Дисперсные наполнители. Пневмогидрокомпрессионное формование. Магнитоимпульсное формование

Сентябрь 4, 2022

Главная
Химия
Дисперсные наполнители. Пневмогидрокомпрессионное формование. Магнитоимпульсное формование

Содержание

2. Дисперсные наполнители Классификация по химической природе наполнителя: Неорганические Органические Классификация по агрегатному состоянию: твердые жидкие газообразные
3. По роли в композиционном материале (КМ): усиливающие дисперсные армирующие
4. Классификация по форме частиц: дисперсные зернистые волокнистые слоистые
5. Дисперсные наполнители Наиболее распространенный вид наполнителей ПКМ, в качестве которых выступают самые разнообразные вещества органической и
6. (мел, CaCO3) Один из наиболее дешевых и распространенных видов дисперсных наполнителей. Основной источник – природный известняк,
7. (белая глина — гидратированный силикат алюминия) Используется двух видов – очищенный и прокаленный, у которого удалена
8. Получается из ряда природных пород путем обогащения, дробления, измельчения (тонкого помола) и фракционирования. Представляет собой тонкоизмельченный
9. Диоксид кремния (кварц, SiO2) Существует ряд модификаций диоксида кремния аморфной и кристаллической структуры, используемых в качестве
10. Кварцевая мука представляет собой измельченный кварцит со средним размером частиц от 5 до 150 мкм (чистый
11. Аэросил — пирогенетический диоксид кремний — аморфная форма SiO2, имеющая вид сферических частиц коллоидных размеров (3–10
12. К числу наиболее распространенных порошкообразных наполнителей органического происхождения относится древесная мука и углеродные материалы (сажа, графит,
13. Сажа (технический углерод) Важнейшими характеристиками являются интенсивность черного цвета (обратно пропорциональная размеру частиц) и структурность (способность
14. Кокс и антрацит используют в виде пыли – мелкодисперсной фракции, образующейся при их измельчении в ходе
15. Крахмал – тонкодисперсный белый порошок с частицами размером от 3 нм до 100 нм; не плавится,
16. мало влияют на прочностные характеристики наполненного материала; позволяют в широких пределах изменять тепло- и электропроводность, теплоемкость;
17. Пневмогидрокомпрессионное формование Пневмогидрокомпрессионное формование объединяет группу методов, в которых рабочей средой, осуществляющей давление на поверхность препрега,
18. Давление на формируемый материал зависит от глубины вакуума и не может превышать 1 кг/см2. К достоинствам
19. Достоинства. Автоклав является универсальным оборудованием. Он позволяет осуществлять формование изделий различного конструктивного исполнения, в том числе
20. Процесс формования в автоклавах и гидроклавах на первом этапе содержит все операции, присущие формованию вакуумированием. На
21. Преимущества и недостатки. В пресс-камерах в силу их небольшого объема можно реализовать давление до 20 –
22. Принципиальная схема формующего узла установки: Рисунок – Схема устройства для магнитноимпульсного формования трубчатых стержней: 1 –
24. Скачать презентацию

Слайд 2

Дисперсные наполнители Классификация по химической природе наполнителя:
Неорганические
Органические
Классификация по агрегатному состоянию:
твердые
жидкие
газообразные

Слайд 3

По роли в композиционном материале (КМ):
усиливающие
дисперсные
армирующие

Слайд 4

Классификация по форме частиц:
дисперсные
зернистые
волокнистые
слоистые

Слайд 5

Дисперсные наполнители
Наиболее распространенный вид наполнителей ПКМ, в качестве которых выступают самые

разнообразные вещества органической и неорганической природы.
Как правило, в качестве дисперсных наполнителей выступают порошкообразные вещества с различным размером частиц – от 2 – 10 до 200 – 300 мкм.
К числу важнейших требований, предъявляемых к дисперсным наполнителям, относятся: способность совмещаться с полимером и диспергироваться в нем;
хорошая смачиваемость расплавом или раствором полимера;
отсутствие склонности к агломерации частиц, однородность их размера;
низкая влажность;
отсутствие взаимодействия.

Слайд 6

(мел, CaCO3)
Один из наиболее дешевых и распространенных видов дисперсных наполнителей. Основной

источник – природный известняк, подвергнутый измельчению, флотации для удаления примесей и фракционированию с получением частиц размерами 1 – 10 мкм.
К преимуществам этого наполнителя относится белый цвет, низкая твердость, широкий интервал возможного размера частиц, стабильность свойств в широком интервале температур.
В качестве наполнителя находит широкое применение в материалах на основе ПВХ, полипропилена, полистирола и его сополимеров, в полиэфирных стеклопластиках (премиксы, препреги).

Карбонат кальция

Слайд 7

(белая глина — гидратированный силикат алюминия)
Используется двух видов –

очищенный и прокаленный, у которого удалена гидратационная вода.
Имеет структуру пластинчатых чешуек, отличаются высокой степенью белизны, плохо диспергирующиеся в большинстве полимеров. Из-за большой величины площади поверхности введение каолина способствует значительному повышению вязкости. Применяется при наполнении термопластов для придания повышенных значений модуля упругости при растяжении, а также для улучшения электрических свойств; в производстве армированных волокнами пластиков на полиэфирных связующих для повышения вязкости (размер частиц менее 40 мкм), а также для повышения объемного электрического сопротивления и водостойкости (прокаленный каолин, связующее – фенолформальдегидный олигомер).

Каолин

Слайд 8

Получается из ряда природных пород путем обогащения, дробления, измельчения (тонкого помола)

и фракционирования. Представляет собой тонкоизмельченный порошок белого цвета с пластинчатыми частицами различного размера (от 10 мкм до 70 мкм). Благодаря пластинчатой форме частиц тальк придает наполненным материалам повышенную жесткость – при одинаковой степени наполнения (40%) тальк увеличивает жесткость полипропилена в 3 раза, а мел – в 2 раза.
Наиболее широко применяется в качестве наполнителя термопластов, в первую очередь, полипропилена (автомобилестроение, приборостроение).

Тальк

(гидратированный силикат магния)

Слайд 9

Диоксид кремния
(кварц, SiO2)
Существует ряд модификаций диоксида кремния аморфной и кристаллической

структуры, используемых в качестве дисперсных наполнителей. Часть из них имеет минеральное происхождение и получается на основе природного сырья (кварцит, трепел, диатомит, новакулит), часть получается синтетическим путем (пирогенетический, осажденный диоксид кремния). Эти модификации отличаются по своему химическому составу, форме и размеру частиц, стоимости, областям применения.

Слайд 10

Кварцевая мука представляет собой измельченный кварцит со средним размером частиц от

5 до 150 мкм (чистый кварцевый песок). Широко применяется для наполнения термопластов конструкционного назначения, а также реактопластов с повышенными механическими и электрическими характеристиками.
Плавленый кварц — аморфный стеклообразный диоксид кремния. Для получения материалов, стойких к тепловым ударам, а также обладающих повышенной стабильностью размеров и высокими прочностными показателями.
Микрокристаллический кварц получается из ряда минералов класса трепелов путем измельчения и дробления породы. Находит широкое применение в клеевых составах, в отверждающихся компаундах и герметиках на основе полиуретанов, эпоксидных, полиэфирных и кремнийорганических смол. Используется также в качестве наполнителя полипропилена, ПЭТ, ПБТ, полиамидов, полисульфонов и других термопластов.
Диатомит – природный минерал класса опалинов. Получается путем многостадийного измельчения и фракционирования природной породы осадочного происхождения. В настоящее время наиболее широко используется в качестве добавки, препятствующей слипанию в производстве пленок из полиэтилена низкой плотности.

Наиболее распространенные виды:

Слайд 11

Аэросил — пирогенетический диоксид кремний — аморфная форма SiO2, имеющая вид

сферических частиц коллоидных размеров (3–10 нм). Характеризуется максимальной удельной поверхностью из всех порошкообразных наполнителей, 380 м2/г.. Широко применяется для регулирования реологических свойств материалов на основе эпоксидных, полиэфирных, силоксановых смол. Недостатком аэросила является его повышенная стоимость.
Осажденный диоксид кремния — аморфная форма порошкообразного SiO2 с частицами коллоидальных размеров. Удельная поверхности достигает 150 м2/г. Находит применение в производстве материалов на основе ПВХ — как листовых (антиадгезионная добавка), так и пластизолей (как регулятор вязкости). Позволяет получать прозрачные наполненные термопласты. По сравнению с аэросилом значительно дешевле.
Полевой шпат и нефелин – близкие по составу безводные алюмосиликаты, получаемые из минерального сырья. Производятся в виде порошков крупной или средней дисперсности (средний размер частиц 5 – 15 мкм). Благодаря почти в 10 раз большей теплопроводности шпата и нефелина по сравнению с полимерами они заметно повышают теплопроводность наполненных систем. При использовании в качестве наполнителей они позволяют достигнуть более высоких механических характеристик по сравнению с карбонатом кальция.

Слайд 12

К числу наиболее распространенных порошкообразных наполнителей органического происхождения относится древесная мука

и углеродные материалы (сажа, графит, кокс).
Древесная мука – порошкообразная древесина, она получается путем измельчения на мельницах отходов обработки древесины (опилки, стружки, щепа и т.д.).
В качестве наполнителя пластмасс используется мука с размером частиц от 40 – 50 до 300 мкм. Наиболее широко применяется в производстве фенольных и мочевино-формальдегидных пресс-материалов общего назначения.

Слайд 13

Сажа (технический углерод)
Важнейшими характеристиками являются интенсивность черного цвета (обратно пропорциональная размеру

частиц) и структурность (способность образовывать цепочные структуры).
С уменьшением среднего размера частиц нарастает вязкость наполненных систем.
В качестве наполнителей используются крупнозернистые сажи,а также сажи, имеющие низкую структурность. Сажа может также выполнять функцию светостабилизатора, защищая полимер от УФ-излучения. Кроме того, важной функцией сажи является придание электропроводящих свойств, способствующих стеканию статического электрического разряда.

Слайд 14

Кокс и антрацит используют в виде пыли – мелкодисперсной фракции, образующейся

при их измельчении в ходе технологических процессов их получения.
Графит представляет собой минерал, имеющий слоистую структуру: может быть получен искусственным путем из антрацита при нагревании без доступа воздуха. Обладает хорошей тепло- и электропроводностью. В качестве наполнителя используется аморфный графит в тонкоизмельченном виде (коллоидный графит). Основное преимущество графита в качестве наполнителя – снижение коэффициента трения, благодаря присущей ему слоистой структуре.

Слайд 15

Крахмал – тонкодисперсный белый порошок с частицами размером от 3 нм

до 100 нм; не плавится, стоек к нагреванию в отсутствие влаги, что делает возможной его переработку в качестве наполнителя в ряде пластиков на основе таких полимеров, как полиэтилен, полистирол, полипропилен и др.
Хитин – основа панцирей большинства ракообразных (раки, креветки, лангусты и др.). По своей химической структуре близок к целлюлозе и только ей уступает по распространенности в природе. Основной источник хитина – панцири крабов, креветок, криля и других ракообразных. В очищенном виде представляет собой белый порошок или хлопья размером до 2 мм. Как и крахмал, при попадании в почву разрушается.

Слайд 16

мало влияют на прочностные характеристики наполненного материала;
позволяют в широких пределах изменять

тепло- и электропроводность, теплоемкость;
менять магнитные характеристики;
электрические свойства;
придают материалам защиту от электронного и проникающего излучения;
изменяют плотности и горючесть.
В качестве дисперсных наполнителей чаще всего используются медь, алюминий, железо, бронза, олово, серебро, свинец, цинк.
Оксиды металлов и соли
оксиды алюминия, железа, свинца, титана, цинка, циркония и др.
разнообразные соли (сульфаты, сульфиды, фториды и др.
Используются не в массовом порядке, а лишь в отдельных рецептурах для придания специальных свойств (химостойкость, теплопроводность, биостойкость и т. п.).

Металлические порошки

Слайд 17

Пневмогидрокомпрессионное формование
Пневмогидрокомпрессионное формование объединяет группу методов, в которых рабочей средой, осуществляющей

давление на поверхность препрега, является газ или жидкость. Другими характерными признаками является наличие эластичной герметичной диафрагмы и создание вакуума под диафрагмой со стороны препрега. Поэтому эти схемы часто объединяют под названиями упругое формование или формование диафрагмой.

Рисунок – Формование вауумированием: 1 – форма (оснастка); 2 – герметичная оболочка; 3 – препрег; 4 – герметизирующий жгут; 5 – зажимы

Процесс формования содержит следующие операции:
на форму оснастки 1 укладывают технологический пакет 3, состоящий из раскроенных листов композита с сопутствующими слоями – разделительными, дренажными и т.д. по схеме, изложенной при описании «выкладки»;
на пакет 3 укладывают герметичную оболочку 2;
по краям оболочку прижимают к фланцу формы;
из полости между герметичной оболочкой и пакетом откачивают воздух.

Слайд 18

Давление на формируемый материал зависит от глубины вакуума и не может

превышать 1 кг/см2.
К достоинствам метода относится простота его реализации, отсутствие ограничения на размеры детали и безопасность при работе.
К недостаткам – ограничение реализуемого давления одной атмосферой.
Автоклавное формование
Автоклавное формование отличается тем, что формуемое изделие помещают в специальное оборудование – автоклав, где создается избыточное давление.
Автоклав представляет собой герметичную емкость в виде прочного цилиндрической формы корпуса 7 с открывающейся крышкой 8.
Рисунок – Формование в автоклаве: 1 – форма; 2 – препрег; 3 – эластичная мембрана; 4- уплотнители; 5 – тележка; 6 – рельсы; 7 – корпус автоклава; 8 – крышка

Слайд 19

Достоинства. Автоклав является универсальным оборудованием. Он позволяет осуществлять формование изделий различного

конструктивного исполнения, в том числе больших размеров и сложной конфигурации. При этом давление на любой части поверхности изделия одинаково.
К недостаткам следует отнести большую стоимость автоклава и большие энергетические затраты в пересчете на одну деталь, особенно если загрузка объема автоклава неполная. Кроме того, автоклав является взрывоопасным объектом. Мощность взрыва пропорциональна объему и давлению в емкости.
Гидроклавное формование.
Для создания давлений большей величины, чем возможно в автоклавах, используют гидроклавы.

Рисунок – Гидроклав: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – форма; 4 – препрег; 5 – герметичная диаграмма; 6 – рабочая жидкость

Слайд 20

Процесс формования в автоклавах и гидроклавах на первом этапе содержит все

операции, присущие формованию вакуумированием. На втором этапе форму с препрегом и герметичной оболочкой помещают в емкость и выдерживают там при температуре и давлении, изменяющихся по заданному закону.
Преимущества и недостатки. В отличие от автоклавов, гидроклавы безопасны в работе, и в них можно реализовать давление до 30 – 50 атм. В то же время жидкость как рабочее тело создает определенное неудобство в работе, значительно снижая культуру производства.
Формование в пресс – камерах
Суть процесса показана на схеме.

Рисунок 4 – Формование в пресс-камере: 1 – форма; 2 – эластичная диафрагма; 3 – препрег; 4 – крышка

Слайд 21

Преимущества и недостатки. В пресс-камерах в силу их небольшого объема можно

реализовать давление до 20 – 30 атм. По энергозатратам на нагрев и подвод давления пресс-камеры значительно эффективнее авто- и гидроклавов. В то же время они не являются универсальным оборудованием, и их применение оправдано при больших сериях производства изделия.
Магнитоимпульсное формование
Магнитоимпульсное формование – высокоэнергетический способ создания давления на заготовку, при котором накопленная в конденсаторной батарее магнитоимпульсной установки электрическая энергия при разряде преобразуется с помощью индуктора в энергию магнитоимпульсного поля, совершающего механическую работу по монолитизации исходного армированного полуфабриката.
Преобразование осуществляется с помощью металлической детали, которая деформируясь, передает давление магнитного поля на заготовку. Таким образом, запасенная конденсаторами энергия при разряде расходуется на полезную механическую работу по монолитизации препрега, а часть – на нагрев материалов и рассеивание. При быстром разряде конденсаторов ток, протекающий через индуктор, индуцирует вихревые токи в технологической детали. В результате в индукторе и детали наводятся два одинаковых по знаку магнитных поля, что создает силы, отталкивающие деталь от индуктора.

Слайд 22

Принципиальная схема формующего узла установки:
Рисунок – Схема устройства для магнитноимпульсного формования

трубчатых стержней: 1 – оправка; 2 – магнитный индуктор (технологический инструмент); 3 – металлическая фольга (спутник); 4 – резиновая прослойка; 5 – полимерная труба; TV – повышающий трансформатор; С – батарея конденсаторов; VD – выпрямитель; FR – разрядник.
Формование изделий из волокнистых полуфабрикатов с использованием этого способа имеет ряд преимуществ перед другими методами: универсальность, простота оснастки, отсутствие движущихся частей, возможность передачи давления через изолирующие прослойки, возможность получения равномерного по всей площади давления до 350 – 400 Мпа, большая скорость деформирования (50 – 200 м/с)

Дисперсные наполнители. Пневмогидрокомпрессионное формование. Магнитоимпульсное формование

Содержание

По роли в композиционном материале (КМ): усиливающиедисперсныеармирующие

Классификация по форме частиц:дисперсныезернистыеволокнистыеслоистые

Дисперсные наполнителиНаиболее распространенный вид наполнителей ПКМ, в качестве которых выступают самые

(мел, CaCO3)Один из наиболее дешевых и распространенных видов дисперсных наполнителей. Основной

(белая глина — гидратированный силикат алюминия) Используется двух видов –