Общие принципы производства ПКМ

Принципиальная общая схема технологического процесса создания изделия из ПКМ независимо от выбранного метода переработки и комбинации компонентов включает четыре операции:

¾ пропитка армирующего наполнителя;

¾ формообразование;

¾ силовое воздействие;

¾ термообработка.

Перечисленные операции могут производиться раздельно или совмещаться в зависимости от формы изделия и выбранных компонент. Необходимо отметить следующее обстоятельство – физическая природа применяемых смол не способствует самопроизвольному выходу газовых включений из массы смолы. Смолы склонны к пенообразованию. Мелкопористая структура наполнителя и большая вязкость связующего также способствует удержанию пузырьков воздуха в составе композита. Кроме того, как уже говорилось ранее, ряд связующих полимеризуется с выделением низкомолекулярных (летучих) компонентов. Летучие компоненты также могут образовываться в виде остатка от применяемых в ряде случаев растворителей (например, спирто-ацетоновой смеси). Таким образом, для удаления газовых включений и получения монолитной структуры композитного материала, при построении технологического процесса любого типа необходимо непременно включать силовое воздействие на всех этапах, в том числе и на начальной стадии термообработки.

Разработано много способов силового воздействия. Наиболее типичные из них:

¾ Прессование на стандартных гидравлических прессах – ограничено по площади перерабатываемой детали и возможности регулировать давление – часто требуется прессование больших деталей при малых давлениях, на что пресса не рассчитаны.

¾ Прикатка валиками в процессе ручного формования – не обеспечивает необходимой величины усилия.

¾ Воздействие атмосферным давлением или полимеризация в специальных камерах (автоклавах) под давлением. При этом отформованное изделие помещается в эластичную герметичную полость и вакуумируется. Данный метод позволяет получить наиболее качественное крупногабаритное изделие.

Следующая стадия процесса создания композитного изделия – пропитка. Различают два метода пропитки: «мокрый» и «сухой».

При «мокром методе» пропитка наполнителя производится непосредственно в процессе формообразования (намотки, формования). Здесь могут быть использованы связующие как холодного, так и горячего отверждения. Преимуществом процесса является простота его исполнения. Недостатком – сложности при достижении оптимального соотношения компонентов и равномерного их распределения в структуре. При применении связующих холодного отверждения процесс должен быть строго регламентирован по времени во избежание преждевременной полимеризации. Механические характеристики материала получаются, как правило, относительно низкими.

При «сухом методе» пропитка наполнителя производится в виде отдельной операции. В результате получается пропитанный связующим полуфабрикат (препрег) со сроком жизни от недели до полугода. Препрег можно длительно хранить и по мере надобности перерабатывать. Например, полуфабрикаты АГ-4 и ДСВ, изготовляемые на специальных производствах и поставляемые централизовано, можно хранить не менее чем полгода. В НПО «Стеклопластик» г. Москва разработан метод получения препрегов, которые могут храниться более 2-х лет (метод РНК). Данный процесс наиболее чистый и легко контролируемый на всех стадиях, не требует жесткой регламентации по времени в процессе формования (укладки), позволяет получать наиболее качественный материал с максимальными механическими характеристиками, но требует более сложного оборудования.

Существует и промежуточный метод – вакуумная пропитка. Изделие формуется из непропитанного материала и помещается в герметичную форму. Затем производится вакуумирование и заполнение связующим под действием атмосферного давления (вариацией данного метода является метод прессования с инжекцией/впрыском связующего в форму – RTM-метод). На первый взгляд в этом случае отсутствуют недостатки предыдущих методов, однако вакуумную пропитку трудно реализовать, т.к. довольно сложно добиться равномерной пропитки.