Производство премиксов

Содержание

С.

Введение 3

1 Общие сведения  о стеклопластиках 5

1.1 Классификация  стеклопластиков 5

1.2 Свойства  стеклопластиков 6

2 Премиксы 10

2.1 Общая характеристика 10

2.2  Связующее  для производства премиксов 11

2.3 Волокнистый  наполнитель 20

2.3 Дополнительные  компоненты композиции 24

3 Способы  переработки и изделия из премиксов 29

3.1 Способы  переработки 29

3.2 Продукция 30

Список используемых источников 32

 

 

 

Введение

Стеклопластики представляют собой композиционные конструкционные материалы, сочетающие высокую прочность с относительно небольшой плотностью.

Основными компонентами стеклопластиков  являются стекловолокнистые армирующие материалы и синтетические связующие. Тонкие высокопрочные стеклянные волокна  обеспечивают прочность и жесткость  стеклопластика. Связующее придает  материалу монолитность, способствует эффективному использованию механических свойств стеклянного волокна, защищает волокно от химических, атмосферных  и других внешних воздействий, а  также само воспринимает часть усилий, развивающихся в материале при работе под нагрузкой.

Использование различных  сочетаний полимеров и армирующих материалов позволяет в широком  диапазоне регулировать свойства композиций и открывает стеклопластикам  путь по существу во все области  современного производства.

В электротехнической промышленности стеклопластики применяются в качестве электроизоляционных и конструкционных  материалов при изготовлении электрических  машин, высоковольтных выключателей, траверс, панелей, деталей и корпусов приборов и так далее.

Широкое применение во всем мире нашли стеклопластики в авиационной  промышленности и ракетно-космической  технике, где используются их высокая  удельная прочность и стойкость  к кратковременному действию высоких  температур, стойкость к вибрационным нагрузкам и так далее.

Коррозионная стойкость, антимагнитные свойства и технологичность  изделий предопределили возрастающее использование стеклопластиков  в судостроении – при производстве прогулочных лодок и катеров, а также речных и морских судов  со значительным водоизмещением.

Перспективно применение стеклопластиков в различных  отраслях машиностроения, из которых  следует особо отметить автомобильную  промышленность, вагоностроение и станкостроение для изготовления кузовов и деталей автомашин, крыш и сидений автобусов, кожухов, контейнеров, цистерн и т.д.

Стеклопластики также применяются для производства товаров народного потребления и спортивного инвентаря [1].

 

1 Общие сведения о стеклопластиках

1.1 Классификация стеклопластиков

Стеклопластики - пластики на основе полимерного связующего и  стеклянного наполнителя. Наиболее широко в качестве стеклонаполнителя  в производстве стеклопластиков  применяются стеклянные волокна  в различной форме: моноволокна, нити, жгуты, ткани, ленты, холсты (маты).

По типу связующего различают:

- термореактивные стеклопластики, где в качестве связующих применяются в основном полиэфирные, эпоксидные, феноло-формальдегидные, кремнийорганические и фурановые смолы, полиимиды;

- термопластичные стеклопластики, в производстве которых в качестве связующего  используют алифатические полиамиды, поликарбонаты, полимеры и сополимеры стирола, полипропилен, полибутилен, полиацетали, полисульфоны, полиформальдегид и др.

По типу наполнителя различают:

- стекловолокниты -  пресскомпозиции на основе коротких предварительно пропитанных связующим стекловолокон (моноволокна, нити, жгуты, ленты);

- стеклотекстолиты – содержат в качестве наполнителя стеклоткань;

- пластики с полым наполнителем - наполнитель в виде микросфер.

По расположению волокон  термореактивные пластики делятся  на:

- стеклопластики с ориентированным расположением непрерывных волокон (СВАМ, стеклотекстолит), эти материалы подразделяются на однонаправленные (все волокна расположены взаимно параллельно) и перекрестные (волокна расположены под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию);

-стеклопластики с неориентированным положением волокон (стекловолокниты, премиксы) [11].

 

1.2 Свойства стеклопластиков [9]

1.2.1 Механические свойства

Стеклопластики в зависимости  от структуры и расположения армирующих материалов в большинстве случаев  анизотропны, т. е. их механические свойства изменяются в зависимости от направления  действия нагрузки.

Прочность при растяжении ориентированных стеклопластиков определяется прежде всего количеством и прочностью армирующего материала, адгезионной и когезионной прочностью связующего, его модулем упругости и относительным удлинением. Абсолютные значения разрушающего напряжения однонаправленных стеклопластиков на основе алюмоборосиликатного волокна достигают 0,16-0,18 Па, а на основе волокна из стекла могут составлять 0,2-0,22Па. Содержание стекла в неориентированных стеклопластиках обычно не более 50 масс.%, причем повышение прочности с ростом количества волокон не так заметно.

Когезионная прочность связующего, его модули упругости и высокоэластичности, а также относительное удлинение оказывают решающее влияние на монолитность системы «связующее – стеклянные волокна». Для обеспечения монолитности стеклопластика, армированного алюмоборосиликатными волокнами, необходимо, чтобы связующее имело прочность при растяжении 0,12-0,15 Па, модуль упругости 0,45-0,5 Па и относительное удлинение 4-5%.

Прочность при  сжатии в меньшей степени, чем при растяжении, зависит от прочности и количества стеклянных волокон, в то время как увеличение диаметра и модуля упругости волокон приводит к значительному увеличению разрушающего напряжения стеклопластика при сжатии. Очень велико влияние адгезионной прочности связующего, значение которой для обеспечения монолитности стеклопластика должно составлять 0,08-0,1 Па.

Прочность при  изгибе стеклопластиков зависит как от факторов, влияющих на прочность при сжатии, так и от факторов, определяющих прочность при растяжении. Для неориентированных стеклопластиков значение разрушающего напряжения является средним между значениями, характеризующими прочность материала при растяжении и сжатии. Ориентированные стеклопластики имеют прочность при изгибе, близкую к прочности при растяжении, при условии, что разрушение происходит от нормальных, а не касательных напряжений, так как ориентированные стеклопластики слабо сопротивляются сдвигу.

Усталостная прочность стеклопластиков  ниже, чем у металлов, что объясняется  гетерогенностью их структуры. Долговечность  при циклическом нагружении снижается  при повышении температуры и  влажности окружающей среды, а также  при наличии концентраторов напряжений.

Модуль упругости ориентированных стеклопластиков в направлении армирования не зависит от диаметра волокна и определяется в первую очередь содержанием стеклянного волокна, ориентированного в направлении деформирования.

1.2.2 Оптические свойства

Стеклопластики способны пропускать до 90% лучей видимой части  солнечного спектра при условии  максимальной близости показателей  преломления связующего и стеклянного  волокна, а также прозрачности этих компонентов. Наибольшее распространение получили светопропускающие стеклопластики на основе полиэфирных смол и алюмоборосиликатного стеклянного волокна. Коэффициент светопоглощения алюмоборосиликатного стекла равен 0,012 мм^-1.

1.2.3 Атмосферостойкость

Атмосферостойкость стеклопластиков  определяется их способностью выдерживать действие различных атмосферных факторов (солнечная радиация, кислород воздуха, тепло, влага, промышленные газы и т. д.) в течение определенного времени без значительного изменения внешнего вида и физико-механических свойств.

Опыт показывает, что механические свойства полиэфирных стеклопластиков  толщиной более 3 мм после 5 лет экспонирования в различных климатических зонах изменяются незначительно (на 5-7%), однако их поверхность после экспозиции более года теряет товарный вид. Происходит растрескивание и шелушение связующего наружного слоя, стеклянное волокно выступает на поверхность. Для предотвращения старения наружного слоя изделий из полиэфирных стеклопластиков в связующее этого слоя вводят ультрафиолетовые поглотители. Наружную поверхность фенольных и эпоксидных стеклопластиков защищают тонким слоем эпоксидной смолы (50-75 мкм), окрашенной в черный цвет.

1.2.4 Химическая стойкость

Химическая стойкость  стеклопластиков определяется следующими факторами, приведенными в порядке  их значимости:

- химическая стойкость связующего;

- степень приближения структуры стеклопластика к оптимальной;

- отсутствие пористости;

- химическая стойкость армирующего материала.

Химически стойким в данной среде при данной температуре  можно считать такое связующее, прочность которого при изгибе снижается  не более чем на 20% после месячной выдержки в среде. Относительное удлинение связующего должно быть больше, чем для стеклянного волокна, иначе под действием силовых факторов в процессе изготовления, монтажа и эксплуатации связующее растрескивается, и изделие быстро выходит из строя в результате коррозии стеклопластика.

Высокую химическую стойкость  в сочетании с достаточными механическими  показателями обеспечивает многослойная структура стеклопластика, состоящая  из защитного слоя, содержащего 90-95 вес.% связующего, второго химически стойкого слоя с содержанием связующего 70-75%, конструкционного слоя и наружного слоя, аналогичного первому. Полиэфирные связующие в защитных слоях армируют штапельными стеклянными матами с массой 1 м², равной 40-60 г, эпоксидные связующие могут быть не армированы.

Химическая стойкость  изделий из стеклопластиков в  значительной степени зависит от их плотности и наличия трещин и пор. Экспресс-методом определения  плотности стеклопластика может  служить кипячение образцов, вырезанных из изделия, в течение 72 ч. Если после  испытания прочность снизилась более чем на 20% и образец побелел (что свидетельствует об отделении волокна от связующего), то химическая стойкость изделия не может быть гарантирована.

Экспозиция полиэфирных  стеклопластиков в пресной и морской воде в течение 5 лет вызывает снижение разрушающего напряжения при растяжении на 10-13%, при сжатии – на  12-15%, при изгибе – на  15-17%, модуля упругости – на  6-10%. Механические свойства стеклопластиков после выдержки их в воде до года и последующего высушивания практически полностью восстанавливаются. Воздействие дизельного топлива и индустриального масла при 20°С за 5 лет приводит к снижению прочности полиэфирных стеклопластиков на 9-11%.

 

2 Премиксы

2.1 Общая характеристика

 

Полиэфирный прессматериал (премикс) - это стеклопластик, реактопласт, который представляет собой тестообразную массу, изготовленную на основе ненасыщенных полиэфирных смол, модифицированных эпоксидными смолами, рубленного стекловолокна и различных добавок [7].

В состав композиции входят связующее, загуститель, наполнитель, инициатор, краситель и смазка. Содержание в премиксах смолы составляет 20-50 % (от общей массы),  наполнителя 50-80% (в т.ч. волокнистого наполнителя 5-30%), смазывающих веществе 1,5-3%, красителя 2-4% (в двух последних случаях -  от массы связующего).

Производство премиксов  может быть как периодическим, так  и непрерывным. Все компоненты интенсивно перемешивают в лопастных или шнековых смесителях. Суть технологического процесса и последовательность операций периодического производства:

- в смеситель загружают полиэфир, инициатор и пигмент в виде пасты и перемешивают;

- вводят смазку и дополнительно перемешивают;

- загружают порошковый наполнитель и снова перемешивают;

- загружают рубленое стекловолокно (или другой волокнистый наполнитель) и подвергают массу окончательному смешению в течение 15-20 минут.

Товарный продукт выпускают  в виде пасты (тестообразной массы) или таблетируют (гранулируют). Композиция может храниться в темном помещении  при температуре не выше 20^оС в течение 3-6 месяцев [6].

Премиксы отличаютcя от пресспорошков тем, что их приготовление заканчивается после смешения всех компонентов. Так же премиксы превосходят препреги (препрег - реактопласты, представляющие собой волокнистые наполнители, пропитанные термореактивной смолой) того же состава по текучести (что важно при изготовлении изделий сложной конфигурации), но уступают им по прочностным показателям.

Эксплуатационные характеристики изделий из премиксов изменяются в широких пределах в зависимости  от природы и соотношения отдельных  компонентов.

 

Таблица 2 - Свойства премикса на основе полиэфирного связующего и рубленного стекловолокна [11]

Характеристика	Показатель
Плотность,  кг/м3	1700-1800
Ударная вязкость, кДж/м2	15-30
Прочность, Мн/м2 (кгс/см2)      при растяжении      при статическом  изгибе	20-40 (200-400) 70-100 (700-1000)
Теплостойкость по Мартенсу, ◦С	120-180
Диэлектрическая проницаемость  при 1 Мгц	4,2-6,2
Уд. объемное электрическое  сопротивление, ом∙см	1013 - 1014
Тангенс угла диэлектрических  потерь при 1 Мгц	0,02-0,03