Для уменьшения тепловых эффектов,
сопровождающих полимеризацию или
отверждение мономерных или олигомерных
композиций, а также для значительного
снижения стоимости и полимероёмкости
изделий применяют наполнение
композиций до 80 – 90% по объёму.
Высоконаполненные материалы после
отверждения обладают хорошими конструкционными
свойствами. Их прочность при сжатии, например,
близка к прочности гранита. Такие материалы
называют полиэфирбетонами. Для их получения
применяют эпоксидные, полиэфирные, фурановые
смолы, а также минеральные (гранит, кварц,
керамика) и другие (графит, углеродное
волокно) наполнители. Применяют полимербетоны
для изготовления корозионно-стойкого
технологического оборудования и строительных
конструкций; деталей станков, машин и
приборов; декоративных покрытий, полов,
покрытий мостов и для других ответственных
сооружений.
2.2.2.Технология
переработки, оборудование и оснастка.
Стадия заливки композиций в форму требует
точного выполнения всех заданных временных
и температурных параметров, так как даже
2-3 - минутная задержка при заливке или
небольшой перегрев реакционной массы
могут привести к частичной или полной
потере текучести.
При смешении мономеров или
олигомеров с большим количеством
наполнителей для улучшения равномерности
распределения небольших добавок катализаторов
и инициаторов по всему объёму смеси применяют
последовательные 2 – 3-стадийные режимы
смешения. На первой стадии смешивают
мономерное или олигомерное связующее
с наиболее мелкой фракцией наполнителя,
катализаторами и активаторами отверждения.
На второй, а в случае необходимости и
на третьей стадии, вводят остальной наполнитель
пофракционно. Время смешения ненаполненных
заливочных композиций обычно не превышает
1 – 2 мин, а наполненных и высоконаполненных
композиций – 2 – 5 мин.
Повышению вязкости исходной
композиции способствует снижение
температуры заливочной массы. Для снижения
вязкости повышают температуру, вводят
добавки низковязких сомономеров (например,
стирола в акрилатные и полиэфирные композиции),
разбавителей и пластификаторов (в эпоксидные
компаунды). Снижение вязкости особенно
важно для смол, являющихся основой (связующим)
для высоконаполненных композиций.
Полимеризация (отверждение) начинается
сразу же после смешения мономера
(смолы) с инициатором, катализатором или
отвердителем и приводит к повышению вязкости
композиции. Возрастание вязкости идёт
две стадии: вначале медленно, а затем
ускоренно.
Форполимеры и связующие получают
в реакторах-смесителях с обогревом
(охлаждением), мешалкой и возможностью
вакуумирования реакционной смеси. Для
приготовления смесей сыпучих ингредиентов
применяют вибросмесители, лопастные
мешалки. Для получения смесей жидких
и сыпучих ингредиентов применяют смесители
типа бетономешалок или тестосмесителей,
а также установки непрерывного действия,
представляющие собой одношнековые смесители
в сочетании с ёмкостями и бункерами для
хранения и подогрева ингредиентов (3 –
4 жидких и 5 – 6 сыпучих компонентов), оснащенные
автоматической системой управления.
Формы для заливки компаундов
и высоконаполненных композиций
изготавливают из жёстких (сталь, алюминий,
дерево т.п.) или гибких (пластмассы, стеклопластики,
силиконовые полимеры, резина и т.п) материалов.
Жёсткие формы являются разборными, а
гибкие позволяют вынимать изделия не
разбирая формы. Гибкие (эластичные) формы
применяют для тиражирования по моделям
небольших по размеру предметов искусства.
Для предотвращения прилипания изделий
к формам на их внутреннюю поверхность
наносят смазки (составы на основе воска,
парафина, вазелина и т.п.). Для придания
блеска декоративным изделиям внутреннюю
поверхность форм полируют. Жёсткие формы
применяют для изготовления массивных
крупногабаритных изделий, гибкие – для
мелких изделий. Формы для литья должны
быть герметичными, чтобы не происходило
вытекания низковязких мономеров при
заливке.
Формовая оснастка играет важную
роль в процессах литья без
давления. Это обусловлено тем,
что полимеризация реакционно-способных
мономеров и смол сопровождается
их значительной усадкой. Объёмная
усадка ε-капролактама при полимеризации
составляет 19 – 20%, эпоксидных, полиэфирных
и фурановых смол - 5 – 10%. Усадка наполненных
композиций уменьшается пропорционально
объёмной доле наполнителя. В процессе
литья без давления изделий простой конфигурации
без внутренних полостей усадку необходимо
учитывать при расчёте размеров форм.
Если же изделие имеет внутренние полости,
то усадка материала может приводить к
раздавливанию внутренних сердечников
или растрескиванию изделий. Чтобы обеспечить
свободную усадку отверждающегося материала
в форме, внутренние сердечники должны
уменьшаться в размерах в процессе отверждения.
Это достигается за счёт усложнения их
конструкций путём применения клиновых
или винтовых зажимов, прокладок, а также
за счёт применения легко деформирующихся
или разрушающихся сердечников.
Отверждение изделий, получаемых
методом литья без давления, проводят
при комнатной температуре и
многоярусных полимеризационных
камерах. При повышенных температурах
отверждение изделий проводят
в печах периодического действия,
обогрев которых осуществляется горячим
воздухом, с помощью электронагревателей
или ИК-излучения. Весьма удобными в эксплуатации
оказались печи аэродинамического подогрева,
нагрев воздуха в которых осуществляется
за счёт вращения мощных вентиляторов
с очень низким аэродинамическим качеством
лопастей (переход механической работы
в тепло). Эти печи выгодно отличают практически
безынерционные нагрев и охлаждение, что
позволяет осуществлять заданные скорости
прогрева и охлаждения.
Основным параметром стадии охлаждения
является скорость снижения температуры,
которая обычно составляет 0,1 –
0,5ºС в 1 мин. Превышение скорости
охлаждения снижает прочностные
показатели получаемых изделий
за счёт возникновения больших
градиентов температур и высоких
температурных напряжений или за счёт
нарушения оптимального режима кристаллизации
полимера (в случае капролона).
Для контроля качества готовых
изделий, изготавливаемых методом
литья без давления, применяют
так называемые неразрушающие
методы: ультразвуковую дефектоскопию,
рентгеновскую или радиоинтраскопию и
т.д., а также визуальный осмотр. Для большинства
изделий проводится контроль геометрических
размеров (усадки). Изделия, предназначенные
для использования в виде ёмкостей, резервуаров,
требуют проверки на герметичность. Электроизоляционные
изделия подвергают испытаниям под электрической
нагрузкой.
Другим методом является контроль
физико-механических показателей
материала: прочности, модуля, плотности,
твёрдости, ударной вязкости, стойкости
к истиранию, химической стойкости
и т.п. Такой контроль обычно
проводится на получаемых одновременно
с изделием образцах-спутниках,
а также при лабораторных или
натурных испытаниях с разрушением
определённого процента полученных изделий.
Литература.
1. Материаловедение: Учебное пособие
для втузов/ Ю.С.Козлов. – Москва,
Агар, 2000.
2.Основы технологии переработки
пластмасс: Учебник для вузов
/ С.В.Власов, Л.Б. Кандырин, В. Н.Кулезнёв
и др. – М.: Химия.2004.
3.Материаловедение: учебник / В.А.
Струк [ и др.]. – Минск: ИВЦ Минфина,
2008.
4.Материаловедение и конструкционные
материалы: курс лекций: в 3 ч.
ч.3: Неметаллические и композиционные
материалы / С.В. Авдейчик [ и др.];
под общ. ред. проф. В.А. Струка. – Гродно:
ГрГу, 2007.