Выбор метода формования

 

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.