Переработка полимеров
нее на химическом составе и физической
природе этих необычных материалов. Как было отмечено выше, они представляют
собой полимерный материал, специальные свойства которого обусловлены
введением в него армирующих волокон. Основными материалами, из которых
изготовляют армирующие волокна (как мелко нарезанные, так и длинные),
являются стекло, графит, алюминий, углерод, бор и бериллий. Самые последние
достижения в этой области связаны с использованием в качестве армирующих
волокон полностью ароматического полиамида, что обеспечивает более чем 50%-
ное уменьшение веса по сравнению с армированными пластиками на основе
традиционных волокон. Для армирования также используются и натуральные
волокна, такие, как сисал, асбест и пр. Выбор армирующего волокна прежде
всего определяется требованиями, предъявляемыми к конечному продукту.
Однако стеклянные волокна остаются и по сей день широко используемыми и до
сих пор вносят основной вклад в промышленное производство АВП. Наиболее
привлекательными свойствами стеклянных волокон являются низкий коэффициент
термического расширения, высокая стабильность размеров, низкая стоимость
производства, высокая прочность при растяжении, низкая диэлектрическая
константа, не горючесть и химическая стойкость. Другие армирующие волокна
используют в основном в тех случаях, когда требуются некоторые
дополнительные свойства для эксплуатации АВП в специфических условиях,
несмотря на их более высокую стоимость по сравнению со стеклянными
волокнами.
АВП получают путем связывания волокон с полимерной матрицей и ее
последующего отвердения под действием давления и температуры. Армирующие
добавки могут быть в виде мелко порезанных волокон, длинных нитей и тканей.
Основными полимерными матрицами, используемыми в АВП, являются полиэфиры,
эпоксиды, фенолы, силиконы, меламин, производные винила и полиамиды.
Большинство АВП получают на основе полиэфирных полимеров, главное
достоинство которых составляет их низкая стоимость. Фенольные полимеры
используют в тех случаях, когда требуется высокая термостойкость.
Чрезвычайно высокие механические свойства АВП приобретают при использовании
в качестве полимерной матрицы эпоксидных смол. Использование силиконовых
полимеров придает АВП замечательные электрические и термические свойства.
В настоящее время существует несколько методов армирования пластикой.
Наиболее часто используемыми из них являются: 1) метод наслоения листов
вручную, 2) метод наматывания волокна и 3) метод пропитки распылением.
МЕТОД НАСЛОЕНИЯ ЛИСТОВ ВРУЧНУЮ. Вполне вероятно, что это самый простой
метод армирования пластиков. В этом случае качество конечного продукта во
многом определяется умением и мастерством оператора. Весь процесс состоит
из следующих стадий. Вначале форму покрывают тонким слоем адгезионной
смазки на основе поливинилового спирта, силиконового масла или парафина.
Это делается для предотвращения прилипания конечного изделия к форме. Затем
форму покрывают слоем полимера, поверх которого кладут стеклоткань или мат.
Эту стеклоткань, в свою очередь, покрывают другим слоем полимера.
[pic]
Рис.12. Схематическое изображение метода наслоения листов вручную
1 - чередующиеся слои полимера и стеклоткани; 2 - пресс-форма; 3 -
прокатывающий ролик
Все это для однородного прижимания стеклоткани к полимеру и удаления
пузырьков воздуха плотно прокатывают роликами. Количество чередующихся
слоев полимера и стеклоткани определяет толщину образца (рис.12).
Затем при комнатной или повышенной температуре происходит отвердение
системы. После отвердения армированный пластик снимают с формы и проводят
зачистку и окончательную отделку. Этим методом получают листы, части
автомобильного кузова, корпуса для судов, трубы и даже фрагменты зданий.
МЕТОД НАМАТЫВАНИЯ ВОЛОКОН. Этот метод очень широко используется для
производства таких армированных пластических изделий, как цилиндры,
выдерживающие высокие давления, цистерны для хранения химических веществ и
корпуса моторов ракет. Он состоит в том, что непрерывную мононить, волокно,
пучок волокон или тканую ленту пропускают через ванную со смолой и
отвердителем. По мере выхода волокна из ванны избыток смолы отжимается.
Пропитанные смолой волокна или ленту затем наматывают на сердечник
требуемой формы и отверждают под действием температуры.
[pic]
Рис.13. Схематическое изображение метода наматывания волокна
1- подающая катушка; 2 - непрерывная нить; 3 - узел для пропитки волокна и
отжима смолы; 4 - сердечник; 5 - пропитанные смолой волокна, намотанные на
сердечник
Наматывающая машина (рис.13) сконструирована так, чтобы волокна
могли наматываться на сердечник определенным образом. Натяжение волокна и
способ его наматывания очень важны с точки зрения конечных деформационных
свойств готового изделия.
МЕТОД ОПРЫСКИВАНИЯ. В этом методе используют пульверизатор с
многоручьевой головкой. Струи смолы, отвердителя и нарезанного волокна
одновременно подаются из пульверизатора на поверхность формы (рис.14), где
они образуют слой определенной толщины. Нарезанное волокно определенной
длины получают непрерывной подачей волокон в измельчающую головку аппарата.
После достижения требуемой толщины полимерную массу при нагревании
отверждают. Распыление является экспресс-методом для покрытия больших
поверхностей. Многие современные пластические изделия, такие, как грузовые
платформы, резервуары для хранения, кузова грузовиков и корпуса кораблей,
получают именно этим методом.
[pic]
Рис.14. Схематическое изображение метода опрыскивания
1 — форма; 2 — распыленная смесь нарезанного волокна и смолы; 3 — струя
нарезанного волокна; 4 — непрерывное волокно; 5— смола; 6— отвердитель; 7 —
узел для нарезания волокна и распыления; 8 — струя смолы
ДРУГИЕ МЕТОДЫ. Кроме описанных выше методов, в производстве
армированных пластиков известны и другие, каждый из которых имеет свое
специфическое назначение. Так, метод изготовления непрерывных слоистых
материалов используют для производства непрерывных листов армированных
слоистых пластиков различной толщины. В этом процессе каждый отдельный слой
тканой ленты, поступающей с рулонов, пропитывают смолой и отвердителем, а
затем спрессовывают вместе, пропуская через систему горячих валков. После
отвердения под действием температуры получают слоистый пластик I требуемой
толщины (рис.15). Толщину материала можно варьировать, изменяя количество
слоев.
[pic]
Рис.15. Схематическое изображения метода производства непрерывных слоистых
материалов
1— подающие катушки; 2 — непрерывные листы стеклоткани; 3 — ванна для
пропитки в смеси смолы с отвердителем; 4 - непрерывный слоистый пластик; 5
- слоистый пластик, нарезаемый на куски необходимого размера
Другой метод, известный как метод получения одноосно ориентированного
волокнистого пластика, позволяет изготовить из непрерывных пучков волокон
такие изделия, как полые прутья или рыболовные удочки. Этот процесс
сравнительно прост. Непрерывный пучок волокон, предварительно обработанный
смолой и отвердителем, протягивают через фильеру соответствующего профиля
(рис.16), нагретую до определенной температуры. На выходе из фильеры
профилированное изделие продолжают нагревать. Отвержденный профиль
вытягивают из фильеры системой вращающихся валков. Этот процесс несколько
напоминает экструзию с той лишь разницей, что при экструзии полимерный
материал проталкивают через фильеру изнутри с помощью вращающегося шнека, а
в описанном методе материал протягивают через выходное отверстие фильеры с
внешней стороны.
[pic]
Рис.16. Схематическое изображение метода получения одноосно
ориентированного волокнистого пластика
1 — непрерывный пучок волокон, пропитанный смолой и отвердителем; 2 —
нагревательный элемент; 3 — фильера; 4 — вращающиеся вытягивающие валки; 5
— готовое изделие, нарезанное на куски; 6 — профиль готового изделия
Кроме того, смесь, содержащая нарезанные волокна, смолу и отвердитель,
может быть сформована любым другим подходящим методом, например методом
прямого прессования. Термопластичные материалы, наполненные нарезанными
волокнами, могут быть сформованы прямым прессованием, литьем под давлением
или экструзией для получения конечного продукта с улучшенными механическими
свойствами.
2.10 ПРЯДЕНИЕ ВОЛОКОН
Полимерные волокна получают в процессе, называемом прядением.
Существуют три принципиально различных метода прядения: прядение из
расплава, сухое и мокрое прядение. В процессе прядения из расплава полимер
находится в расплавленном состоянии, а в других случаях - в виде растворов.
Однако во всех этих случаях полимер, в расплавленном или растворенном
состоянии, протекает через многоканальный мундштук, представляющий собой
пластину с очень мелкими отверстиями для выхода волокон.
ПРЯДЕНИЕ ИЗ РАСПЛАВА. В своей простейшей форме процесс прядения из
расплава может быть представлен следующим образом. Первоначально полимерные
чешуйки ра
| |  скачать работу |
Переработка полимеров |
