Формование - это этап технологического процесса, при котором происходит отверждение связующего. В этот период создается конечная структура материала, формируются его свойства, и фиксируется форма изделия.
Отверждение связующего является результатом роста молекул и образования полимерной сетки под воздействием катализатора (отвердителя) и соответствующих внешних условий. При этом выделяют две характерные стадии отверждения:
- начальную - до формирования полимерной сетки;
- конечную - в процессе формирования полимерной сетки.
Эти две стадии отделены друг от друга так называемой фазой гелеобразования.
Фаза гелеобразования соответствует такому моменту, когда связующее утрачивает способность переходить в текучее состояние и растворяться, т.е. теряет свою жизнеспособность и технологические качества. Это одна из наиболее важных технологических характеристик процесса отверждения.
На определенном этапе отверждения вязкость связующего увеличивается до уровня, соответствующего вязкости твердого тела.
|
|
Все свойства его резко меняются:
- уменьшается удельный объем,
- увеличивается твердость,
- возрастает сопротивление деформации.
Жидкое связующее переходит в стеклообразное состояние. Температура, при которой происходит это явление, называется температурой стеклования. Стеклование не является фазовым переходом, т.к. матрица сохраняет аморфную структуру и с термодинамической точки зрения может рассматриваться как переохлажденная жидкость.
Характерным параметром связующего является также точка деструкции, при которой начинается заметное разложение матрицы, сопровождающееся разрывом молекулярных связей. Устойчивость к деструкции характеризуется термостойкостью, которую следует отличать от теплостойкости, отражающей способность полимера к размягчению.
Параметры формования.
Для того чтобы обеспечить нужные качества композиту, необходимо создать определенные условия для отверждения связующего и его сцепления с армирующим материалом.
Температурный режим обеспечивает необходимые условия для полимеризации связующего. Повышенное давление необходимо для плотной укладки слоев армирующего материала, удаления излишков связующего и для более прочного сцепления связующего с арматурой.
К основным технологическим параметрам относятся: давление, температура, скорость их изменения по времени и степень отверждения.
Конкретной комбинации связующего и арматуры будут соответствовать свои параметры. В процессе производства их величину необходимо строго выдерживать.
Классификация способов формования.
|
|
В настоящее время существует много различных способов формования изделий из ПКМ. Это объясняется разнообразием свойств исходных компонентов композитов, а также различными требованиями к прочности и другим параметрам изделий.
Рис.5. Классификация схем формования.
Для получения нашей детали мы выбрали пневмо-гидрокомпресснонные методы формования, а именно автоклавное формование.
Пневмо-гидрокомпрессионное формование объединяет группу методов, в которых рабочей средой, осуществляющей давление на поверхность препрега, является газ или жидкость. Другими характерными признаками являются наличие эластичной герметичной диафрагмы и создание вакуума под диафрагмой со стороны препрега.
Автоклавное формование - формуемое изделие помещают в специальное оборудование - автоклав, где создается избыточное давление.
Рис.6. Формирование в автоклаве:
1 – форма; 2 – препрег; 3 – эластичная мембрана; 4 – уплотнители;
5 – тележка; 6 – рельсы; 7 – корпус автоклава; 8 – крышка.
Автоклав (рис.6.) представляет собой герметичную емкость в виде прочного, цилиндрической формы корпуса 7 с открывающейся крышкой 8.
В автоклаве может создаваться избыточное давление до 15 атмосфер и температура до 300°С. Давление создается или с помощью насосов, или за счет испарения жидкого азота; температура - с помощью электрических нагревательных элементов или аэродинамическим нагревом специально спрофилированных мощных вентиляторов.
Автоклавы имеют числовые системы управления, позволяющие изменять и поддерживать давление и температуру в соответствии с заданным законом. Типовые автоклавы для авиационного производства имеют диаметр до 3 метров и длину 10-12 метров. Наибольший по размерам автоклав (производство Фирмы Scholz (ФРГ)) установлен на УАПК. Его диаметр около 6 метров, а длина рабочей камеры 21 метр.
Автоклав является универсальным оборудованием. Он позволяет осуществлять формование изделий различного конструктивного исполнения, в том числе больших размеров и сложной конфигурации. При этом давление на любой части поверхности изделия одинаково.
К недостаткам следует отнести большую стоимость автоклава и большие энергетические затраты в пересчете на одну деталь. Особенно в случае, если загрузка объема автоклава неполная. Кроме того, автоклав является взрывоопасным объектом. Мощность взрыва пропорциональна объему и давлению в емкости.
Тем не менее, автоклавное формование является наиболее распространенным в авиационной промышленности.