Технологии

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОНТАКТНОГО ФОРМОВАНИЯ

Наиболее простым по аппаратурно-технологическому оформлению способом получения изделий из полимерных композиционных материалов является контактное формование в открытых формах, которое применяется для изготовления крупногабаритных малонагруженных деталей сложной конфигурации: коробчатых кожухов механизмов, баков, корпусов и других элементов лодок, катеров и пр. Контактное формование изделий в открытых формах осуществляют в основном двумя методами — ручной укладкой и напылением. В качестве основных элементов технологической оснастки при контактном формовании используют формы, модели и вставки (стержни). Их назначение аналогично традиционной оснастке, используемой в литейном производстве, но имеет ряд особенностей, зависящих от применяемых материалов. Модели и вставки изготавливают из дерева, гипса, комбинаций гипса с металлами и другими материалами. Для получения форм по указанным на чертеже размерам изготавливают модель из дерева, гипса, фанеры или другого материала. По модели методом выкладки или полива получают оболочку — форму, поверхность которой в точности воспроизводит поверхность модели. Форму отделяют от модели (при этом модель часто разрушают) и полируют для улучшения внешнего вида и облегчения извлечения формуемых изделий. На отполированную форму наносят несколько слоев пастообразного парафина. Как правило, применяют формы негативные по отношению к готовому изделию, но известны и позитивные формы. Непосредственно перед формованием изделий на поверхность формы кистью либо распылением наносят наружный смоляной слой (гелькоут). Для этого используют полиэфирную смолу, содержащую наполнители и пигменты, но без армирующих добавок. Эта композиция в процессе формования переходит на формуемое изделие, образуя наружный слой. Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия. Гелькоуты имеют широкую палитру цветов, поэтому внешний вид изделия может иметь практически любой цвет. Кроме того, гелькоут предохраняет изделие от пагубного влияния ультрафиолета, химически активных сред, воздействия воды. Обычно цвет гелькоута отличен от цвета композита, что обеспечивает визуальную оценку полноты и равномерности нанесения покрытия. Таким образом, «окрашивание» детали производится раньше, чем она будет изготовлена.

Декоративная глянцевая поверхность практически не требует последующей отделки. Таким образом, в отличие от деревянных и металлических деталей, «окрашивание» изделий в этом случае производится раньше, чем они будут изготовлены. Детали, формуемые методом ручной укладки, состоят из волокнистого наполнителя и связующего — смеси, например, полиэфирной смолы с катализатором. В композиции часто дополнительно вводят наполнители, изменяющие свойства получаемого материала. Следующей операцией является подготовка материала. Все типы армирующих материалов — маты из рубленой пряжи, ткани и тканый ровинг — поступают в виде больших рулонов различной ширины. Лист нужной длины вырубается из рулона и обрезается по шаблону. Затем тщательно смешивают заранее отмеренные количества смолы и отвердителя. Композицию можно наносить на волокно как вне формы, так и внутри нее. Возможно использование распылителя, который автоматически дозирует и смешивает компоненты. Для уплотнения материала и удаления пузырьков воздуха применяют щетки, резиновые и зубчатые валики (рис. 1.1).

На рис. 1.2 приведена фотография рабочего места при формовании методом ручной укладки. Необходимое число слоев мата и (или) тканого ровинга набирается до достижения расчетной толщины. Слои мата и тканого ровинга следует чередовать для обеспечения хорошей межслойной прочности сцепления, предотвращения появления воздушных включений. При использовании только матов содержание волокна должно быть 25-35%. В пластиках, полученных с применением матов и тканого ровинга, содержание волокна находится в пределах 35-45%, а при использовании только ткани — около 50%. Продолжительность отверждения смол и композитов зависит от температуры; при комнатной температуре — от 10-20 мин до 14 суток, при 65 °С — 5-30 мин, при 82 °С — 1,5-5 мин. Рис. 1.1. Элементы конструкции формы и изделия при формовании ручной укладкой: 1 — форма; 2 — разделительная пленка; 3 — наружный смоляной слой; 4 — стекловолокно; 5 — ручной валик; б — смола в смеси с катализатором. 9 После отверждения, готовое изделие извлекается из формы и подвергается механообработке: обрезка облоя - излишков стеклопластика или отвержденной полиэфирной смолы по краям изделия; высверливание отверстий и т. д. Метод формования ручной укладкой, основанный на использовании заранее подготовленных матов или тканей, обеспечивает высокую однородность продукции по прочности и возможность контроля показателей.

НАПЫЛЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Метод формования напылением отличается от описанного метода ручной укладки тем, что волокнистая арматура в виде бесконечного ровинга рубится на короткие отрезки — штапельки — и доставляется в открытую форму одновременно со смесью соответствующей смолы и катализатора. Оснастка при производстве изделий напылением используется та же, что и при производстве ПКМ ручным формованием. Ровинг волокна проходит через рубильное устройство и вдувается в поток смолы, который направляется в форму распылительной системой. Обычно размер штапелек, на которые рубится ровинг, составляет 12-50 мм. Возможная схема напыления приведена на рис. 1.3.

Одна распылительная головка впрыскивает смолу, предварительно смешанную с отвердителем, или только отвердитель, в то время как вторая головка подает смесь смолы с ускорителем отверждения. После введения в форму смолы с волокнистой арматурой образовавшийся слой прикатывают вручную для удаления воздуха, уплотнения и Рис. 1.2. Фотография рабочего места при формовании изделий из ПКМ методом ручной укладки. получения гладкой поверхности. Технология отверждения аналогична применяемой при формовании ручной укладкой. Оборудование для производства стеклопластика напылением автоматически осуществляет жёсткую дозацию полиэфирной смолы и отвердителя, рубку ровинга из непрерывного стекловолокна. При таком производстве стеклопластика отсутствуют отходы полиэфирной смолы, характерные для приготовления смеси полиэфирная смола - отвердитель вручную. После рубки части стекловолокна попадают в струю полиэфирной смолы из распылительного пистолета и пропитываются ею во время переноса на матрицу. На долю ручного труда остаётся уплотнение стеклопластика в матрице прикаточным валиком. Рис. 1.3. Воздушная система напыления с двумя емкостями:1 — ровинг; 2 — смола с катализатором; 3 — рубильное устройство; 4 — смола с ускорителем отверждения; 5 — уплотненный слой; б — валик; 7 — форма. Технология производства изделий из композиционных материалов напылением имеет ряд преимуществ перед методом ручной укладки. В этом случае не требуется раскрой мата и подготовка смеси полиэфирная смола - отвердитель, что позволяет экономить время, полезные площади, работу персонала. Существенно сокращаются производственные площади из-за снижения числа специально оборудованных мест для производства. Увеличивается скорость производства изделий. Упрощается контроль над качеством изделий. Снижается себестоимость конечного изделия, так как ровинг - наиболее дешевый материал из стекла. Существенно снижается количество отходов Однако качество конечного изделия, как и в методе ручной укладки, в основном зависит от мастерства оператора установки по производству напылением. Кроме того, поскольку в методе напыления используются короткие и хаотично ориентированные волокна, а контроль за толщиной наносимого слоя отсутствует, такой стеклопластик получается менее плотным и прочным, чем при ручном формовании. Реальная минимальная толщина изделий: при формовании ручной укладкой слоев — 0,8 мм, при напылении — 1,5 мм. Реальная максимальная толщина, в принципе, не ограничивается, но с учетом отверждения составляет ~ 6 мм. При обоих способах формования получаемый слоистый пластик можно считать элементарным конструкционным материалом. Варьирование соотношения смолы и стекловолокнистого наполнителя, вида армирующего материала и системы его укладки, типа смолы, вида и количества наполнителей позволяет существенно изменять физические свойства получаемых стеклопластиков (таблица 1.2). Следовательно, можно сказать, что структура и состав армированного ПКМ формируются в процессе получения изделия. Возможность изменения состава композиций, размера, формы и конфигурации изделий позволяет определить наиболее целесообразный путь их получения формованием либо ручной укладкой, либо напылением. При массовом производстве методами формования ручной укладкой и напылением применяют роботы. Преимущество автоматизированного устройства заключается в возможности строгого выполнения технологических требований и сведении функций оператора только к контролю за процессом, замене форм и обеспечению сырьем.

ИНФУЗИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В сфере композитов инфузия смолы – это процесс, в котором пустоты пористого материала заполняются жидкой смолой. Когда смола затвердевает, смесь отвердевшей смолы соединяет материалы в единый жесткий композит. Армирующими материалами может выступать любой пористый материал, совместимый со смолой. Типичные материалы – неорганические волокна (наиболее часто используемые – стекловолокно), органические волокна, такие как лен или сочетание волоконо с другими материалами, например вспененными материалами с закрытыми ячейками, бальзой или сотовыми конструкциями. Пористые материалы также можно инфузировать на поверхности непористых материалов, таких как листовые металлы. Смолы обычно – термореактивного типа, но термопластичные смолы также можно использовать для инфузии.

Ключевой частью процесса является удаление или выведение воздуха из пористого материала перед подачей смолы. Воздух необходимо вывести из пористого материала для того, чтобы смола заняла его место. Самым простым образом процесс можно разбить на следующие стадии:

Зачем использовать процесс инфузии?

Процесс инфузии смолы является экономичным методом производства высококачественных и высокопрочных композиционных изделий, количество которых составляет примерно несколько сотен идентичных деталей с одной матрицы в год, или крупногабаритные изделия, которые сложно или достаточно дорого производить любым другим методом.

Преимущества процесса инфузии

• Низкие инвестиции. Обычно инвестиции чуть больше, чем требуется для производства композиционных деталей с помощью ручного формования в открытой матрице
• Возможность производить высокотехнологичные ламинаты с минимальным весом со свойствами, сравнимыми с ламинатами, производимыми более дорогстоящим способом, например препрег, отвержденный в автоклаве.
• Инфузия позволяет работать с армирующими материалами в сухом состоянии. Это исключает необходимость контакта со смолой. Можно избежать аллергических реакций от контакта со смолами.
• Процесс выполняется в «замкнутой» системе; то есть в полости между загерметизированным мешком и матрицей или между двумя герметичными матрицами. Как результат, минимальное воздействие неотвержденной смолы на атмосферу. Вероятность вредного воздействия на здоровье рабочих и на окружающую среду опасными летучими компонентами значительно сокращается. Из-за малой эмиссии летучих компонентов, стоимость на вентиляцию можно сократить.
• Если используется гибкая пленка, в инфузии используется минимальное количество смолы для заполнения пустот в сухом ламинате. Особенно для небольших / повторяющихся изделий, где практикуется применение многоразовой эластичной пленки, инфузия предлагает возможность сократить производственные затраты по сравнению с ручным формованием, одновременно улучшая качество ламината.
• Инфузия является практичным и бюджетным решением для производства крупных, высокопрочных / легковесных изделий за один раз, например корпуса лодки, лопасти ветротурбин, мостовые балки и другие.
• Количество компонентов, требуемых для производства изделия, может быть также значительно сократить при использовании инфузии.

Какие есть ограничения по процессу инфузии?

Инфузия смолы должна рассматриваться как производственная технология “работа в прогрессе”. На данной стадии ее разработки, инфузия имеет ряд ограничений. Ограничения следующие:

• Инфузия – относительно медленный производственный процесс. Обычно, этот процесс не очень подходит для тех применений, в которых требуются высокие скорости производства.
• Для единичных или крупных изделий, для производства которых не практично использовать многоразовые эластичные пленки или верхние матрицы, или же они необоснованно дорогие, процесс может привести к значительному количеству отходов (вакуумные пленки, трубки, и возможно, проводящие сетки и жертвенная ткань, если проводящую сетку нельзя оставить в ламинате).

Другие названия инфузии смолы и связанных вакуумных процессов

Существует несколько названий и акронизмов для процесса инфузии смолы или очень схожих процессов. Некоторые примеры:

• Инфузия с двойным (эластичным) мешком. Процесс, в котором один уровень вакуума применяется для расположения армирующих материалов, расположенных между матрицей и внутренним эластичным мешком, а второй уровень вакуума (обычно более высокий) применяется на пористый проводящий материал, уложенным между внутренним вакуумным мешком и вторым эластичным вакуумным мешком. Этот процесс не стоит путать с процессом DVB, разработанным NASA. Смотрите далее.
• Процесс DVB. В процессе с двойным вакуумным мешком, разработанным в NASA, жесткий перфорированный слой выкладывается между 2 эластичными мешками. Отдельные контролируемые уровни вакуума могут быть применены на внутренний мешок или на пустоту между 2 мешками. В частности, процесс DVB подходит для производства композиционных изделий, использующих смолы, высвобождающие водяные пары или пары растворителя в процессе отверждения.
• Процесс CAPRI. Инфузия с контролируемым атмосферным давлением. Это версия инфузии, запатентованной компанией Boeing Aircraft Co.
• Закрытое формование. Это общий термин, покрывающий широкий диапазон производственных процессов, проводимых внутри своего рода замкнутого пространства, например, между жесткой матрицей и эластичной пленкой, или между 2 жесткими половинками матрицы. Инфузия смолы – это один из примеров процессов закрытого формования.
• RTM. Формование с подачей смолы. Эта технология обычно обозначает процесс, в котором смола инжектируется в полость между скрепленными половинками матриц при давлении, которое обычно выше атмосферного давления. Тем не менее, термин RTM иногда применим к версии вакуумной инфузии. Смотрите RTM Light.
• RTM Light (Lite). Вариации вакуума технологии RTM, в котором смола закачивается в полость между нижней и верхней половинками матриц. Если фланцы по периметру матрицы увеличены по размеру и герметизированы, то вакуум можно также применять между двумя фланцами для удержания двух половинок вместе. Если вакуум используется для сжатия фланцев по периметру, вакуумная система должна производить 2 отдельных контролируемых уровня вакуума; один для области ламината, второй – для сжатия фланцев.
• Процесс SCRIMP. Это один из самых ранних запатентованных процессов инфузии.
• Вакуумная инфузия.
• VAP. Процесс с подачей вакуума. Это вариация процесса, запатентованная EADS.
• VIP. Процесс вакуумной инфузии.

Инфузия с одним уровнем вакуума с применением эластичного мешка более детально 

Критические элементы процесса инфузии

Процесс инфузии смолы можно сократить до следующих элементов, с аспектами, выделенными заглавными буквами, которые являются критичными для получения успеха в процессе:

1. Пакет СУХОГО материала для ламинирования располагается выкладывается на ГЕРМЕТИЧНОЙ матрице.
2. ГЕРМЕТИЧНАЯ эластичная пленка (обычно, известная под названием вакуумной мешок) выкладывается поверх ламината и ГЕРМЕТИЗИРУЕТСЯ на матрице по периметру ламината.
3. К мешку подводится как минимум два подсоединения; один – для возможности вывода воздуха из полости между мешком и матрицей, а другой – для подачи жидкой смолы.
4. С линией подачи смолы временно ПЕРЕКРЫТОЙ, с помощью вакуумного насоса выкачивается воздух из полости между мешком и матрицей. Уровень необходимого вакуума варьируется в зависимости от проницаемости материалов (то есть, с какой легкостью воздух и смола будут проходить через материалы), а также от сложности и желаемого качества конечного изделия. За исключением случаев, когда ламинат можно повредить излишним сжатием (например, срединные материалы низкой плотности), наилучшие результаты достигаются путем достижения максимального уровня, который может дать вакуумный насос.
5. После предварительного вывода воздуха, мешок и матрица должны быть временно отключены от вакуумного насоса для проверки уровня вакуума, оставшегося в детали, с помощью вакууметра. Если уровень вакуума остается постоянным, или более – менее постоянным, можно считать, что матрица и мешок достаточно ГЕРМЕТИЧНЫ, и можно переходить ко следующему этапу. Если же уровень вакуума падает намного быстрее, чем это допустимо, воздух будет попадать в полость и процесс продолжать нельзя. В данном случае необходимо найти утечку воздуха и исключить ее для продолжения процесса. Допустимый уровень утечки будет зависеть от размера изделия и желаемого качества ламината. Для крупногабаритных изделий, например корпус лодки, уровень утечки будет допустим в 3 мбар/минуту. Для небольших изделий или критичных изделий – допустимый уровень утечек может быть меньше на 10% от вышеуказанного, например, 3 мбар в течение 10 минут.
6. После достижения удовлетворительного уровня герметичности, можно снова открыть линию на вакуумный насос. Емкость для подачи смолы можно наполнить смешанной смолой и открыть линию подачи смолы. При открытой линии подачи смолы, жидкая смола будет подаваться в изделие под действием РАЗНИЦЫ ДАВЛЕНИЯ между атмосферным давлением, влияющим на смолу и уровнем вакуума в изделии, плюс или минус гидростатическое давление смолы, поднимающейся из-за подачи смолы относительно изделия. Если линии подачи смолы и вакуумные линии расположены правильно или были расположены вокруг сухого ламината до момента укладки мешка, жидкая смола просочится и пропитает весь ламинат.
7. В зависимости от типа используемой системы, УРОВЕНЬ ВАКУУМА ВО ВРЕМЯ ИНФУЗИИ будет необходимо регулировать до уровня, более низкого, чем может дать вакуумный насос. В частности, это применимо к смолам, содержащим летучие растворители, которые могут закипеть под вакуумом. Полиэфирные и винилэфирные смолы необходимо инфузировать при вакууме, меньше максимального.
8. Если используются термореактивные смолы, необходимо подождать определенный период времени, чтобы смола ОТВЕРДИЛАСЬ после полной пропитки ламината. Этот период времени может варьироваться от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от системы смолы и размеров изделия.
9. После отверждения смолы, мешок и изделие можно снять с матрицы. Получившееся изделие будет однородной конструкции, со всеми компонентами, соединенными внутри смолы.

RTM (ИНЖЕКЦИЯ) КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

RTM (инжекция) композиционных материалов - процесс, основной принцип которого состоит в перемещении смолы, катализированной на входе, в закрытую форму, предварительно оснащенную “сухими”, аккуратно расположенными армирующими материалами (с различными “усилениями”).

В качестве такого армирующего материала могут выступать разнообразные ткани различного переплетения, в том числе мультиаксиальные, эмульсионные и порошковые стекломаты. В качестве связующего применяют смолу, время гелеобразования которой — 50–120 мин, с низкой динамической вязкостью. Вязкость и время гелеобразования смолы определяют по ГОСТ 28593-90.

Преимущество технологии RTM:

• Позволяет автоматизировать производство, что уменьшает случайный характер вмешательства человека
• Сокращает и контролирует количество используемого сырья
• Снижает влияние материла на экологию
• Улучшает условия труда
• Позволяет создавать относительно прочные изделия, за счет лучшей пропитки.
• Относительно дешевое оборудование

Современный RTM процесс делиться на четыре вида

• Вакуумная инжекция
• RTM-эконом, или RTM-light
• RTM-стандарт
• RTM-плюс

RTM-плюс используется очень редко, так как применяется для производства мелких изделий.

Вакуумная инжекция:

1. Отличается своими формообразующими элементами.
2. В качестве матрицы может применяться стеклопластиковая оснастка, как и при контактом формовании.
3. Только необходимо наличие отбортовки по краям матрицы шириной больше 120 мм.
4. В качестве пуансона используют светопрозрачную пленку. Она прежде всего должна иметь хорошую химостоикость к стиролу.
5. Пуансон не должен иметь дефектов, например отверстий или внутренних раковин. Так как через них возможен подсос воздуха во время технологического цикла.
6. Смола под действием вакуума попадает в армирующие слои через трубки, с внутренним диаметром 7-16 мм.
7. Пленка-пуансон крепится к матрице с помощью герметиков. Чтобы реализовать данный процесс необходимо иметь вакуумный насос.

RTM-эконом, или RTM-light:

Данный вид вакуумного процесса отличается тем, что технология позволяет получить изделия с двухсторонним декоративным слоем. Это достигается путем применения в качестве пуансона тонкостенного стеклопластика толщиной 2-3 мм, с вакуумными замками. Поскольку пуансон имеет небольшую прочность, давление, под которым подается смола, устанавливается минимальным (1.2–1.4 атм), а вакуум — максимальным (–0.9 кПа).

RTM-стандарт:

Процесс предполагает наличие жесткой матрицы и пуансона, с вакуумными замками и зажимами. Материал может быть либо толстая слоистая фанера, либо металлический профиль. Данный метод более дорогой, по сравнения с другим методами. Так как требуется наличие специального RTM- аппарата и дорогостоящей оснастки. Несмотря на незначительные недостатки, методом RTM-стандарт возможно получить габаритное изделие с большой прочностью и жесткостью.

Процесс Resin Transfer Moulding имеет ряд недостатков, требующих определенных расчетов:

• Большой разброс в свойствах материала
• Воздушные поднутрения
• Изменения вязкости смолы

Предполагают, что смола заполняющая порово пространство армирующего материала, подчиняется закону Дарси, ( течение жидкости в пористой среде). Для лучшей пропитки армирующего пакета используют верхний смолопроводящий слой. В качестве него могут применяться маты из непрерывной нити (“унифло”) или комбинированные двухслойные или трехслойные маты (“комбифло”), которые имеют в своем составе пористое полиэфирное волокно. Благодаря структуре этих материалов смола проходит с наименьшим сопротивлением и с большей скоростью внутрь армированного “пирога” и пропитывает его изнутри.

Не маловажным является место ввода инжекции. Возможны два варианта. Первый, предполагает ввод смолы в центр изделия. Второй, с периферийной его части. Для получения качественного изделия используют второй метод. Это позволяет смоле лучше войти в материал и течь по нему.

В общем, цикл процесса вакуумного формования выглядит следующим образом

ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ НАМОТКИ

Намотка – процесс изготовления высокопрочных армированных изделий, форма которых определяется вращением произвольных образующих. При этом способе армирующий материал (нить, лента, жгут или ткань) укладываются по заданной траектории на вращающуюся оправку, которая несет внутреннюю геометрию изделия. Для намотки пригоден практически любой непрерывный армирующий материал. Специальные механизмы, которые перемещаются со скоростью, синхронизированной с вращением оправки, контролируют угол намотки и расположение армирующего материала. Его можно обертывать вокруг оправки в виде прилегающих друг к другу полос или по какому-то повторяющемуся рисунку до полного покрытия поверхности оправки. Последовательные слои наносятся под одним и тем же или под разными углами намотки, пока не будет набрана нужная толщина. Угол намотки может изменяться от очень малого - продольного до большого - окружного, т. е. около 90o относительно оси оправки, включая любые углы спирали в этом интервале. Основными материалами для матрицы служат эпоксидные и полиэфирные смолы и полимеры сложных виниловых эфиров. Для намотки изделий из углеродных волокон чаще применяются эпоксидные смолы, тогда как для намотки изделий из стеклопластиков - ненасыщенные полиэфирные смолы. Для получения теплостойких изделий используются полиимидные смолы.

Способы намотки можно классифицировать:

• по способу совмещения связующего и наполнителя;
• по рисунку укладки арматуры;
• по устройству намоточного оборудования.

По способу совмещения различают «сухую» и «мокрую» намотку. В способе «мокрой» намотки смола наносится на армирующий волокнистый материал в процессе самой намотки. На рис. показана схема мокрой намотки.

Рис. Схема «мокрой» намотки: 1 – шпулярник с армирующим волокном; 2 – пропиточная ванна со связующим; 3 – отжимные ролики; 4 – вращающаяся оправка

Оборудование при этой технологии намотки состоит из следующих составляющих: секция подачи стеклянного ровинга; установка для приготовления связующего: смесь полиэфирная смола - катализатор или другой тип связующего; ванна со связующим - катализированной полиэфирной смолой или другим типом смолы, через которую проходят и смачиваются нити ровинга; секция намотки с валами вращения, размер которых определяет диаметр конечного изделия; органы управления оборудованием для намотки. В случае «мокрой» намотки требуется более низкое усилие при натяжении арматуры, что позволяет применять оборудование меньшей мощности и оправки меньшей жесткости. «Мокрая» намотка обеспечивает лучшую формуемость изделий, поэтому преимущественно применяется при изготовлении крупногабаритных оболочек сложной конфигурации и сосудов высокого давления. «Сухая» намотка основана на использовании препрегов. Она обеспечивает равномерное содержание связующего, задаваемого при изготовлении препрегов, и, следовательно, стабильность прочностных свойств изделий. Коэффициент трения при «сухой» намотке практически в 2 раза выше, чем при «мокрой», что позволяет формировать более сложные формы этим способом. При использовании «сухого» метода повышается культура производства и увеличивается производительность. Однако при этом методе необходимо обеспечивать значительное натяжение арматуры. После завершения намотки проводят отверждение связующего. Его осуществляют в термокамерах при соответствующей температуре (например, в случае эпоксидных смол при 395 или 450 К); время отверждения обычно составляет 1 - 2 ч; в процессе отверждения желательно продолжать вращение оправки. Затем оправку извлекают из изделия, с помощью специальной машины. Проводится окончательная отделка изделия: зачистка, обработка его торцов и т. д. Конструкции, намотанные по поверхностям вращения, могут быть получены в виде гладких цилиндров, труб или тюбингов диаметром от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Намоткой можно формовать также изделия сферической, конической и геодезической формы. По рисунку укладки арматуры существует несколько способов намотки.

Продольная (осевая) намотка предполагает укладку арматуры вдоль оси изделия (рис. 4.3), при этом раскладчик 2 двигается по направляющей 3 от полюса к полюсу и при смене направления движения оправки 1 проворачивается на угол 1800 +∆ , где ∆ – шаг намотки.

Рис. Схема осевой намотки: 1 — оправка; 2 — раскладчик; 3 — направляющая.

При спиральной намотке армирующая лента, пропитанная полимерным связующим, укладывается на поверхность вращающейся оправки по винтовой линии Скорость перемещения раскладчика и вращения оправки 1 задаются такими, чтобы обеспечить требуемый угол намотки. Главной разновидностью спиральной намотки является геодезическая намотка, при которой армирующий материал ложится на поверхности оправки по геодезическим линиям. Из всех возможных линий, лежащих на поверхности оправки, геодезическая та, которая кратчайшим образом соединяет произвольные точки, принадлежащие этой поверхности. Именно при таком расположении нитей намотки при эксплуатации имеет место нагружение вдоль волокна, что обеспечивает максимальную прочность изделия.

Методом намотки можно формовать изделия, работающие в специфических условиях нагружения, таких как внутреннее или наружное давление, сжимающие или крутящие нагрузки. Намотка дает возможность укреплять термопластичные трубы и металлические сосуды высокого давления наружными бандажами. Изделия могут быть спроектированы и сделаны с высокой степенью точности. С другой стороны, для намотки характерны меньшие скорости производства. Для намотки применяются машины различных типов: от разновидностей токарных станков и машин с цепным приводом до более сложных компьютеризованных агрегатов с тремя или четырьмя осями движения. В намоточных станках, выполненных по токарной схеме, оправка непрерывно вращается, в то время как раскладчик, подающий арматуру, перемещается возвратно-поступательно по направляющей. При реализации шлифовальной схемы картина обратная: вращающая оправка совершает возвратно- поступательные движения, а раскладчик неподвижен. Выбор схемы определяется соотношением размеров наматываемого изделия и толщины его стенок. Так, при больших Рис. 4.5. Схема простой спиральной намотки. 1 - оправка; 2 - раскладчик; 3 - лента препрега. 32 габаритах оправки целесообразнее токарная схема, а для намотки толстостенного баллона небольшого размера – шлифовальная. Имеются также машины для непрерывного производства труб. Спроектировано портативное оборудование для намотки больших резервуаров на месте установки. С помощью этих машин производится обычно только намотка по окружности, а для усиления конструкции в продольном направлении применяют рубленую пряжу или ленты. В последнее время разрабатывается оборудование, в котором вместо механических средств управления схемой ориентации волокон используются компьютерные системы. Это позволяет получать трубчатые изделия, имеющие изгибы и неправильную форму, а также изделия со сложной геометрией. Разрабатывается оборудование для намотки с применением гибкой технологии, когда армирующие волокнистые материалы можно укладывать на оправке в любом направлении. Оправки для намотки должна иметь форму и размеры точно соответствующие форме и размеру внутренней поверхности наматываемых изделий и быть стабильными под действием силовых и температурных воздействий при намотке и отверждении. Они должны быть технологичными, т. е. обеспечивать минимум трудозатрат и времени на их изготовление и извлечение из готового изделия, иметь возможно меньшую массу и себестоимость. Используют неразборные, разборные, выплавляемые, разрушаемые. Выжигаемые, надувные и комбинированные оправки. Неразборная оправка используется при изготовлении изделий, открытых хотя бы с одного торца и позволяющих извлечение оправки. Такая оправка используется многократно. Использование оправки такого типа ограничено конструкцией изделия и во многих случаях невозможно. Формование крупногабаритных изделий с применением неразборной оправки затруднено также в связи с необходимостью приложения больших усилий для ее выемки из отформованного изделия.

При невозможности осевого извлечения оправки из готового изделия сложной формы ее делают разборной. Разборные оправки имеют высокое качество поверхности, легко извлекаются из готового изделия, используются многократно, но стоят довольно дорого. Разрушаемые оправки имеют одноразовое применение, изготавливаются из относительно прочного, но, в то же время, легко разрушаемого материала, например, гипса. Стоимость их высока, а после разрушения оправки ее куски подлежат уничтожению. Для изготовления одноразовых оправок возможно использование песчано- смоляных композиций и легкоплавких материалов. Такие оправки удобны в работе, т.к. их 33 изготовление достаточно просто, а материалы для их производства могут быть использованы многократно. В качестве легкоплавких материалов для изготовления оправок применяют парафино-восковые составы, некоторые термопласты, эвтектические сплавы. Выплавляемые оправки могут быть использованы только при производстве изделий из армированных композитов на основе связующего холодного отверждения. Особые преимущества оправки из выплавляемых материалов возникают при изготовлении изделий со сложной поверхностью, с полостями и каналами. Выжигаемые оправки изготавливают из легкогорючих материалов низкой плотности, например, из пенополистирола. Они дешевы, т.к. расход материалов на их производство невелик, а технология изготовления проста. Такие оправки также удобно использовать для производства изделий сложной формы, имеющих полости. И, наконец, надувные оправки изготавливают из эластичных материалов, например, резины. Такие оправки надуваются воздухом и могут служить в качестве оснастки для производства оболочковых конструкций из полимерных композитов. Однако применение надувных оправок ограничивается возможностями получения изделий с точными размерами и рядом других технологических причин. Преимущества и недостатки метода намотки. Основные преимущества: 1) очень быстрый и поэтому экономически выгодный метод укладки армирующего материала, 2) регулируемое соотношение смола/наполнитель, 3) высокая прочность при малом собственном весе, 4) неподверженность коррозии и гниению, 5) недорогие материалы, 6) хорошие структурные свойства ламинатов, так как профили имеют направленные волокна и высокое содержание арматуры. Основные недостатки: 1) ограниченная номенклатура изделий, 2) дорогое оборудование, 3) волокно трудно точно положить по длине сердечника, 4) высокие затраты на сердечник для больших изделий, 5) рельефная лицевая поверхность. Технология намотки применяется, прежде всего, при изготовлении из стеклопластика тел вращения: стеклопластиковых труб для нефтегазовой, химической промышленности, газоотводящих стеклопластиковых труб, стеклопластиковых цистерн для хранения и транспортировки химически активных продуктов, воды, горюче смазочных материалов. Полученные при намотке стеклопластиковые трубы и емкости имеют ряд преимуществ перед аналогичными изделиями из традиционных материалов. В первую очередь это высокая прочность при малом собственном весе, что значительно снижает издержки по транспортировке, погрузочно-разгрузочным операциям и 34 монтажным работам. Во вторых - высокая надёжность в эксплуатации при температурах от - 40 °C до + 50 °C и высокая атмосферостойкость, химостойкость, неподверженность коррозии и гниению. И наконец возможность фланцевого или муфтового соединения фрагментов, что исключает затраты на сварочные работы при монтаже.

ПУЛТРУЗИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Быстро расширяющееся применение деталей из композитов в автомобильной и других крупномасштабных 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. 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.

Пултрузия - способ непрерывного получения длинномерных прфильных деталей постоянного сечения из армированных ПКМ. Пултрузия получила своё название от английских слов «pull» — тянуть и «through» — сквозь/через. Причиной такому названию послужил сам процесс протягивания исходного материала сквозь фильеру, нагретую до температуры полимеризации матрицы ПКМ. Принципиальная схема процесса показана на рис. Изготовление материала заданного профиля осуществляется с помощью специальной пултрузионной машины. Технологический процесс палтрузии непрерывный и в зависимости от происходящих процессов разделен на следующие стадии. Разматываемые со шпуль жгуты армирующих волокон в сухом состоянии собирается определенным образом в пучок и с помощью направляющих устройств подаются в ванну, где смачивается полиэфирным, эпоксидным или другим связующим. Время пребывания волокон в пропиточной ванне должно обеспечивать полное пропитывание волокон связующим. Содержание смолы в жгутах после пропитки должно составлять около 30 %. Для предотвращения увеличенного содержания смолы в жгутах в конце ванны устанавливаются специальные отжимные валки, где волокна освобождаются от избытка смолы и включений воздуха. Связующее должно обладать низкой вязкостью и большой скоростью отверждения при повышенных температурах. Далее пропитанный материал поступает в нагретую фильеру, которая формирует конфигурацию профиля.

Несколько комплектов нагревателей, находящихся в прямом контакте с фильерой, создают несколько зон нагрева (обычно 4...6), и обеспечивают оптимальные для процесса полимеризации температурный профиль. Температурный профиль задает система управления в зависимости от изделия и скорости протяжки. Как и в процессе экструзии, во время пултрузии возникают эффекты саморазогрева (экзотермическая реакция в полимере). В этой же головке есть и охлаждающий участок, который обеспечивает сохранность сечения профиля на выходе. Происходит отверждение композиции при заданном температурном режиме. В результате на выходе получается профиль, конфигурация которого повторяет форму фильеры.

Схема процесса пултрузии. Этим методом получают монолитные и полые профили с различной формой поперечного сечения – круглой, квадратной, треугольной, прямоугольной и т. д. Кроме того, пултрузией могут быть получены профили с Е-, Т- и I-образным поперечным сечением высотой до 300 мм, шириной до 150 мм и толщиной более 10 мм. Конечный материал, выходящий из фильеры - это сильно отвержденный продукт, не требующий обработки. Этот отвержденный погонажный продукт вытягивается из фильеры вытяжной машиной и в отрезной машине распиливается на готовые к использованию сегменты заданного размера. В начале 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.

Армированный стеклопластиковый профиль, полученный с помощью пултрузии – строительный композитный материал XXI века с уникальным сочетанием свойств дерева, металла, полимера: высокой прочностью, низкой теплопроводностью, устойчивостью к агрессивным средам и резким перепадам температур, био-, влаго-, атмосферостойкостью. Результаты исследований показали, что долговечность конструкций с применением стеклопластика и стеклопластиковых профилей значительно превосходит срок службы аналогичных конструкций из других материалов. Стеклопластиковый профиль, полученный с помощью пултрузии, находит широкое применение в изготовлении окон, витражей и ограждающих конструкций, облицовки и арматуры электротехнического профиля, стеклопластиковой арматуры для бетона, элементов крепежных дюбелей, несущих (силовых) конструкций. Разработана технология производства стеклопластиковых труб и освоено оборудование для их производства. Такие трубы конкурентоспособны со стальными, чугунными, полиэтиленовыми, ПВХ - трубами. При этом стеклопластиковые трубы имеют такие значительные преимущества как высокая удельная прочность; высокая коррозионная стойкость, надежность и долговечность (50-80 лет); отсутствие "зарастания" внутренней поверхности и разрушения при замерзании в них воды. Затраты на монтаж и обслуживание таких труб минимальны, высока ремонтопригодность. Стеклопластиковые трубы пригодны для всех видов трубопроводов: холодного и горячего водоснабжения, канализации, химических трубопроводов, водостоков, мусоропроводов, вентиляции и др.

SMC И BMC

Современное производство элементов конструкций из ПКМ в значительной мере ориентируется на препреговую технологию изготовления изделий. Препреги (SMC и BMC) – это композиционные материалы – полуфабрикаты. - ткани и волокна, предварительно пропитанные пред-катализированной смолой при высокой температуре и давлении. Смола в препрегах находится в полутвердом состоянии. Ее полное отверждение происходит при формовании.

SMC (Sheet Mould Compound) - листовой материал, пропитанный смолой, содержащий наполнители, армирующие волокна. SMC - материал, который может перерабатываться прессованием при высоких температурах 130-170°С. В отличие от тканых стекломатериалов SMC не армирован связанными между собой стеклянными волокнами. Из-за значительно большей, чем у BMC, длины стекловолокна, SMC имеет меньшую текучесть, но более высокие прочностные характеристики.

Состав SMC:

• Стекловолокно - 30%;
• Наполнитель (микротальк) - 40%;
• Смола (полиэфирная или винилэфирная) - 25%;
• Функциональные добавки - 5%.

BMC (Bulk Mould Compound) - материал, представляющий собой особую массу в виде вязкой пасты, содержащую смолу, наполнители и армирующие волокна. Материал BMC может перерабатываться инжекцией или прессованием.

Состав BMC:

• Стекловолокно - 20%;
• Наполнитель (микротальк) - 45%;
• Смола (полиэфирная или винилэфирная) - 30%;
• Функциональные добавки - 5%.

Пропитка осуществляется таким образом, чтобы максимально реализовать физико- химические свойства армирующего материала, обеспечить заданные электротехнические, механические и др. параметры. Препреги с ориентированным расположением волокон изготавливают на специальных установках вертикального (шахтного) или горизонтального типа. При изготовлении препрега на основе тканей, сеток и т.п. материал поступает из разматывающего устройства, разглаживается, пропускается через ванны со смолой, тщательно отжимается при помощи системы специальных прецизионных валов, высушивается в специальных сушилках, а затем сматывается в рулон или разрезается на листы заданного размера. Сушильно пропиточные линии представляют собой крупногабаритные и технически сложные инженерные системы, обеспечиваемые современными средствами автоматического управления, безопасности.

Готовый препрег обычно представляет собой рулоны или пакеты ленточного калиброванного материала с разделительной пленкой между слоями. В таком виде препреги могут храниться до нескольких недель, однако для увеличения срока хранения, их хранят при пониженных температурах. Полученные препреги в дальнейшем подвергаются плоскому или фасонному формованию, а так же реализуются другим предприятиям в виде товарной продукции. Препрег, полученный на специальных пропиточных установках, обладает высоким качеством пропитки наполнителя связующим, минимальными механическими повреждениями наполнителя, равномерным «наносом» связующего в наполнитель при оптимальном процентном содержании связующего. Отсутствие сколько-нибудь заметной липкости при нормальной температуре позволяет автоматизировать процесс нанесения препрега методами намотки, выкладки, делать технологически «чистыми» процессы ручной выкладки сложных изделий, проводить автоматизированный раскрой препрега на станках с программным управлением, например, на лазерных или ультразвуковых установках раскроя материала. Таким образом, технологический процесс получения изделий из композиционных полимерных материалов делится на два этапа: получение заготовки заданной конфигурации и ее формование для достижения высокой прочности и жесткости. ПКМ, состоящие из смолы, волокон и других наполнителей, после отверждения являются твердыми телами. Характеристики готового изделия (такие как габаритные размеры, форма, величина серии) обусловливают выбор состава композиции, способа ее получения и формования.

Рис. 1. Схема пропиточной установки для получения препрега: 1 -вакуумный насос; 2 - вакуумная камера; 3 - нагреватель; 4 - компенсатор уровня связующего; 5 - отжимное устройство; 6 - сушильная печь; 7 - бобина с разделительной пленкой; 8 – рулон с готовым препрегом; 9 - калибрующее устройство; 10 - нагреватель; 11 - ресивер; 12 - фильтр; 13 - вакуумный затвор; 14 - ванна со связующим; 15 - нагреватель; 16 – шпулярник с нитяным наполнителем; 17 - распределительный барабан.

ПРЕССОВАНИЕ

Методом прессования получают детали и узлы разнообразного назначения, форм и размеров, обладающие высокой механической прочностью и жесткостью, хорошими диэлектрическими и радиотехническими свойствами. Прессованные детали из волокнистых термостойких и жаростойких пресс-материалов обладают стойкостью к высоким температурам, тепловому удару и окислению. Метод прессования позволяет изготавливать в пресс-формах детали и узлы машин массой от нескольких граммов до 100 кг и более с толщиной стенки от 0,5 до 100 мм и более.

Существуют три основные разновидности метода прессования: прямое, литьевое и профильное.

Прямое горячее прессование применяют, используя (рис.20) обычные пресса, при изготовлении деталей различного назначения средней сложности, больших габаритов и массы.

Рисунок 20 - Детали и параметры пресса:

1 — деформирующая насадка; 2 — подвижная плита; 3, 7 — изоляция; 4 — полуформа (пуансон); 5 — извлекаемая готовая деталь; 6 — полуформа (матрица); 8 — станина пресса; а — пространство для выталкивающего приспособления; b — расстояние между плитами; D — глубина детали; s = 2D — минимальный ход между плитами

При литьевом прессовании материал укладывают в загрузочную камеру предварительно замкнутой пресс-формы и под действием высокого давления и температуры через литниковые каналы продавливают в формующую полость пресс-формы. Литьевое прессование рационально применять для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации с мелкой и тонкой арматурой при повышенных требованиях к точности размеров.

ВАКУУМНОЕ ФОРМОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

К методам формования композитов с использованием эластичной диафрагмы относятся: вакуумное формование, формование под давлением и автоклавное формование. В этом случае весь технологический процесс протекает по схеме, аналогичной контактному формованию, однако после укладки всех армирующих слоев, пока смола еще не полимеризовалась, на матрицу с корпусом накидывается вакуумный мешок (диафрагма) и герметизируется лентой. Диафрагмы представляют собой тонкие эластичные мембраны из силоксанового каучука. Из герметичной полости, образующейся между формуемой композицией и диафрагмой, откачивают воздух, чтобы давление там было ниже, чем приложенное к внешней стороне диафрагмы. Благодаря образующемуся перепаду давлений с разных сторон диафрагмы происходит прижим полимерного композиционного материала к жесткой форме соответствующей конфигурации, что обеспечивает конструктивное оформление детали. При таком формовании получают изделия, наружная и внутренняя поверхности которых повторяют морфологию поверхностей формующих элементов (самой формы и диафрагмы).

Кроме того, в процессе прижима формуемая композиция уплотняется в результате устранения пустот и удаления избытка смолы. Отверждение композиции осуществляется в прижатом к форме состоянии при комнатной температуре либо при нагревании воздушными сушилками и другими устройствами. При отверждении необходимо избегать образования пузырей в композите, а также тщательно контролировать давление, температуру и массовое соотношение между волокном и смолой. При таком способе формования получается необыкновенно плотный, прочный и ровный ПКМ, который по прочности значительно превышает изделия ручной формовки. Уплотнение материала при вакуумном формовании с эластичной диафрагмой может быть достигнуто с использованием атмосферного давления путем вакуумирования слоев стеклопластика в процессе его отверждения. При формовании под давлением и автоклавном формовании сжатие композитов во время отверждения производится горячими газами. Вентиляционные отверстия, связанные с атмосферой или вакуумом, предназначены для вывода летучих побочных продуктов реакции и захваченного воздуха из отверждающегося композита. В некоторых случаях отверждение композитов при вакуумном формовании с эластичной диафрагмой происходит при комнатной температуре.

Однако для улучшения свойств изделия отверждение, как правило, проводится при нагревании. При этом лучше всего использовать воздушные сушилки, но применяются также сушильные установки с инфракрасными нагревателями, а также конвекционные сушилки пассивного типа. Формование ПКМ с участием эластичной диафрагмы включает стадию отверждения связующего, как правило, при повышенных температурах. В этой связи важным является соотношение температурных коэффициентов объемного расширения формуемого ПКМ и материала формы. По значению этого коэффициента из металлов ближе всех к композитам стоит сталь. Она обладает и другими ценными свойствами: превосходной износостойкостью, способностью работать при повышенных температурах и хорошей теплопроводностью. Наиболее благоприятными для изготовления форм свойствами характеризуется также керамика. Она имеет самый низкий коэффициент теплового расширения, а по теплостойкости почти не отличается от закаленной инструментальной стали. Однако при температурах окружающей среды керамика хрупкая. Она должна быть защищена от повреждений, которые ей грозят в процессе обработки. Стальные формы с керамическими вставками и без них наиболее широко применяются в производстве высококачественных композиционных материалов. Находят применение и формы из алюминия, никеля и сталистого чугуна. В качестве оснастки используют теплопроводные пластмассы и формы из слоистых пластиков, для изготовления которых обычно используются очень теплостойкие литые или ламинированные эпоксидные смолы.

В качестве армирующих волокнистых материалов чаще всего используют стеклянное, арамидное, углеродное и борное волокна. Однако большинство из них нуждается в поверхностной обработке для улучшения их адгезионного взаимодействия со специфическими типами смол - связующих. Рассматриваемый метод обладает многими достоинствами, а его недостаток - низкая производительность, обусловленная многостадийностью процесса. В случае автоклавного формования (схема приведена на рис. 2.4) препрег или многослойный пакет из препрега на основе армирующих волокон выкладывают на форму, вместе с ней помещают в вакуумный мешок и снижают в нем давление. Метод, при котором отверждение проводят, создавая градиент давления по отношению к атмосферному, называют формованием с помощью вакуумного мешка. Так как нередко избыточное внешнее давление создают с помощью автоклава, то этот метод также называют автоклавным формованием.

Вакуумное формование с эластичной диафрагмой: 1- штуцер для присоединения вакуума; 2 – плита формы; 3 – коллектор для удаления воздуха; 4 - уплотнение диафрагмы; 5 – боковое выпускное отверстие; 6 – слой с вентиляционными отверстиями; 7 – диафрагма; 8 – перфорированные слои; 9 – впитывающие слои; 10 – разделительная ткань; 11 – слоистый пластик; 12 – внешний слой; 13 – промежуточная плита; 14 – эластичная перегородка; 15 –выбрасываемый слой

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ПОЛИМЕРБЕТОН КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Применение бетона, изготовленного из цемента, ограничено. Полимерное связующее, определяющее такие свойства изделий из полимербетона как, например, химостойкость и вибростойкость, позволяют применять полимербетон и конструкции из полимербетона там, где традиционный бетон будет разрушаться

Полимербетон изготавливается следующим образом: со связующим (полиэфирной смолой) смешивается песок, известняк, тальк, измельченные отходы производства композиционных материалов, например, стеклопластиков и т.д. Грубодисперсные наполнители в полимербетоне - щебень размером до 50 мм и песок с размером зерен до 5 мм. В целях снижения расхода связующего и стоимости изделий, а также для регулирования их свойств в полимербетон вводят мелкодисперсныйнаполнитель с размером частиц менее 0,15 мм (баритовая, кварцевая, андезитовая мука и др.). В состав полимербетона могут входить также порообразователи, ПАВ, антипирены, красители и т.п.

При высокой степени наполнения (70 – 80 %) получаются недорогие изделия с высокими физико-механическими характеристиками. Наполнитель, такой как песок, придаёт изделиям долговечность, устойчивость к истирающим нагрузкам, но сильно повышает их массу. При производстве таких изделий необходимо выбирать смолу с пониженной вязкостью. Параметры производства должны быть такими, чтобы наполнитель был равномерно распределен по объему изделия, не осаждался вследствие разности плотностей наполнителя и смолы. Также необходима дегазация смеси для предотвращения образования полостей внутри изделия, которые могут привести к снижению прочности. Недостатком изделий из полимербетона является неэстетичный внешний вид, это делает невозможным использование этих изделий в качестве декоративных элементов при оформлении помещений и т.д.

Применение полимербетона:

• Облицовочные панели;
• Фундаменты под промышленное оборудование;
• Шумопоглощающие конструкции;
• Причальные кромки и волнорезы;
• Емкости для воды;
• Дренажные конструкции;
• Дорожные бордюры и ограждения;
• Железнодорожные шпалы;
• Лестницы;
• Реставрация и защита существующих бетонных конструкций;
• Емкости и резервуары для химически активных веществ;
• Дренажные канализации химических предприятий.

Свойства полимербетона:

• Прочность на растяжение 15 МПа;
• Модуль растяжения 19000 МПа;
• Прочность на изгиб 30-40 МПа;
• Модуль изгиба 16000-17000 МПа;
• Ударная вязкость 3 мДж/мм2;
• Прочность на сжатие 9 МПа.

ИСКУССТВЕННЫЙ МРАМОР И ОНИКС КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

В приведенной ниже таблице дана рецептура смесей из полиэфирной смолы, наполнителя, красителя и отвердителя для технологии производства искусственного камня различного типа. Подставив в соответствующие клетки текущие цены на полиэфирную смолу, гелькоут, наполнитель и другие материалы, зная объем и поверхностную площадь конечного изделия из искусственного камня, можно определить стоимость всех материалов, необходимых для технологии производства изделий из искусственного камня.

Отдельной строкой в данной таблице представлен искусственный камень, полученный по технологии Solid Surface. Технология производства искусственного камня Solid Surface имеет ряд преимуществ перед обычным искусственным мрамором. При изготовлении искусственного камня по этой технологии используется полиэфирная смола с повышенной стойкостью к бытовым загрязнителям и влагопоглощению, что позволяет отказаться от применения защитного слоя — гелькоута. Удаление воздуха из смеси полиэфирной смолы с наполнителем на стадии перемешивания позволяет получить однородный искусственный камень без воздушных пор.

Все эти обстоятельства позволяют получать искусственный камень - композитный материал, который легко режется, фрезируется, склеивается. Отсутствие покрытия из гелькоута позволяет легко ремонтировать поверхность искусственного камня даже при значительных царапинах.

Технология производства искусственного камня Solid Surface в качестве наполнителя использует специально подготовленные составы компании RJ Marshall. Цвета этих наполнителей определяются по каталогу.

SOLID SURFACE КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

САНТЕХНИКА ИЗ ЛИТЬЕВОГО МРАМОРА

Технология производства керамической сантехники значительно усовершенствовалась за последние несколько лет, однако до сих пор рынок насыщен однотипными товарами, повторяющимися не только цветовой гаммой, но и, самое главное, формой и габаритам. Современные интерьеры все более и более демократичны, благосостояние покупателей растет, а сантехника, как была так и остается белой и одинаковой. Это, зачастую, не позволяет реализовать задуманные цветовые решения кухни, ванной комнаты и туалета. Тоже самое касается моделей предлагаемой сантехники. Стандартные унылые ванны, раковины и унитазы, биде, душевые поддоны до того сужают возможности выбора даже отделочных материалов, что весь, даже особенный интерьер уборной или ванной комнаты превращается в простой туалет или ванну. Для решения этой проблемы была сделана попытка уйти от фаянса к натуральному камню и пластику. Первый путь оказался чрезвычайно дорогим и не покрывающим потребности рынка сантехники, а второй слишком неоднозначным для российских покупателей. Но и тот и другой могли быть применимы только в одном из направлений: натуральный камень - это столешницы и раковины, а пластик - ванны. Компромиссом в этом споре выступила сантехника из литьевого мрамора, сочетающая в себе свойства натурального мрамора и свободу воплощения дизайнерских идей в любой форме и цвете. Сантехника из литьевого мрамора представляет собой композитный материал, изготавливаемый из натуральной мраморной крошки, различных цветовых оттенков или специального кварцевого песка, скрепленного специальным пластичным раствором, колерующимся в цвет натурального камня. По желанию заказчика цвет сантехники может быть подобран индивидуально. Поверхность сантехники из литьевого мрамора покрывается специальным декоративно-защитным составом, называемым гелькоут. Он придает поверхности сантехники прочность и блеск, еще более приближая ее к натуральному мрамору.

Сантехника из литьевого мрамора производится по технологии формовки. Это позволяет реализовывать любые идеи, начиная от объединения раковины и столешницы до создания монолитных ванн любой формы и всего спектра мебели, выполненной в одном, уникальном стиле. Возможности технологии литьевого мрамора практически не ограничены. В набор может включаться не только мебель для ванной комнаты, но и рамы для зеркал и аксессуары, выполнение которых из натурального камня или фаянса просто невозможно. Одним из немаловажных достоинств сантехники из литьевого мрамора является ее низкая теплопроводность, что позволяет воде длительное время не остывать, а прикасание к такой поверхности не вызывает дискомфорта даже в холодные периоды, что играет немаловажную роль для купания детей. В целях придания эксклюзивности сантехнике из литьевого мрамора применяется ручная художественная роспись и в соответствии с дизайн-проектом Вашей ванной комнаты, кухни или уборной. Благодаря легкости обработки столешницы и любые крупногабаритные сантехнические элементы могут быть подогнаны под необходимые Вам размеры непосредственно на месте установки, что существенно облегчает монтаж сантехники. Благодаря разнообразию моделей и цветов сантехника из литьевого мрамора может быть установлена в любую, даже в самую неудобную на первый взгляд нишу.

САНТЕХНИКА ДЛЯ ГОСТИНИЦ

Из-за своей невысокой цены, а также возможности встраиваться в любые интерьеры сантехника из литьевого мрамора является идеальным вариантом для комплектации ванных комнат и туалетов гостиниц и отелей. Благодаря возможности ремонта, а также долговечности сантехника из литьевого мрамора лидирует в данном сегменте рынка. Срок службы такой сантехники составляет 45 лет, что значительно превышает срок службы фаянсовой сантехники, учитывая качество российской воды и соединительной фурнитуры, поставляемой на наш рынок. Широкие возможности комбинирования различных стилей сантехники позволяют осуществлять заказ сантехники в совершенно разных стилях только у одного производителя, что существенно минимизирует временные и финансовые затраты. Ванны элитного класса по усмотрению заказчика могут комплектоваться системой гидромассажа, аэромассажа, кранами и сливами любых производителей. Биде, унитазы, раковины, душевые поддоны, полочки, и даже рамы зеркал могут быть выполнены в одном стиле с использованием одного материала - литьевого мрамора.

Сантехника из литьевого мрамора благодаря своим свойствам натурального камня является одним из самых гигиеничных решений для ванной комнаты и туалета. Глянцевая и водоотталкивающая поверхность такой сантехники позволяет свести к минимуму уход за ней. Обработка осуществляется с применением мягкой губки и мыльного раствора. Композитная синтетическая структура нейтральна для человеческой кожи и совершенно не впитывает влагу, что сводит к минимуму риск развития бактерий и отложений водного камня на поверхности сантехники. Унитазы и душевые поддоны иногда дополнительно обрабатываются гелькоутом с внутренних поверхностей.

МОЙКИ ДЛЯ КУХНИ ИЗ ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ

Сегодня мойки для кухни из искусственного камня пользуются стабильно высоким спросом. Появившись на нашем рынке сравнительно недавно, они практически моментально завоевали популярность. Это один из самых распространенных вариантов для кухни, и все благодаря преимуществам, которыми обладает искусственный камень.

Кухонные мойки из этого материала отличаются долговечностью, износостойкостью, а также такой важной характеристикой, как высокая усталостная прочность. Последний показатель означает, что искусственный материал не разрушается с течением времени, даже в условиях увеличения рабочей нагрузки.

К числу преимуществ кухонных моек из композитного материала (это другое название искусственного камня) относят также практичность, экологическую безопасность и сравнительно невысокую стоимость (относительно природного гранита или мрамора).

Все эти превосходные эксплуатационные характеристики достигаются благодаря нескольким факторам. Важную роль здесь играет и технология производства, о которой мы поговорим подробнее.

Искусственный камень - материал относительно новый. Он был разработан в США в 1966 году, и зарегистрирован под названием "кориан" (Corian). Сегодня технология его производства уже не секрет, она распространена по всему миру, и это позволяет создавать из искусственного камня самый широкий ассортимент изделий - столешницы, кухонные мойки, элементы мебели, напольную/настенную плитку и многое другое.

Итак, что представляет собой кухонная мойка из искусственного камня с технологической точки зрения? Это раковина, изготовленная из особого состава, в который входит минеральный наполнитель (например, мраморный или гранитный порошок), смешанный с красящими пигментами и полиэфирными смолами. Такая технология позволяет получать практически неограниченное разнообразие цвета и узора, немногим уступающее натуральному камню. Что особенно важно, фактура природного материала передается не только на поверхность, но и на всю глубину. Поэтому внешне отличить кухонную мойку из искусственного камня от аналога из натурального сырья практически невозможно.

Кроме того, искусственный камень позволяет экспериментировать не только с цветом и текстурой, но и с формой. Исходная смесь отличается высокой пластичностью, с ней достаточно легко работать. Как правило, сырье заливают в заранее приготовленные полимерные формы. Кстати, этап их подготовки - это ключевой момент, поскольку от него во многом зависит качество конечного продукта. Формы очень тщательно чистятся, с них удаляют пыль, регулярно полируют. Затем наносят разделительный воск.

Полимерные формы бывают разных видов: прямоугольные, квадратные, круглые. Они называются матрицами. Поскольку смесь заливают в них, поверхность таких форм покрывается специальным прозрачным или цветным гелем - это позволяет легко вынимать готовое изделие, и кроме того, образует защитную пленку, придающую раковине привлекательный внешний вид. Благодаря этому, можно получить такой широкий ассортимент кухонных моек, которые прекрасно вписываются в любой интерьер.

Современные технологии позволяют создать имитацию практически любого материала: мрамора, гранита, оникса. Как правило, для кухни в классическом стиле выбирают мойку из искусственного мрамора. Такие изделия смотрятся по-настоящему роскошно. Для производства используется специальный минеральный наполнитель - мраморная крошка. Он может быть разных фракций - как более крупный, так и более мелкий, выбор зависит от целого ряда факторов. Также в состав смеси входит кварцевый песок, доломит, полиэфирные смолы. Заливка раствора в формы осуществляется на вибростоле, а расформовка готового изделия производиться с помощью сжатого воздуха.

Второй по популярности материал - искусственный гранит. Он также выглядит очень респектабельно, кроме того, он обладает прекрасными эксплуатационными характеристиками. Мойки для кухни из искусственного гранита производятся на основе специального состава. В него обязательно входит натуральная гранитная крошка. Как правило, ее удельный вес в исходном сырье составляет около 65-80% (в зависимости от технологии), остальное - полимерные смолы и пигменты. Для изготовления искусственного гранита используется специальный вакуумный миксер. В нем смешиваются минеральный наполнитель (то есть крошка) и смолы.

Технологический процесс достаточно прост. Сначала смесь перемешивается обычным способом, затем в нее вводят химический катализатор, который ускоряет процесс. После этого смесь перемешивают еще раз, теперь уже под вакуумом (как правило, эта процедура повторяется 2-3 раза в течение короткого промежутка времени - 10-15 минут). А уже после этого раствор можно заливать в форму. Дальнейшее зависит от того, какое изделие будет производиться из этого материала. Самый простой вариант - это изготовление ровных поверхностей, например, подоконников или столешниц. А вот производство кухонной мойки - уже немного сложнее, оно осуществляется на специальном вибростоле. Собственно, на нем и происходит заливка формы. Вакуумное перемешивание производится в таких случаях очень осторожно - миксер ни в коем случае нельзя встряхивать, чтобы в растворе не появились воздушные пузыри. Заливка формы будущей мойки на вибростоле дает возможность получить плотный и прочный материал, без внутренних дефектов и пузырьков. После того, как изделие вынимают из матрицы, осуществляют выравнивание поверхности. Это очень ответственный процесс, требующий аккуратности, чаще всего это делается при помощи специальной кисти. Далее мойка для кухни из камня должна окончательно затвердеть, после чего возможна шлифовка на специальной полировальной машине.

Многие фирмы сегодня предлагают кухонные мойки и из других разновидностей искусственного камня. Очень красиво смотрятся изделия из имитации оникса. Они обладают неплохими эксплуатационными характеристиками, хотя и не настолько практичны, как гранитные. Зато здесь намного шире цветовая палитра, кроме того, есть возможность выбора рисунка. Для производства кухонных моек из искусственного оникса используется смесь, в состав которой входит минеральный наполнитель (гидроскид алюминия) - обычно это 65-67%, специальная цветная паста - 2-5% общего объема (строгих пропорций здесь нет), катализатор и полимерная смола. Процесс смешивания и заливки происходит аналогично описанной выше технологии, однако здесь применяется еще и защитная пленка, которая оберегает поверхность мойки от воздействия солей, содержащихся в воде, бытовой химии, а также от механического воздействия.

Технология производства искусственного камня Solid Surface в качестве наполнителя использует специально подготовленные составы компании RJ Marshall. Цвета этих наполнителей определяются по каталогу.