71УДК 678
Голубев Евгений Владимирович Golubev Evgenij Vladimirovich
Аспирант Graduate Student Романов Владимир Викторович Romanov Vladimir Viktorovich
Доцент, кандидат технических наук Associate Professor, Candidate of Technical Sciences Костромской государственный университет Kostroma State University
ОБЗОР И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИТОВ
REVIEW AND ANALYSIS OF COMPOSER PRODUCTION
TECHNOLOGIES
Аннотация: В данной статье представлен обзор различных технологий изготовления композиционных материалов. Представлены основные преимущества и недостатки каждой технологии. Произведен сравнительный анализ всех технологий, и приведены примеры применения технологий в различных отраслях производств.
Abstract: This article provides an overview of various technologies for manufacturing composite materials. The main advantages and disadvantages of each technology are presented. A comparative analysis of all technologies is made, and examples of the use of technologies in various industries are given.
Ключевые слова: технология, композит, формование, производство
Keywords: technology, composite, molding, manufacturing.
В настоящее время существует большое разнообразие применяемых технологий изготовления композиционных материалов. Рассмотрим основные способы производства композитов:
1. Контактное формование (рис.1). Данная технология подразделяется на несколько этапов. Первый - подготовительный, при котором матрицу очищают, обезжиривают, покрывают воском и слоем гелькоутома. Второй этап -формовка, в ходе которого в матрицу помещают наполнитель, например,
стекловолокно. Затем по матрице распределяют смолу. Далее идет процесс удаления воздуха с помощью раскатывания валиком. На завершающем этапе изделие достается и подвергается окончательной обработке, при которой удаляются излишки материала.
Форма
Рис.1 Контактное формование
К преимуществам метода контактного формования можно отнести следующее: достаточно дешевый способ; возможно получать готовое изделия любой сложной формы.
Основными недостатками являются: большая часть процесса - ручной труд; низкая производительность, таким образом используется только в мелкосерийном производстве [1].
2. Пултрузия. Основа данной технологии - это непрерывное производство изделий с постоянным поперечным сечением, которые состоят из волокнистых пластикатов. Профиль из пластикатов производится на специализированном пултрузионном станке. Технологический процесс: паковку волокна пропитывают полимерами, которые прокачиваются через сухую паковку, что способствует исключению попадания воздуха в материал. Остатки смолы сами стекают обратно в поддон. Сухой армирующий материал сматывается с бобин и собирается в пучок. Далее материал пропитывается в ванной со смолой, где осуществляется пропитка различными связующими. Далее материал поступает в разогретую фильеру, где и формируется профиль. И в завершении при
определенной температуре материал отвердевает. Таким образом, производится требуемый профиль из стеклопластика.
Преимущества данной технологии: высокие эксплуатационные свойства готовых изделий; малое количество пор и постоянство содержания волокна в композите; возможность контролировать направление волокон и их натяжение; возможность достигать отличных электрических, физических и химических свойств; высокая производительность.
Недостатки данной технологии: долгое затвердевание связующего; у сложных профилей трудно обеспечить постоянное сечение; получение необходимого изделия возможно обеспечить только жгутами или нитями.
3. Напыление (рис.2). Данный метод осуществляется за счет нанесения защитных покрытий и пластика. Специальные автоматические станки наносят точное количество смолы и отвердителя на определенный участок, кроме того одновременно происходит измельчение ровинга до требуемых технологией размеров. Далее части нити пропитываются в связующем материале при переносе на матрицу. Затем происходит процесс уплотнения валиком.
Преимущества процесса напыления: уменьшение затрат по времени; уменьшение площади производства, т.к. для формовки требуется меньше времени; уменьшение себестоимости, т.к. ровинг является дешевым материалом; большая скорость формования изделия.
4. Прессование (рис.3) - процесс формовки под воздействием высокого давления и температур в пресс-форме. Происходит уплотнение материала за счет давления, а также выделяется тепловая энергия при трении частиц материала, что приводит к плавлению связующего материала. Так материал переходит в вязкое и пластичное состояние, под давлением материал заполняет пресс-форму и создается уплотненная, однородная структура. Далее происходит затвердение материала.
Рис.2 Процесс напыления
Рис.3 Прессование
5. Намотка - это процесс формования изделий из композитов за счет намотки волокон, при котором армирующий материал (жгут или пряжа) наматывается на вращающуюся оправку в виде полос до полного перекрытия поверхности оправки. Связующим веществом является термореактивная смола. Затвердение материала происходит при высоких температурах, без какого-либо давления. Далее изделие снимается с оправки и происходит операция шлифования. Технология намотки позволяет создавать изделия из композитов в форме конусов или сфер. Методом намотки в настоящее время даже изготавливают сосуды, работающие под давлением, при помощи укрепления стенок различными добавками [2].
Преимущества технологии намотки: использование различного оборудования; экономически выгодный процесс производства композитных изделий; высокая прочность конечного продукта; изделия не имеют коррозии;
высокая производительность.
6. Метод Resin Transfer Moulding (RTM). Данный метод основан на формовании и пропитке под воздействием давления, когда связующее вещество направляется в закрытую матрицу, где содержатся требуемые наполнители. Армирующим материалом могут выступать ткани различного плетения, порошковые стекломатериалы или эмульсии [3]. Связующим веществом используется смола с низкой динамической вязкостью.
Преимуществами данного метода являются: полностью автоматизированное производство; улучшенная экология; изделия становятся более прочными за счет улучшенной пропитки; дешевое оборудование.
Заключение. В зависимости от того, с какими характеристиками, свойствами и областью применения необходимо изделие из композиционного материала, подбирается необходимое оборудование и используется наиболее подходящая технология. В настоящее время существует тенденция одновременного повышения качества изделия, высокой производительности, а также снижения выделения вредных веществ в процессе производства.
Библиографический список:
1. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: Учебник - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002 - 384 с.;
2. Сайт «Экспериментальный завод композитных материалов» [Эл. ресурс] http://ezkm.ru/texnologii-proizvodstva-kompozitnyix-materialov (дата обращения: 04.04.2021);
3. Сайт «Технологии изготовления изделий из композиционных материалов» [Эл. ресурс] https://composite-materials.ru/osobennosti-svojstv-i-osnovnye-vidy.html#i (дата обращения: 10.04.2021).
