Производство премиксов

В зависимости от методов изготовления стеклопластиков рекомендуются связующие следующих составов (в масс. ч.):

 

Таблица 6 – Рецептуры  связующего на основе ПН-609-21М + ПМЭК + НК

Компоненты	При контактном формовании при 20 ◦С	При горячем формовании
Смола ПМ-609-21М	90	91-92
ПМЭК	6	3-4
НК-1 (0,60-0,76% Со2+)	-	5
НК-2 (1,67 % Со2+)	4	-

 

Применение и переработка. Бесстирольные полиэфирные связующие на основе смолы ПН-609-21М предназначены в основном для изготовления крупногабаритных стеклопластиковых изделий методом контактного формования при 20°С. Для отверждения наиболее целесообразно использовать инициирующие системы, также не содержащие стирола, в частности ускорители типа БНК-2 или ЛКТ-3.

Связующие на основе смолы  ПН-609-21М могут перерабатываться в изделия и другими методами, такими как горячее прессование, гидровакуумное формование и т.п.[8].

 

2.3 Волокнистый наполнитель

 

Стеклянные волокна являются основными материалами, применяемые  для армирования связующих в  стеклопластиках. В отдельных случаях, главным образом для армирования  поверхностных слоев стеклопластиков, применяют материалы из углеродных и органических волокон.

Стеклянным называют неорганическое волокно, изготовленное из расплавленного стекла [1].

Стекло является аморфным материалом, занимающим по своим физико-механическим свойствам промежуточное положение между твердым телом и жидкостью. С одной стороны, оно не обладает кристаллической структурой твердого тела, с другой – не обладает текучестью, проявляющейся в жидкостях. Химические стекла состоят в основном из кремнеземной ( ) основы.

Высокощелочные стекла (широко известные как натриевые или  бутылочные стекла) являются наиболее распространенными. Они используются в основном для производства емкостей и листового стекла.

Высокощелочные композиции (известково–натриевое стекло), известные  под маркой А-стекла, выгодны для  получения волокон, обладающих хемостойкостью.

Вместе с тем высокое  содержание щелочи в стекле определяет его невысокие электрические  свойства, в то время как хорошие  электроизоляционные свойства определили развитие стекол на основе низкощелочных  композиций (алюмоборосиликаты), получивших наименование Е-стекол. В настоящее  время из Е-стекол изготовляется  большая часть текстильного ассортимента стекловолокон.

Когда требуется особо  высокая хемостойкость, может быть использовано волокно из С-стекла (натрийборосиликатная композиция). Для создания волокон  с высокими прочностными характеристиками (для материалов несущих конструкций  в самолето- и ракетостроении) используют S-стекла (магнезиальноалюмосиликатные). Кроме того, S-стекла имеют более высокую теплостойкость, нежели Е-стекла.

Кварцевые стекла, состоящие более чем на 99% из SiO₂, используют в производстве жаростойких волокон, свойства которых, в том числе диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь, мало меняются до 700 °С.

 

Таблица 7 – Типичный состав основных волокнообразующих стекол, масс.% [10].

Компоненты	Марка стекла
	А Высокоще-лочное	С Химически стойкое	Е Электроизо-ляционное	S Высоко-прочное	Кварцевое
SiO2	70,5	64,0	53,0	64,2	99,95
Al2O3	3,1	5,5	15,0	24,8	-
Fe2O3	0,2	1,0	0,1	0,21	-
CaO	8,7	12,0	27,0	0,01	-
MgO	3,1	2,0	4,0	10,27	-
Na2O	12,0	9,5	0,3	0,27	-
B2O3	-	2,0	10,0	0,01	-
BaO	-	2,0	-	0,2	-
Прочие	2,4	2,0	0,6	0,03	0,05

 

По способу формования различают непрерывное и штапельные стеклянные волокна. Непрерывное стеклянное волокно получают путем утонения струйки расплавленной стекломассы механическим вытягиваем.

Штапельное стеклянное волокно, используемое при производстве стеклопластиков  в виде тонкого стеклянного мата, получается из расплавленных и вытекающих из фильер струй диаметром 2-3 мм, которые  затем раздуваются паром или  воздухом на короткие волокна диаметром 20 мкм. Волокна попадают в камеру осаждения, где на них с помощью форсунок наносится полимерная связка, и оседают на ленте приемно-формующего конвейера, на котором производится сушка волокна и уплотнение его в мат.

Схема переработки стеклянного  волокна в товарную продукцию, предназначенную  для использования в виде полуфабрикатов при изготовлении стеклопластиков, приведена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Схема переработки  стеклянного волокна [1]

 

Для получения непрерывного стеклянного волокна, стекла синтезируют в различных стеклообразных системах используя:

- бесщелочные, алюмоборосиликатные стекла, содержащие до 0,5— 2,0 % по массе R₂О — тип Е (электроизоляционного назначения);

- бесщелочные или малощелочные натриевокальциевоалюмоборосиликатные стекла (до 10 % по массе R₂О) – тип  С (химически устойчивые);

- щелочные – натриево-кальциево-силикатные стекла, содержащие более 10% по массе R₂O – тип  А (теплозвукоизоляция);

- бесщелочные магнийалюмосиликатные и другого состава стекла (высокопрочные и высокомодульные);

- бесщелочные из оксидов тугоплавких металлов или их соединений стекла (кварцевые, высококремнеземные, алюмокремнеземные, алюмосиликатные и другие высокотемпературостойкие).

В процессе вытягивания стеклянное волокно покрывают замасливателем для защиты волокон от разрушения при их трении друг о друга и  о детали перерабатающего оборудования, а также для склеивания их в  нить [9].

 

Таблица 8 – Виды замасливателей [2]

Вид замасливателя	Обозна-чение	Назначение ровинга с  замасливателем
На основе винилсилана  и эпоксисилана	5	Для полиэфирных связующих (премиксы, препреги)
На основе винилсилана	9	То же
На основе эмульсии полиэфирной  смолы с винилсиланом	28	Для полиэфирных связующих (светопрозрачные стеклопластики)
Дисперсия на основе ДЦУ(закрепитель, представляющий собой продукт взаимодействия дициандиамида с формалином в среде уксусной кислоты), полиэтиленгликоля и винилсилана	30	То же
На основе аминосилана	019	Для термопластов (полиэтилен, полиамид, полипропилен)
На основе аминосилана  и парафиновой эмульсии	019С	Для термопластов (полиэтилен,полиамид, полипропилен)
На основе полиэтиленгликоля  и аминосилана (без пластификатора)	6	Для полиэтилена и полипропилена
На основе полиэтиленгликоля  и винилсилана	4П	Для полиэфирных связующих
Водная эмульсия, содержащая полидиметил- полиметилвинилциклосилоксан	41	То же
На основе полиэтилен гликоля  и аминосилана	4Э	Для эпоксидных, эпоксифенольных, фенолоформальдегидных связующих
Дисперсия на основе ДЦУ, политерпенов и аминосилана	76	То же
Дисперсия на основе ДЦУ, политерпенов и винилсилана	76Г	То же
На основе аминосилана и эмульсола Т	14	То же
Водная эмульсия на основе парафина, вазелина и трансформаторного  масла	Парафиновая эмульсия	Для изготовления стекловолокнистых  материалов тканых и нетканы
Водная эмульсия политерпенов	ПТ	То же

 

Для производства премиксов  используют ровинг (жгут), который представляет собой некрученую прядь, состоящую из равномерно натянутых комплексных нитей, намотанную крестовой намоткой в бухты массой до 10кг, высотой 268 м, с внутренним диаметром 60 мм и наибольшим наружным диаметром 200 мм. В зависимости от назначения ровинг, используемый для армирования стеклопластиков, вырабатывается двух основных видов:

- рассыпающийся, предназначенный  для рубки на короткие отрезки  нитей (поставляется в бухтах  без гильз);

- намоточный, предназначенный  для изготовления стеклопластиковых  изделий методами намотки и  протяжки, а также для наполнения  термопластов (поставляется в бухтах  на картонных гильзах) [9].

В производстве премиксов  используют ровинга марки ЕС13 2640 Р-9. Это означает, что используется алюмоборосиликатное стекло массовой долей щелочи не более 1 % с номинальным диаметром элементарной нити 13мкм, номинальной линейной плотностью 2640 текс (это означает, что 2640 кг весит 1 км нити), предназначенное для рубки и в качестве замасливатель на основе винилсилана [2]

 

2.3 Дополнительные компоненты композиции

2.3.1 Наполнитель

 

Чтобы уменьшить усадку и  исключить возможность сепарации  компонентов при формовании (связанную  с низкой вязкостью связующего), в состав премикса вводят порошкообразный  наполнитель с размером частиц 0,5-50 мк: мел, каолин, тальк, иногда древесную  муку.

Мел и каолин повышают вязкость композиции и снижают усадку. Тальк повышает текучесть и как следствие, лучшее заполнение формы для прессования

2.3.2 Красящие вещества

 

Красящие вещества подразделяют на красители и пигменты. Для окрашивания  стеклопластиков используют в основном пигменты органического и минерального происхождения.

Пигменты, вводимые в синтетические  термореактивные связующие, должны удовлетворять следующим требованиям:

- быть чистыми, яркими, обладать высокой красящей способностью;

- быть стойкими к действию света и атмосферных воздействий, не изменять оттенка под влиянием высоких и низких температур;

- не реагировать с другими компонентами связующего;

- не влиять заметно на скорость отверждения связующего и показатели механических свойств стеклопластика;

- легко распределяться в смоле и не мигрировать на поверхность стеклопластиков.

При выборе пигментов для  окрашивания стеклопластиков надо иметь в виду

следующие соображения:

- неорганические пигменты, как правило, более светопрочны и теплостойки, чем органические;

- из органических пигментов  наибольшими светопрочностью и теплостойкостью обладают пигменты фталоцианинового ряда, дающие цветовую гамму от желто-зеленого до голубого. Окраски, полученные с помощью этих пигментов, выдерживают нагревание до 250-300 °С;

- для получения прочных окрасок фиолетового, розового, красного и оранжевого цветов следует использовать пигменты хинакридонового и антрахинонового рядов;

- из неорганических пигментов относительно широкое применение при окрашивании стеклопластиков, особенно полиэфирных, находят кадмиевые пигменты желтых, оранжевых и красных тонов. В качестве белого пигмента применяют двуоксид титана.

Непосредственное введение порошкообразных пигментов в смолу не позволяет добиться равномерного распределения частиц пигмента, поэтому сначала готовят маточную смесь: пигмент и смолу в соотношении 1:5 тщательно перемешивают в шаровой мельнице или краскотерке. Минеральные пигменты предварительно просушивают при 100-110°С в течение 1-2 ч для удаления влаги. В последние годы промышленность выпускает некоторые пигменты в виде паст в дибутилфталате или диоктилфталате. Пасты можно непосредственно вводить в смолу, тщательно перемешав ее затем в лопастной мешалке [9].

При производстве премиксов  наибольшее применение получили бирюзовый  или алый лак, оксиды титана и хрома [6].

 

2.3.3 Инициирующие системы

Отверждение ненасыщенных полиэфирных  связующих протекает по радикальному механизму полимеризации. В качестве инициаторов отверждения используются в основном органические пероксиды. Для отверждения полиэфирных связующих и стеклопластиков на их основе при комнатной температуре (холодное отверждение) используют системы, состоящие из органической пероксидов или гидропероксидов и ускорителя, например гидроперекись кумола в сочетании с нафтенатом кобальта.

Для быстрого отверждения  стеклопластиков (в частности, при  проведении ремонтных работ) применяют  четырехкомпонентные системы, состоящие, например, из гидроперекиси кумола, нафтената кобальта, перекиси бензоила и диметиланилина.

Получили распространение  системы на основе пероксида метилэтилкетона (ПМЭК) в сочетании с ускорителем НК, представляющим собой стирольный раствор нафтената кобальта, или с бесстирольными ускорителями. В связи с расширением использования в производстве стеклопластиков малотоксичных бесстирольных полиэфирных связующих наиболее целесообразным является также применение бесстирольных ускорителей БНК-2 и ЛКТ-3, представляющих собой соответственно раствор нафтената кобальта в триметакрилате триэтаноламина и линолеата кобальта в диметакрилате триэтиленгликоля.