Просочення під тиском у замкненій формі

Одним з переваг методу просочення під тиском у замкненій формі (рис. 11.14) є те, що одержувані вироби майже не містять повітряних включень. Метод знайшов застосування при формуванні різних оболонок, кузовів автомобілів, ємностей й інших виробів.

Сутність методу полягає в наступному. Непросочений сухий наповнювач 3викладають окремими шарами на пуансон 4, після чого пуансон і матрицю замикають. Герметичність порожнини форми досягається установкою ущільнення 5. Завдяки розрідженню, створюваному в порожнині форми, зв’язувальне засмоктується з бака й просочує наповнювач.

Рис. 11.14. Схема просочення скловолокнистого наповнювача під тиском у замкненій формі: 1 − бак зі зв’язувальним; 2 − кран; 3 − скловолокнистий наповнювач; 4 −пуансон; 5 − ущільнення; 6 − матриця; 7 − оглядове скло; 8 − пастка для зв’язувального.

Величина залишкового тиску у формі може досягати 0,1−0,2 ат, вона залежить від кількості летких компонентів зв’язувального. Інтенсивність просочення регулюється за рахунок тиску в баку, створюваному стисненим повітрям. Звичайно величина тиску становить 3−5 ат; однак у ряді випадків тиск може досягати 20−25 ат. Верхня межа тиску визначається компресійними властивостями наповнювача, тобто можливістю його зсуву у формі під дією потоку зв’язувального. На початковій стадії просочення обмеження тиску необхідно й для того, щоб забезпечити заповнення зв’язувальним всього вільного простору між окремими волокнами. Вірний вибір технологічних режимів (тиску й швидкості просочення) і використання вакуумної техніки дозволяє одержувати вироби з мінімальною пористістю, що не перевищує 0,5−0,7 %. Закінчення процесу просочення спостерігають через оглядове скло 7. Надлишок зв’язувального збирається в пастці 8. Регулюючи перепад тисків у формі між точками введення й виведення зв’язувального, можна змінювати тривалість просочення. При постійному перепаді тисків, швидкість переміщення фронту просочення в міру віддалення від місця введення зв’язувального швидко падає. Тому практично процес проводиться при східчастому зростанні тиску.

Час просочення є одним з найважливіших параметрів процесу. При обмеженому часі життєздатності зв’язувального час просочення повинен бути ще меншим. Цей показник залежить від габаритів і форми виробу, щільності скловолокнистої заготівки й характеру орієнтації волокон віднгосно напряму руху зв’язувального при просоченні, а також від в’язкості зв’язувального. Крім того, істотний вплив на час просочення може мати розташування точок подачі й стоку зв’язувального. Схема просочення повинна передбачати можливість руху зв’язувального в напрямі зменшення поперечного перерізу фронту просочення, що дозволяє за інших рівних умов зменшити час просочення. При декількох точках вводу і стоку зв’язувального бажано, щоб відстані між ними для різних частин форми були приблизно однаковими на всіх ділянках.

Коливання часу просочення при випуску серії однакових виробів, навіть якщо витримується режим тиску, може бути обумовлено:

- коливанням в’язкості зв’язувального (наприклад, через коливання температурного режиму або співвідношення компонентів і їхніх властивостей у зв'язувальному);

- деякими змінами структури скловолокнистої заготівки (наприклад через коливання щільності вихідних скловолокнистих матеріалів, а також неповного змикання форми І допущених відхилень від технології зборки заготовки).

Так, при формуванні склотекстолітових оболонок, що містять 36−38 % склонаповнювача, у результаті відхилень товщини стінки на 2−3 % через неповне змикання форми час просочення змінювався в 2,5-3,1 рази. В 2-4 рази змінюється час просочення склотканинного пакету по основі й по утоку при відносно невеликому розходженні в числі ниток у зазначених напрямках.

Скорочення часу просочення наповнювача при забезпеченні високої якості виробів є основою подальшого розвитку цього методу. У зв’язку із цим перспективними є комбіновані методи формування, де просочення наповнювача під тиском у замкненій формі поєднується з пресуванням і ущільненням композиції за допомогою еластичної діафрагми. У першому випадку просочення наповнювача здійснюється в неповністю зімкненій формі, у якій передбачена можливість поступового ущільнення з наступним повним змиканням напівформ і видавлюванням надлишків зв’язувального з порожнини форми. У другому випадку просочення наповнювача здійснюється між твердою формою й еластичною діафрагмою, під якою покладений пористий дренажний шар, що легко деформується. На першому етапі просочення дренажний шар швидко насичується смолою, а потім при збільшенні тиску на еластичну діафрагму зв’язувальне передавлюється з нього в скловолокнистий наповнювач.

Завдяки драпірувальним властивостям склополотен і склотканин можлива механізація процесу зборки заготовок при формуванні склопластикових оболонок подвійної кривизни методами просочення під тиском у замкненій формі з наступним пресуванням.

Рис.11.15.Схема пристрою, що формує, для виготовлення оболонок просоченням під тиском у замкненій формі з наступним пресуванням: 1 − форма; 2 − притискне кільце; 3 − прокладка; 4 − формующее кільце; 5 − пакет склотканини.

Схема найпростішого формувального пристрою для виготовлення зазначених виробів представлена на рис. 11.15. Пакет склотканини затискається між формуючим і притискним кільцями через прокладки й натягається на пуансон. При цьому матеріал витягується в діагональному напрямі й прослизає в напрямку армування. При витяжці пакета, у якому шари зміщені на 45° (необхідна умова, якщо вироб експлуатуватиметься при вісесиметричних навантаженнях), формувальний пристрій повинен забезпечити особливо ретельне фіксування діагональних напрямів кожного шару.

Здатність до витяжки може використатися при формуванні виробів як із сухого пакету, так і з пакету, зібраного з попередньо просочених тканин. В останньому випадку пакет перед формуванням повинен бути підігрітий за допомогою інфрачервоних або інших нагрівачів. Витяжка значною мірою стабілізує властивості одержуваних виробів.

Неминучі зміни в структурі композиції, обумовлені ущільненням і зміною орієнтації наповнювача, повинні враховуватися при виборі технологічних режимів просочення й пресування. Рухливість зв’язувального у формі на стадії просочення значною мірою визначається фільтрувальними характеристиками наповнювача, які залежать від його орієнтації й об’ємного вмісту. При формуванні напівсферичних оболонок з витяжкою проникність наповнювача в екваторіальному (окружному) напрямі різко падає з віддаленням від місця живлення. Це варто враховувати при технологічному оформленні процесу. У меридіональному напрямі проникність змінюється дуже мало, оскільки збільшення об’ємного вмісту наповнювача компенсується більш сприятливою орієнтацією його стосовно напрямку просочення, що також меридіональний.

Метод просочення наповнювача під тиском у замкненій формі дозволяє одержувати вироби досить значних габаритів зі стабільними фізико-механічними й діелектричними показниками. Він достатньо продуктивний і рекомендується при випуску виробів середніми й великими партіями. Устаткування для формування виробів цим методом включає системи для підготовки й транспортування зв’язувального і саме форми, конструкції яких залежно від типу і розмірів виробів можуть бути досить різноманітними.

Для полегшення ущільнення і витягу готових пакетів матриці можуть виконуватися складеними. Оскільки експлуатація форм зв’язана зі значними механічними навантаженнями, що виникають при стисненні наповнювача і просочення його зв’язувальним, при проектуванні форм варто приділити особливу увагу жорсткісті конструкції і надійності систем змикання форм. Для фіксації зімкнених напівформ можуть використатися струбцини, відкидні болти, швидкодіючі клинові затвори й т.д. При особливо великих габаритах виробів для змикання форм необхідно застосовувати пневматичні й гідравлічні затиски. Для виготовлення виробів підвищеної точності форми виконують із легких сплавів у вигляді товстостінних оболонок, які потім механічно обробляються. Товстостінні форми звичайно мають канали для внутрішнього обігріву рідким теплоносієм. Тонкостінні форми обов’язково забезпечуються ребрами жорсткості.

При експлуатації форм необхідно приділяти особливу увагу стану базових поверхонь, по яких здійснюється контакт напівформ. Забруднення або задири цих поверхонь неприпустимі. Площу контактних поверхонь звичайно розраховують, виходячи із зусилля змикання напівформ, що визначається по найбільш навантаженому стану форми, що відповідає кінцю процесу просочення, коли тиск зв’язувального поширюється по всьому об’ємові форми й накладається на розпірне зусилля стисненого наповнювача.

Особливості технології виготовлення склопластикових виробів просоченням наповнювача під тиском у замкненій формі можна розглянути на прикладі виробу у вигляді сферичного сегменту з циліндричною обичайкою діаметром 300 мм; висотою 85 мм, із товщиною стінок 1,7−2,4 мм, армованого склотканиною з металевою сіткою.

Матрицю і пуансон форми виконують із листової сталі Ст 20. Відхилення формуючих поверхонь від поверхні шаблона не повинне перевищувати 0,05 мм. Чистота обробки робочих поверхонь – R_z 10 мкм (6 клас за ГОСТ 2789-59). Штуцери для введення й відведення зв’язувального герметизують за допомогою прокладок із фторопласту-4. Герметизація форми при змиканні матриці й пуансона досягається за допомогою гумового прокладочного кільця.

Склотканину обов’язково піддають сушінню при 120-130 °С протягом 2-3 годин. Після сушіння тканину варто зберігати в поліетиленових мішках. Склотканину, підсилену металевим дротом, щоб уникнути м’яття, варто зберігати намотаною на дерев’яний або металевий сердечник діаметром 80 мм і більше. Тканину розкроюють по шаблону на столі з текстолітовою підкладкою гострим ножем. Розкрій армованої металевим волокном склотканини проводиться тільки ножицями, тому що при розкрої іншим інструментом може бути порушений шаг між волокнами.

При підготовці оснащення поверхні, що формують, ретельно зачищають від залишків смоли за допомогою мідних шкребків і шпильок. Потім їх обробляють змоченою в бензині дрібнозернистою шкуркою № 200 або спеціальною полірувальною пастою. Особливу увагу приділяють зачищенню площин опорних й ущільнюючих фланців, а також площин контакту пуансона і матриці. Після зачищення поверхні форми ретельно промивають ацетоном і бензином, далі вони просушуються при 18-25 °С протягом 1,5-2 ч, а потім прогріваються в печі до 80-100 °С.

На чисту, суху й прогріту поверхню форми наносять за допомогою тканинного тампона тонкий шар змащення з полівінілового спирту (ПВС) з таким складом: ПВС − 0,1 кг, вода − 1 кг, етанол − 0,8 кг. Зважену кількість ПВС заливають теплою (40−60 °С) водою, після чого на водяній бані суміш витримують до утворення драглеподібної маси, а потім суміщають при перемішуванні з підігрітим до 40−60 °С етиловим спиртом. Отриману однорідну сиропоподібну масу охолоджують і зберігають при 18−23°Су посудині із щільно притиснутою кришкою. Час сушіння змащення 40−60 хв. Змащення наносять двічі.

Формування заготівки з металевими арматурами проводиться на пуансоні форми з витяжкою попередньо зібраного плоского пакета. До складу пакета входить шість шарів тканини ТС 8/3-250. Розмір кожного шару 600 600 мм. Кожен наступний шар тканини при зборці пакета зміщається на кут 45° відносно попереднього. Зборка пакета починається з укладання шарів армованої тканини, при цьому металеві волокна орієнтуються по мітках складального пристосування. Потім укладають три шари склотканини. Далі до складу пакета додають армуючи сітку, після чого укладають три шари решти склотканини.

Витяжка плоского пакета здійснюється за допомогою форми з кільцем, що формує (рис. 11.15). Наповнювач після витяжки обрізають по контуру кільця. Периферійні частини пакета втримуються за допомогою спеціальних притискних кілець, що забезпечують витяжку шарів пакета в діагональному напрямі. Потім установлюють матрицю, форму замикають і герметизують. Готування зв’язувального варто починати безпосередньо перед заповненням форми.

Для просочення наповнювача зв’язувальне подається у форму по канавці, розташованій на периферійній частині форми. Тиск у початковий період, біля 10 хвилин, не повинен перевищувати 0,05 МПа, потім він збільшується до 0,1 МПа. Поява зв’язувального в центральному штуцері не свідчить про закінчення процесу просочення. Тільки тоді, коли із цього штуцера буде виходити смола без повітряних пухирців, процес просочення можна вважати закінченим. Закривши центральний вихідний штуцер, продовжують нагнітання зв’язувального ще 2-5 хвилин для вирівнювання тиску по всій порожнині форми, після чого закривають периферійні штуцери, а комунікації промивають ацетоном. Тверднення зв’язувального проводиться при нагріванні форми до 60−80 °С протягом 4−5 годин. Після самопливного охолодження форми до 30 °С виріб знімають із форми. З поверхні виробу видаляють мастильну плівку, роблять механічну обробку крайок.