Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Технологічні процеси в машинобудуванні

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Способи отримання вихідних компонентів композиційних матеріалів

Отримання армуючих волокон

Армуючим елементами в композиційних матеріалах, як було сказано в гол. 3, є волокна, джгути, стрічки, тканини, листи. Джгути, стрічки, тканини виготовляють з волокон (рис. 5.19).

Отримання скляних волокон Технологія виробництва скляного волокна включає операції підготовки

Волокна армуючих елементів

Рис. 5.19. Волокна армуючих елементів:

а - склонитки: б - вуглецеві нитки; в - базальтові нитки; г - органічні нитки

шихти, варіння скломаси та отримання волокна. Підготовка компонентів шихти включає сушіння, помел, класифікацію будь-яких природних мінералів, а також склобою.

Для отримання скловолокна в основному застосовують щелочесодержащіе склади стекол. Основними сировинними матеріалами, як і у виробництві звичайного скла, є кварцовий пісок, вапняк, доломіт, крейда, а в якості щелочесодержащіх компонентів - кальцинована сода, поташ та ін.

Скловаріння ведуть в печах з електро- або газовим нагріванням. Склонитки для композиційних матеріалів отримують двохстадійною способом. На першій стадії скляне сировину розплавляють і розпилюють аналогічно металевим порошкам (див. Рис. 5.13). При охолодженні утворюються мікросфери. На другій стадії їх знову розплавляють і через фільєри, розташовані на дні тигля, витягають отверділі склонитки, намотують на обертовий барабан (рис. 5.20).

Установка для намотування стеклонитей

Рис. 5.20. Установка для намотування стеклонитей

Існує також одностадійний спосіб виробництва скляних волокон, коли фільєри встановлюють безпосередньо в піч, в якій отримують стекломассу. Відмова від стадії виготовлення мікросфер здешевлює виробництво, але погіршує якість волокон. З бобін волокна перемотують на котушки (рис. 5.21). З рубаних стекловолокон виготовляють вату і мати для фільтрів та теплоізоляції (рис. 5.22), з безперервних і штапельних - наповнювачі для КМ (джгути, стрічки, тканини та ін.).

Готові склонитки на котушках

Рис. 5.21. Готові склонитки на котушках

Зразки склотканини (а) і стекломата (б)

Рис. 5.22. Зразки склотканини (а) і стекломата (б)

Отримання вуглецевих волокон

Вуглецеві волокна (див. Рис. 5.19, б і 5.23) зазвичай отримують термічною обробкою хімічних або природних органічних волокон, при якій в матеріалі волокна залишаються головним чином атоми вуглецю. Температурна обробка складається з декількох етапів. Перший з них являє собою окислення вихідного (поліакрилонітрильного, віскозного) волокна на повітрі при температурі 250 ° С протягом 24 год. Після окислення слід стадія карбонізації - нагрівання волокна в середовищі азоту або аргону при температурах 800- 1500 ° С. У результаті атоми кисню, водню, азоту та інших елементів "випалюються", а вуглецева ланцюжок полімерної молекули залишається. Процес термічної обробки закінчується графітизацією при температурі 1600-3000 ° С, яка також проходить в інертному середовищі. В результаті кількість вуглецю у волокні доводиться до 99%. Крім звичайних віскозних і поліакрилонітрильних волокон можуть бути використані спеціальні волокна з фенольних смол, лігніну, кам'яновугільних і нафтових пеков. Для підвищення термоокислительной стійкості вуглецевих волокон на їх поверхні створюють захисні шари або бар'єрні покриття з карбідів кремнію або тугоплавких металів, нітриду бору, фосфатних стекол та ін. Армуючі вуглецеві волокна піддають поверхневій обробці - окисленню або металізації - з метою підвищення адгезії до полімерів або металам відповідно .

Вуглецеві волокна випускають в різноманітному вигляді: різані, короткі і безперервні нитки, ткані і неткані матеріали. Найбільш поширений вид продукції - джгути, пряжа, Ровінги неткані полотна (див. Рис. 5.23).

Напівфабрикати з вуглецевої нитки

Рис. 5.23. Напівфабрикати з вуглецевої нитки:

1 - волокна; 2 - джгути; 3 - ткана стрічка; 4 - тканина

Виробництво базальтового волокна

Сировиною для виробництва базальтового волокна є базальтова крихта з розмірами фракцій 3-10 мм. У ній не допускається наявність металевих домішок або сторонніх включень у вигляді піску, сміття, шматків вогнетривких виробів, пилу.

Принципова схема отримання базальтового волокна представлена на рис. 5.24.

Схема виробництва базальтового волокна

Рис. 5.24. Схема виробництва базальтового волокна

Вихідна сировина 1 у вигляді відмитої базальтової крихти, пропущеної через магнітні сепаратори, завантажують у плавильну піч 2. Розплавлена при температурі 1450-1500 ° С маса подається на фільерно пластину 3, звідки під дією сил гравітації розплавлений базальт у вигляді окремих цівок 4 стікає на раздувочное пристрій 5. Після раздува базальтове волокно 6 'потрапляє в камеру волокноосадження 7 і лягає на прийомний конвеєр 8 у вигляді килима 9.

Виробництво органоволокон

Різні види органічних хімічних армуючих волокон, ниток і волокнистих матеріалів на їх основі: технічні нитки - поліефірні (лавсан), Полівінілспіртовиє та ін .; параарамідние високоміцні і високомодульні волокна і нитки (армос, русар, тварон, кевлар); метаарамідние термостійкі волокна (фенилон, номекс, Конекс) для деяких видів термостійких КМ отримують методами екструзії на підприємствах хімічної промисловості.

Можна вказати ще на кілька способів отримання армуючих ниткоподібних елементів для композитів. Це розтягування ниток, наморажіваніе струменя розплаву на обертовий барабан, кристалізація з розплавів і розчинів, охолодження на нитки-підкладки.

Отримання компонентів для матриць

Вихідні компоненти для матриці отримують в хімічній промисловості у вигляді гранул, розплавів і полімерних складів. Типова схема отримання компонентів для матриць на полімерній основі представлена на рис. 5.25.

Схема отримання компонентів для матриць

Рис. 5.25. Схема отримання компонентів для матриць

Високомолекулярні сполуки (полімери) виготовляють з низькомолекулярних сполук (мономерів) або природних полімерних матеріалів шляхом складних хімічних, фізико-хімічних або термохімічних перетворень, що проводяться в реакційних апаратах (реакторах) різних конструкцій. До реакційним апаратів відносяться смоловаренние котли, автоклави, трубчасті реактори, реактори барабанного типу. Схема реакційного котла для варіння смол представлена на рис. 5.26. Корпус 3 і кришка 2 апарату виконані з двошарової сталі. На валу мішалки 1 закріплені дві лопаті 4 і два пропелера 7. Для подачі теплоносія передбачені дві сорочки 5 і 8 і змійовик 6. Після завантаження вихідних компонентів при постійному перемішуванні відбувається спочатку нагрів шихти до температури реакції, а потім реакція поліконденсації.

Схема реактора

Рис. 5.26. Схема реактора:

1 - вал мішалки; 2 - кришка; 3 - корпус; 4 - лопаті; 5,8 - сорочки з теплоносієм; 6 - змійовик; 7 - пропелер; 9 - випускний пропелер; 10 - готова смола

Після охолодження готова смола 10 вивантажується через зливний отвір за допомогою невеликого пропелера 9. Реакції утворення або хімічного перетворення полімерів відбуваються під дією каталізаторів або ініціаторів (хімічних речовин, нагріву, тиску, світла, гамма- променів та інших впливів). Вихідні компоненти можуть перебувати в реакторах у вигляді газів, розплавів, розчинів, емульсій або суспензій. Готові полімери отримують у вигляді твердої маси, рідин, розплавів, розчинів, порошків, емульсій (латексів) і в інших станах.

Утворилися полімери відокремлюють від побічних продуктів реакції, тобто від непрореагіровавшіх мономерів, розчинників, емульсійної середовища та ін. З цією метою їх осаджують, центрифугують, фільтрують, випарюють, сушать.

 
<<   ЗМІСТ   >>