTD, Duxford, England, May 1959. , 5. Perry H. A., Adhesive Bonding of Reinforced Plastics, McGraw-Hill, New 6. Bloomingdaie Rubber Division of American Cyanamid Co., Handbook for Adhesives 1957 7. Catchpole E. J., Bonding and Sandwich Constructions, Aeroplane and Astronautics, June 1, 1961. 23. СМАЗКИ И АНТИАДГЕЗИВЫ Шелдон Л. Кларк 23.1. Введение Под терминами смазки и антиадгезивы, освобождающие и разделяющие вещества {разделители) понимается широкий класс химических соединений, создающих барьер между расплавом и поверхностью, с которой расплав соприкасается (табл. 23.1). Существуют два основных типа антиадгезионных смазок - внутренние и внешние. К внутренним антиадгезивам относятся те, которые вводятся непосредственно в связующее и являются как бы его частью. Внешние антиадгезивы наносятся на поверхность пресс-форм. Важность антиадгезивов состоит в том, что поверхности двух твердых тел зачастую плохо разъединяются. Если же между телами существует граница твердое тело-жидкость или твердое тело-паста различной консистенции, поверхности легко разъединяются. Среди факторов, влияющих на адгезию двух материалов, имеющих способность взаимного проникновения, следует назвать химическую реакционную способность, поверхностное натяжение, конфигурацию поверхности и различную полярность. При многократном вакуумном формовании также используются 23.1. Операции формования композитов, требующие применения антиадгезивов
Прямое прессование Литьевое прессование Литье под давлением Технология переработки слоистых пластиков (ламинатов) Технология переработки армированных пластиков (АП) Технология с впрыском полиэфирного связующего Ротационная технология Переработка углеродно- и бороволокни-стых композитов Формование стекло-пластиковых ламинатов Склеивание Ручная выкладка Операции ства щин Литье под давлением Прямое прессование Литьевое прессование производ- антиадгезивы. Достаточно сказать, что смазки и антиадгезивы сегодня сделались неотъемлемой частью почти 70 технологических операций при приготовлении и переработке композитов. Некоторые фирмы вынуждены для формования композитов на основе уникальных связующих разрабатывать специальные антиадгезивы. Большинство специалистов и промышленность пользуются обыкновенными упаковками стандартных химикатов в виде аэрозолей. Большинство производств полимерных материалов сегодня уже не может существовать без антиадгезивов и с ростом перерабатывающей промышленности применение смазок и антиадгезивов включается как составная часть во все технологические операции. Среди потребителей, которые не могут обойтись без этой продукции: самолето- и ракетостроение, автомобилестроение, металлообработка, производство резиновых изделий, получение и переработка композиционных материалов, получение полимеров и пластиков на их основе, упаковка пищевых продуктов и т. д. Так, например, липкая лента не могла бы найти себе такого широкого применения, если бы ее обратная сторона не была бы покрыта анти адгезивом. 23.2. Свойства антиадгезивов Свойства применяемых смазок и антиадгезивов настолько же широки, насколько велик выбор этих агентов, причем выбор того или другого качества диктуется конкретными условиями. Оптимальным может считаться такой антиадгезив, который будет предотвращать повреждения, не взаимодействовать со связующим (расплавом); такой антиадгезив должен предохранять как созданную деталь, так и оборудование. Его применение должно делать производственные процессы более быстрыми, экономичными и выгодными. Использование антиадгезивов должно сокращать время нахождения формуемого материала в форме. В то же время необходимо выяснить преимущества применения внутренних и внешних антиадгезивов. Сделать обоснованный выбор о применении того или иного типа антиадгезивов можно будет при учете следующих факторов. 1. Особенности полимерных композиций, с которыми антиадгезив будет использоваться. Будет ли и в какой степени проявляться в этой системе антиадгезионный эффект? 2. Технологический процесс и условия технологического процесса, в котором используется полимерная композиция. Будет ли наличие таких агентов влиять на литейные формы? Будут ли антиадгезивы совместимы с условиями производства? Будут ли литейные формы оставаться чистыми? Снизится ли минимальная продолжительность технологического процесса? Если формы нужно будет часто чистить, не повредит ли это формам? Совместимы ли антиадгезивы (внешние или внутренние) с такими операциями, как покраска и склеивание деталей? Если агенты внешние, достаточно ли в производственном цикле времени для их нанесения? 3. Требования, предъявляемые к конечной продукции. Если применяются внутренние антиадгезивы, не будут ли они плохо влиять на свойства готовой продукции? Если применяются внешние антиадгезивы, то какой тип обработки желателен? Должен ли быть принят во внимание косметический эффект? 4. Безопасность применения внеилних антиадгезивов. Какие растворители будут использоваться? Каковы требования к вентиляции? Возможно ли появление дерматитов у обслуживающего персонала? В случае применения внутренних агентов не возникает ли эффект последующего выделения его выпотеванием на поверхности материала? 5. Экономичность. Как подействует применение антиадгезивов на цену единицы изделия? Будет ли считаться внесение антиадгезивов отдельной технологической операцией? Все ли составляющие компоненты стоимости приняты во внимание? Это особенно важно, когда антиадгезив закупается. Рассмотрение стоимостных критериев существенно более распространено и является разумным критерием. Как показано выше, существует несколько возможностей выбора между внешними и внутренними антиадгезивами. Во многих случаях, однако, такого выбора не существует. Так, например, ручная выкладка требует применения внешних антиадгезивов. Стеклопластики с полиэфирным связующим можно получить 23.2. Промышленные антиадгезивы Фирма-поставщик Торговая марка Адрес в США Фрекоут Дау Корнинг Юнион карбайд Дженерал электрик Кем-Тренд Контур кемикал Дюпон Фрекоут 31, 33, ЗЗС, ЗЗЯ, 34, 34Я, 44, RRM; HMT-RP Дау Корнинг 200, 1101, ЯУ-490, 347, 24, 203, 7, 233А, 20 (силиконы) Юнион карбайд L-45, -7001, -7002, LE-42, -45, -46, -420, -460, -467Я5; L5-46 (силиконы) SM-2140, -2159, -2162, Sf-96, -1080, G-662, Sf-18, 5f-1221, Sf-1066, 5Л1-2068 (силиконы) MOLD-WIZ (более 100 составов для внутренних и внешних антиадгезивов) СГ-31, -45, -51, -61 (смеси) KRAXO, EXITT, L1FFT, NONSTI- CKENSTOFFE, RIMLEASE, 1711 (силиконы и смеси) YD АХ (тетрахлорэтиленовый теяо- Бока-Рейтон, шт. Флорида Мидленд, шт. Мичиган Нью-Йорк, шт. Нью-Йорк Уотерфорд, шт. Нью-Йорк Вудсайд, шт. Нью-Йорк Хаувел, -шт. Мичиган Вобурн, шт. Массачусетс Уилмингтон, Шт. Делавэр только с внешними агентами. В то же время ЭУП, ЭСП и премиксы, получаемые методом прессования в металлической матрице, требуют применения внутренних антиадгезивов. Многие операции литья под давлением разработаны в расчете на присутствие внутренних антиадгезивов и даже оборудование проектируется с учетом применения именно этих агентов. В недавнем прошлом в качестве антиадгезива при производстве композиционных материалов широко применялось вощение поверхностей. С возрастанием скоростей производственных операций должен быть усовершенствован и этот метод. В результате исследовательской работы были разработаны многочисленные антиадгезивы, производимые сегодня фирмами Фрекоут , Контур кемикал и Акселев-ской исследовательской лабораторией пластмасс (АИЛП). Разработаны внутренние антиадгезивы, не распадающиеся в процессе применения. Широко используются также силиконы, которые легки в переработке, так как могут распыляться воздухом, что обеспечивает возможность нанесения их даже на малые участки поверхности. Однако если поверхность загрязняется, это может помешать последующим операциям склеивания и окрашивания. Это обстоятельство бывает весьма существенным. В частности, на самолетостроительных и некоторых ракетострои-тельных производствах применение силиконов запрещено. В табл. 23.2 приведен перечень некоторых промышленных антиадгезивов. 23.3. Внешние антиадгезивы Внешние антиадгезивы не ухудшают свойств полимеров. Чаще всего их расход меньше, чем при применении внутренних антиадгезионных агентов. В то же время существует мнение, что внешние антиадгезивы переносятся с формовочного оборудования на поверхность изделия, загрязняя последнее. Действительно, попадание антиадгезивов с поверхности формы на поверхность изделия нежелательно, так как это требует еще одной технологической операции - очистки. Зачастую растворители, способные удалить антиадгезионные агенты, не совместимы с материалом изделия. Следовательно, необходимо применять такие агенты, которые не переносятся на изделия; например, фирма Фрекоут разработала антиадгезивы, которые используются в случае, если требуется последующая покраска или операции, связанные с клеевыми соединениями отформованных деталей. Большинство внешних антиадгезивов наносится методом пульверизации, промывания или погружения. Так как они наносятся на поверхности форм, состояние последних особенно важно. Качественная подготовка поверхности формовочного оборудования может гарантировать качественное нанесение покрытия из незагрязненного антиадгезива. Силиконовые масла наносятся обычно в виде растворов в толуоле или уайт-спирите. Носки дол- жны наноситься с хлорсодержащими растворителями, такими как метиленхлорид, трихлорэтилен, перхлорэтилен. Поверхность формы перед обработкой должна тщательно очищаться и от остатков полимера, и от избытков антиадгезива, причем методы очистки зависят от типа материала, применяемого в формовочной конструкции. Например, формы из алюминия могут промываться муравьиной кислотой. Стальные детали легко очищаются в спиртовых растворителях. Медные формы очищаются кислородсодержащими препаратами типа Куперайт , а никелевые очищаются с помощью специально разработанных промышленных (коммерческих) препаратов (например Спикнспан ). Существуют методы и абразивной очистки поверхности. Чаще всего для этой цели используют стеклянные бусинки, измельченный песок или известь, скорлупу орехов. В таких случаях все следы масел, вос-ков и других посторонних включений должны удаляться до нанесения нового антиадгезива. Для некоторых из применяемых антиадгезивов необходимо проведение цикла отверждения. Оптимальная прочность нанесенной пленки и ее антиадгезионный эффект достигаются при точном соблюдении технологии. Число необходимых обработок антиадгезивами будет определяться всегда конфигурацией форм и абразивными свойствами перерабатываемых полимеров. Ар.мированные пластики, естественно, имеют очень высокие абразивные свойства. Это не значит, что формы должны каждый раз заново обрабатываться антиадгезивами. Поверхность формы, пока она еще горячая, обрабатывается лишь в тех местах, где обнаружено отсутствие антиадгезионной пленки. В случае операций нанесения антиадгезива на горячую поверхность используются специальные составы, предназначенные для повышения температур. Однако в соответствии с технологическими регламентами должна проводиться полная очистка и обработка форм. Надежность покрытия определяется хорошей совместимостью тщательно очищенной поверхности и свежего (вновь нанесенного) антиадгезива. В основном требования к чистоте поверхности предъявляются при создании ко.мпозиционных материалов, особенно в самолетостроении при применении технологии ручной выкладки и прессовании. Чем выше температура переработки материала, тем больше возникающие трудности, тем выше требования к антиадгезивам. Все сказанное выше верно, но является не только результатом применения высоких температур переработки. Большинство композиционных материалов, применяемых в самолетостроении, содержит в качестве связующего эпоксидные смолы. Если антиадгезионные свойства поверхности форм оказываются недостаточными, то может произойти повреждение не только формуемой детали, но и формы; при извлечении детали на поверхности формовочного оборудования могут оказаться и сколы, и задиры. Кроме того, учитывая размеры и сложный профиль полученных изделий, чаще всего не представляется возможным 426 очистить их от остатков антиадгезивов, перенесенных с форм на поверхность деталей. Таким образом, для самолетостроения одной из важнейших задач является требование непереносимости антиадгезивов на поверхность изделия. За исключением перфторированных соединений типа Видаке соулд фирмы Дюпон , а также одного или двух видов силиконовых антиадгезивов, являющихся окрашиваемыми и незагрязняю-щими, на заводах пользуются обычно естественными антиадгезивами. В исходном состоянии силиконы нежелательны при производстве и переработке материалов в самолетостроении, а в ряде случаев их применение запрещено [1]. Системы, предложенные фирмой Фрекоут , представляют собой раствор высокореактивных материалов, которые полимеризуются на хорошо очищенной поверхности. После отверждения этих составов на поверхности формы образуется прочная, твердая, сухая и неотслаивающаяся сверхтонкая пленка. Необычность характеристик такого вида антиадгезивов заключается в том, что реакция полимеризации начинается со взаимодействия с обрабатываемой поверхностью. К другим уникальным свойствам этого агента следует отнести высокую термостойкость. Антиадгезивы фирмы Фрекоут могут использоваться при температурах выше 482 °С, что выше температуры эксплуатации любого другого антиадгезива внешнего типа. Такая высокая температура эксплуатации делает эти антиадгезивы незаменимыми в приложении к расплавному ротационному формованию. На сегодняшний день эти агенты используются повсеместно при получении расплавным методом изделий из сшитого полиэтилена высокой плотности. Кроме перечисленных выше антиадгезивов используются и другие. Ряд их характеристик приводится ниже. 1. Воскообразные вещества. Существуют как натуральные, так и синтетические воски, используемые в качестве антиадгезивов. Чаще всего используются парафины и микрокристаллические воски, воски растительного и животного происхождения. Существенный вклад вносит применение синтетических восков. В этом качестве могут быть использованы практически все органические материалы с числом атомов углерода более 10 (Сю и выше). 2. Соли металлов. К категории широко используемых в качестве смазок жирных кислот относится стеариновая кислота. Она имеет узкую область температуры плавления и обладает хорошими смачивающими свойствами. Главные производные стеариновой кислоты, такие как соли кальция, цинка и т. д., могут быть использованы в качестве антиадгезивов. В зависимости от перерабатываемого полимера и поверхности форм применяется та или другая соль стеариновой кислоты. Чаще всего используется кальциевая соль. Цинковые соли нестабильны, но используются, если ставится задача отсутствия токсичности. Наиболее эффективен стеарат кальция, диспергированный в поливинил-хлориде. В технологических процессах получения резин исполь- зуются также алюминиевые и магниевые соли стеариновой кислоты. . 3. Поливиниловый спирт используется в основном для получения пленок из водных растворов либо экструдированием. 4. Полиамиды находят применение только в виде экструди- рованных пленок, так как нерастворимы в большинстве доступ-i ных растворителей. 5. Полиэтилен используется в производстве и упаковке неотвержденных связующих (сырых резин), а в последнее время - для различных видов упаковок (ламинированные бумаги). 6. Силиконы. Все виды про.мышленно производимых силиконов обладают высокими точками кипения, малой летучестью, низкой теплопроводностью и плохой окислительной способностью. Силиконы применяются в виде жидкостей, смол и масел. 7. Фторуглероды. Фторуглеродные полимеры могут употреб-, ляться в виде листов и дисперсий. Один из видов применения - покрытие фторуглеродами кухонной посуды. Технологически это производится нанесением дисперсии с последующими сушкой и спеканием при 250 °С. Из всех видов наибольшее распространение получили полимеры тетрафторэтилена. В целях обеспечения безопасности при нанесении этих веществ пульверизацией следует избегать попадания брызг на табак, а также курения во время этой операции. Тедлар - поливинилфторид фирмы Дюпон - образует пленку толщиной 0,05 мм, являющуюся антиадгезионным покрытием при автоклавном прессовании. Так как отвердители, входящие в состав некоторых препрегов, включают комплекс ВРз, разлагающий Тедлар , необходимо использовать дополнительные неуносимые покрытия, если используются именно эти препреги. 8. Неорганические компаунды - это самые старые из известных антиадгезивов. Так как они чаще всего нерастворимы, то используются в виде пудр или сильно измельченных хлопьеоб-разных кристаллических структур. Наиболее важными в этом классе являются тальк и слюда. Они используются в виде мелкой пудры, распыляемой или втираемой в поверхность. В некоторых случаях они смешиваются со стеаритами металлов для достижения лучших антиадгезионных свойств. 23.4. Внутренние антиадгезивы Существует ряд преимуществ при применении внутренних антиадгезивов, исключающих ряд операций. Исключается специальная чистка пресс-форм. Исключается также влияние испарения летучих веществ. В некоторых случаях введение внутреннего антиадгезива повышает ударную вязкость жестких полимеров; в ряде применений внутренние антиадгезивы оказываются очень экономичными. Однако при их использовании необходимо иметь гарантии, что их введение не ухудшит ни физических свойств, ни других характеристик материала. На практике внутренние антиадгезивы используются в основном в пултрузионных 428 технологических процессах, когда готовая продукция может уносить внешние антиадгезивы. Лецитин был одним из первых применяе.мых внутренних антиадгезивов. Однако в связи со сложностью его получения, пастообразной консистенцией, затрудняющей введение в материал, сегодня он широко не применяется. Наиболее распространенными видами внутренних антиадгезивов являются стеараты металлов. Они имеют и то преимущество, что введением их можно достаточно широко варьировать состав для некоторых компаундов на основе полиэфиров. Наиболее часто используются стеараты кальция и цинка. Стеарат кальция улучшает блеск поверхности и в ряде случаев ее цвет. Хотя стеарат цинка более дорог, но он лучше смешивается с вязкой исходной массой. Так как выбор вида внутреннего антиадгезива весьма важен для качества продукции, существует ряд разумных испытаний, позволяющих оценить конечный результат и процесс перед принятием окончательного решения. При расплавной технологии внутренние антиадгезивы могут быть введены на первых технологических стадиях методом прямого перемешивания с гранулами термопласта. В термореактивных связующих внутренние антиадгезивы вводятся и смешиваются со связующим до введения катализаторов и других добавок. Кроме того, стеараты, органофосфаты, мыла, силиконовые масла, воски и ряд связующих также могут быть использованы в качестве внутренних антиадгезивов. При введении внутренних антиадгезивов необходимо представлять их химическое взаимодействие с катализаторами, ускорителями реакции, то как они изменят процесс получения композита. В ряде случаев повышаются антистатические характеристики, могут возрасти ударная вязкость или прочностные характеристики. Может увеличиться и твердость поверхностных слоев. В заключение хотелось бы рассмотреть несколько ключевых факторов, определяющих изменение свойств при применении внутренних и внешних антиадгезивов. Ряд внешних антиадгезивов требуется для работы только с узким типом полимеров. Однако можно выделить один наиболее значительный фактор. Таким фактором является цена (стоимость). Если используется антиадгезив и это дает выигрыш при минимальном влиянии на стоимость последующих операций, тогда вклад стоимости антиадгезива незначителен по сравнению со стоимостью продукции. Внешние антиадгезивы наиболее легкодоступны, широко применяются и в минимальной степени изменяют свойства композиционных материалов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. А. Kingsbury, fPoiy (dimethylsiloxanes) as Release Agents*, Pentacal, 74, 12, 52, 53, 1974. J , 2 G. Kovach, Release Agentss, Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 12, 57-65, John Wiley & Sons, New York, 1970. 3. C. Kirkland, The Mold Release Quandry: No Easy Answers for Molders*, Plastics Technology, 26, 65-70, 1980. 24. ИСПЫТАНИЕ АРМИРОВАННЫХ ПЛАСТИКОВ Дж. Эпштейн 24.1. Введение Задачи испытаний, проводимых для определения пригодности материалов, процессов и конструкций для тех или иных применений, сведены в табл. 24.1 [1]. Существует пять основных причин непригодности продукции: 1) невозможность применения продукции; 2) плохая конструкция; 3) неадекватный контроль материалов; 4) плохо налаженный технологический контроль; 5) невозможность применения исходных материалов. Испытания армированных пластиков особенно важны в связи с тем, что их свойства существенно меняются в зависимости от вида материала, процесса его получения и от характера конструкции. Стандартные и специальные методы контроля необходимы для выбора материалов, наиболее перспективных процессов их получения, получения характеристик материалов для конструкционных работ и для качественного контроля (включая проверку выпускаемой продукции). Методы контроля подразделяются на разрушающие и неразрушающие в зависимости от того, разрушается, стареет или нет образец в процессе испытания. При испытаниях, цель которых - выбор материала, серия потенциально применимых материалов (основной выбор делается при предварительных испытаниях) подвергается одному или более видам испытаний, чтобы выделить материал, наиболее приемлемый для данного применения. Самые важные для конкретного применения свойства материалов исследуют специальными методиками. 24.1. Основные задачи испытаний изделий армированных пластиков Определение качества сырья Оценка и оптимизация свойств материалов Оценка и оптимизация процессов получения Определение эффективности оборудования и оснастки Создание банка данных для конструкторских разработок Определение качества и воспроизводимости свойств конечной продукции При проведении серий проверочных испытаний для выделения или отбора материала с какими-то определенными параметрами может быть введен критерий исключения. Если материал не удовлетворяет хотя бы одному виду испытаний, он исключается из дальнейшего рассмотрения. Таким образом, число испытаний может быть уменьшено. Характер технологического процесса влияет на свойства изделий из армированных пластиков. Процессы отверждения, вид оборудования, механическая обработка и различные с ними связанные условия определяют широкий диапазон химических, физических и механических свойств композитов. Условия хранения и переработки материалов также могут оказывать существенное влияние на их свойства. Катализаторы отверждения должны быть отмерены, перемешаны и введены в связующее. Заранее должны быть определены оптимальные условия и толерантность этих операций. Испытания зачастую необходимы для определения характеристик материалов в процессе производства и переработки. Такие испытания призваны устанавливать оптимальные (или, по крайней мере, приемлемые) условия устойчивости процесса и требования к переработке материалов перед, в течение и после окончания технологического процесса. Для успешного конструирования изделий необходимо знание ряда свойств материала (табл. 24.2). В зависимости от оперативных требований значимыми могут оказаться те или иные параметры. Так, если материал подвергается длительному воздействию внешних условий и нагрузок, то должен быть установлен и учтен при конструировании результат этих воздействий на его критические физические и механические свойства. Контроль качества играет особо важную роль при производстве компонентов армированных пластиков. Воспроизводимость и унификация методик необходимы для уверенности в том, что все элементы выполнены в соответствии с требованиями. Желательно наличие контроля (испытаний) качества всех исходных компонентов для насколько возможно практически более полной характеристики материалов в процессе производства и определение качества готовой продукции. Разброс по партиям и изменение условий хранения является общей проблемой для связующих, препрегов и литьевых материалов. Для предотвращения этих затруднений часто бывает необходимо провести испытания с целью определения качества материалов и обоснования приемки партии. Определение качества (pasj браковка) требуется в основном при проведении больших серий испытаний для надежного определения того или иного свойства. Приемка партий может включать малое число испытаний, что является как бы выборкой из серии испытаний для определения качества, но достаточное для надежного определения тех или иных характеристик. Проводятся также периодические испытания 24.2. Свойства армированных пластиков Механические свойства 1. Свойства при растяжении: предел прочности модуль упругости предел упругости 2. Свойства при сжатии: предел прочности модуль упругости 3. Свойства при продольном изгибе: предел прочности модуль упругости 4. Свойства при поперечном изгибе 5. Ударная вязкость 6. Свойства при высоких скоростях деформирования (динамические) 7. Сдвиговые свойства: предел прочности модуль жесткости 8. Предел устойчивости 9. Поверхностная твердость: сопротивление иидентору сопротивление царапанию сопротивление истиранию сопротивление излому 10. Ползучесть (крип-разрушение И релаксация напряжения) 11. Усталостные свойства (многоцикловые методы) 12. Коэффициент Пуассона 13. Чувствительность к надрезам 14. Вибростойкость 15. Ударостойкость 16. Сопротивление раздиру Оптические свойства 1. Спектральные характеристики 2. Коэффициент отражения 3. Светорассеяние 4. Сопротивление растрескиванию 5. Изучение внутренних напряжений в пластиках 6. Оптическая однородность и искажения 7. Оптическая стабильность поверхности Термические свойства 1. Термическое расширение 2. Термическое сжатие 3. Теплопроводность 4. Теплоемкость 5. Температура потери формы (отклонение при температуре под нагрузкой) 6. Огнестойкость (сопротивление сжиганию) 7. Температура самовозгорания 8. Максимальная температура переработки 9. Температура текучести 10. Температура хрупкости Электрические свойства 1. Электрическое сопротивление (изоляционные свойства - поверхностные и объемные) 2. Электрическая прочность н сопротивление пробою (пробивное напряжение) 3. Диэлектрическая постоянная и таигеис диэлектрических потерь 4. Сопротивление дуги Другие физические свойства 1. Плотность 2. Пористость 3. Возможность механической обработки 4. Возможность штамповки Химические и другие свойства 1. Устойчивость к химическим средам: Ш,елочной к растворителям к жидкому топливу к бактериям и грибкам к соленым брызгам 2. Влагопоглощение 3. Паро-, водо- и газопроницаемость 4. Ускоренное старение (температура и влажность) 5. Погодо- и светостойкость ( старение ) 6. Воздействие излучений 7. Чувствительность к ударай {LOX) 8. Токсичность 9. Уменьшение объема дегазирования 10. Трещиностойкость В течение срока хранения, чтобы убедиться в отсутствии ухудшения свойств материалов за это время. Частота испытаний зависит от чувствительности материалов к хранению. В большинстве случаев в конце концов может быть установлен широкий перечень методов контроля как разрушающего, так и не-разрушающего, используемый для разбраковки или для приемки материалов. Часто эти испытания необходимы при исследовании влияния непредельных нагрузок или внешних сред на материалы. В зависимости от результатов исследований могут быть внесены изменения в конструкторские разработки. Разбраковочные испытания зачастую требуются для того, чтобы убедиться, что конечная продукция изготовлена из качественного сырья, в соответствии с техническими условиями на материал и при выдерживании всех необходимых условий при производстве. Наличие единых требований к качеству продукции необходимо для реализации воспроизводимых и качественных приемочных испытаний. Если разбраковочные испытания могут проводиться по широкому кругу параметров (в зависимости от предварительных требований), то приемочные испытания ограничиваются обычно одним-двумя параметрами, оценивающими качество продукции, а также соответствие цене и регламенту на продукцию. В некоторых случаях внутри партии может быть проведена выборка для разрушающего контроля. Часто образцы для испытаний готовят из остатков материала. Такие образцы могут получать (отверждать) одновременно с изделиями или по аналогичному режиму, принятому для изделий. 24.2. Нормативная документация по методам испытаний армированных пластиков Стандартные методы испытаний, необходимое оборудование и методики испытаний описаны во многих литературных источниках. Источники, список которых приводится ниже, являются наиболее информативными по тематике армированных пластиков. ASTM (Американское общество испытаний материалов). IPC (Institute of Printed Circuits). NEMA (Национальная ассоциация электрических производств). SAE (Общество инженеров автотракторной промышленности). FTMS No. 406 ((Plastics: Methods of Testing*, supercedes Federal Spesification L-P-406. (Федеральные стандарты методов испытаний). Military Handbook MIL-HDBK-17, ePlastics for Military Vehicles. Part II. Reinforced Plastics. Military Handbook (Военный справочник) MIL-HDBK-23. Composite Construction for flight Vehicles. Part I. Fabrication, Inspection, Durability and Pepair (supercedes ANC-23 Bulletin). Последний документ касается в основном сандвичевых конструкций. Данная глава целиком посвящена тестированию и ме- 24.3. Перечень и нумерация методов испытаний по стандартам Метод FTMS 406 ASTM Абразивный износ 1091 Адсорбция влаги пластинами 7031 Аппретирование 3051 Вибростойкость 1073 > стекловолокна 1075 Влияние горячих углеводородов на поверхностную 6062 стабильность Внешнее напряжение в листовых пластиках 6052 Воздействие горячих масел 6061 Воспламеняемость пластиков толщиной более 2021 0,13 мм То же, менее 0,13 мм 2022 Временной фактор разрушения и ползучесть при 1063 растяжении Деформация под нагрузкой 1101 Диэлектрическая постоянная и фактор потерь 4021 Дугостойкость 4011 Защита пластиков 1131 Изгибные свойства пластиков 1031 Изменение температуры под нагрузкой 2011 Изменение цветности 6031 Измерение термического расширения 2032 Износостойкость 1051 пленок и листов 1121 Калибровка твердомеров типов А и D 1084 Коробление 6051 листовых пластиков 6054 Коррозионная стойкость пластиков и пленок 7071 Коэффициент прозрачности пластиков 3022 Коэффициент преломления ЗОИ Кратковременная стабильность хлорсодержащих 7051 пластиков при повышении температуры Линейное термическое расширение (метод кварце- 2031 вой трубки) Напряжение пробоя и электрическая прочность 4031 Объемная сжимаемость жестких связующих 4042 Огнестойкость 2023 Оптическая неоднородность и деформация зо41 Паропроницаемость 7032 Перерабатываемость 5041 Поверхностный износ 1092 Погодостойкость пластиков при испытаниях в ка- 6024 мерах Поперечные нагрузки на панели 1032 Пористость 5021 Потеря летучих 6081 Предел прочности при сдвиге 1041 То же, слоистых пластиков 1042 Прочность связи НИ Растяжение, свойства пластиков ЮН То же, отформованных электроизоляционных мате- Ю12 1)1242-56 Z)520-77 0523-67 D635-77 D568-77 /)621-64, А 1)150-75 D495-73 D1893-67 0790-71 D648-72 D953-75 D1004-66 D1181-50 D1003-61 D542-50 D793-49 D 696-70 Z) 149-75 D637-50 Z)E96-66 D1044-76 D1501-71 D1502-60 D1203-67 D229-77 D638-77. Г>2290-76 Метод Растяжение тонких листов и пленок Светорассеяние в армированных пластиках Свойства жестких пластиков при сжатии Связующие для КМ с неорганическими наполните-лями Совместимость пластмассовых смесей Сопротивление податливых пластиков. Метод смесей. Среда Агара Сопротивление растрескиванию под нагрузкой Сопротивление царапанию > электроизоляцин (объемное и по- верхностное) Степень отверждения фенольных связующих методом экстракции в ацетоне Сушка. Определение потери массы Твердость жестких пластиков, определяемая с помощью твердомеров То же, мягких пластиков Твердость по методу падающего шарика Твердость по Роквеллу Температура течения термопластов хрупкости пластмасс при ударе Ударная вязкость по Изоду Ударопрочность Удельный вес, определяемый погружением в жидкость Ускоренные испытания на долговечность при экстремальных температуре и влажности Ускоренный абразивный износ Усталостная прочность при статическом изгибе (постоянная деформация) То же (постоянная нагрузка) Усталостные свойства Устойчивость к соленым брызгам Хемостойкость пластиков Электрическое сопротивление листов и пленок из пластиков Продолжение табл. 24.3 FTMS 406 ASTM
* Могут существовать расхождения в названиях методон по ASTM. тодам испытаний композиционных материалов, включая и выходной контроль (поверхность, внутреннее строение, адгезионные свойства) сырья, используемого при производстве композитов и их составляющих. В главе обсуждены методы разрушающего и неразрушающего контроля. Описание большинства рекомендаций методов испытаний опубликовано Международной организацией стандартов (ISO), ряд которых применим для армированных пластиков . 1 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 29 |
 |
 |