Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций - Крысин В.Н.
ISBN 5-217-00533-5
Скачать (прямая ссылка):
Неиспользованная часть смеси волокон и глицерина собирается в резервуары, размещенные на концах фильтра, и подается насосом в бак 1. Благодаря применению мощного вакуум-насоса и фильтра с низ-
Рис. 2.61. Схема процесса ориентации рубленых волокон с помощью фильтрации:
1 - бак для загрузки углеродных волокон с глицерином; 2 - резервуар питающий; 3 - бак для ориентации волокон; 4 - фильтр с вакуумным отсосом глицерина; 5 - волокна углеродные; 6 - насос
134
ким сопротивлением обеспечивается быстрое и почти полное удаление глицерина из осажденного слоя и его возвращение в смеситель.
Быстрое удаление носителя этим способом уменьшает до минимума дезориентацию волокон из-за поверхностного стока на фильтре. Необходимую толщину препрега получают путем последовательных проходов бака 3. Препрег состоит из волокон с высокой степенью ориентации (типичным является отклонение более 90% волокон от направления ориентации в пределах нескольких градусов).
Полученные препреги отличаются высокой плотностью и стабильностью свойств. Перед пропиткой смолой препреги промываются и высушиваются, Для изготовления препрегов могут быть использованы многие термореактивные смолы, такие как эпоксидные и фенольные, в соответствующем растворителе. Описанным методом могут быть успешно ориентированы волокна асбеста, нитевидные кристаллы карбида кремния и нитрида кремния, рубленые стекловолокна длиной до 1 см, а также гомогенные смеси волокон с порошками или другими волокнами, включая рубленые полимерные волокна.
На рис. 2.62 показано сопло ракетного двигателя, изготовленное с использованием препрега с ориентированными по окружности углеродными волокнами. Для изготовления этого препрега смесь волокон с носителем осаждается на вращающийся фильтр. Волокна в изделии ориентированы так, чтобы обеспечить оптимальное сопротивление действующим на сопло нагрузкам. Два слоя материала сопла изготовлены с ориентированными рублеными волокнами. В одном из слоев волокна направлены вдоль оси сопла, а в другом — расположены по окружности. Из препрегов могут быть получены оболочки, конические детали и другие изделия со сложными криволинейными поверхностями, которые трудно изготовить из материалов, упрочненных непрерывными волокнами.
При формовании особенно большое значение имеет эластичность препрега, позволяющая растягивать его по поверхности пресс-формы без нарушения равномерности распределения и ориентации волокон. В
Рис. 2.62. Сопло ракетного двигателя, изготовленное из препрега с ориентированными по окружности волокнами:
1 - слой аксиально-ориентированных углеродных высокомодульных волокон; 2 — препрег с углеродными высокопрочными волокнами, ориентированными по окружности; 3 -слой из углеродных высокопластичных волокон, полученный намоткой; 4 - теплоизоляция
135
общем случае для получения одинакового объемного содержания волокон в ПКМ при упрочнении рублеными волокнами требуется большее давление, чем при упрочнении непрерывными волокнами. Для каждого типа волокна существует простая зависимость между давлением и объемным содержанием волокна в ПКМ.
При изготовлении небольших изделий получение повышенных давлений не представляет трудностей. Для более крупных изделий, очевидно, лучше использовать как можно более низкое давление. Для этого необходимо, чтобы препреги имели максимально возможную степень ориентации волокон, если требуется получить ПКМ с большим объемным содержанием волокна.
Для изготовления непористых деталей давление прессования необходимо повышать медленно. Давление при отверждении следует прикладывать, когда смола имеет определенную вязкость, т.е. в пределах нижнего участка кривой изменения вязкости перед желатированием
Рис. 2.63. Кривая изменения вязкости rj эпоксидной смолы в течение цикла изготовления детали:
А - точка минимальной вязкости смолы; В — точка желатирования смолы
(рис. 2.63). Для контроля изменения вязкости разработан простой, но остроумный метод.
Вязкость смолы снижается до минимума, когда предварительно пропитанная заготовка нагревается до температуры отверждения. В это время вязкость быстро возрастает до точки желатирования смолы часто за короткий промежуток времени (5 с).
Последовательность операций в процессе изготовления деталей следующая. Холодная пресс-форма с предварительно пропитанной заготовкой помещается между плитами гидравлического пресса, температура которых поддерживается равной температуре отверждения смолы. Первичный преобразователь вязкости смолы устанавливается в небольшую внешнюю полость в пресс-форме, Затем устанавливается необходимое контактное давление и начинается нагрев пресс-формы. Когда смола становится жидкой, прикладывается промежуточное давление и излишек смолы выжимается в полость пресс-формы. Оптимальный режим цикла (давление, время выдержки, температура) определяется типами используемых смол и волокон.
136
2.7. НАМОТКА ИЗДЕЛИЙ
Изделия из ПКМ, форма которых определяется вращением произвольных образующих, могут быть изготовлены намоткой на оправку соответствующей формы. В качестве ПКМ могут быть использованы нити, ленты или ткани, пропитанные основой. Когда армирующий материал укладывается по направлению главных растягивающих напряжений, создаются возможности для. изготовления оптимальных конструкций (с минимальной массой при заданной прочности).
