Каландирование
Установка для каландрирования состоит из серии вальцов для непрерывного производства на больших скоростях термопластичных листовых и пленочных материалов. Составляется смесь материалов, прилагается давление и тепло, и нагретая размягченная масса автоматически подается на серию вальцов, установленных Z-образно или L-образно. Вальцы очень точно регулируют толщину материала и могут быть применены для нанесения фактуры, а также для нанесения покрытий на тканые материалы.
Скорость производства очень тонкой пленки может превышать 120 м/мин. Однако такое несложное оборудование чрезвычайно дорого, и это объясняет ограниченное число установок для каландрирования.
Наслоение при низком давлении
Этот простой и дешевый метод применяется для производства армированных полиэфирных стеклопластиков — композиционного материала, который находит применение в сооружении пластмассовых конструкций 1. Его сокращенное обозначение GRP или RP (армированные пластмассы). Часто материал называют «файберглас», что, конечно, является прекрасной рекламой для фирмы, которая носит это же имя, но не дает точного понятия о материале, как, например, и название «твистил», относящееся к железобетону.
1 В нашей литературе этот метод известен как метод контактного формования стеклопластиковых изделий (прим. науч. ред.).
Полиэфиры (и эпоксиды) могут формоваться при низком давлении, так как они не относятся к тем материалам, пресс-изделия из которых могут разрушаться, если они недостаточно спрессованы. Сочетание этих смол с волокнами, которые обладают высокой прочностью на разрыв, дает материал очень прозрачный или непрозрачный, с более высоким отношением прочности к массе, чем у алюминия или мягкой стали, с лучшей ударной прочностью, чем у многих металлов, со стабильностью размеров, равной алюминию и лучшей, чем у стали, с блестящими химической стойкостью и погодостойкостью и, если требуется, со способностью не поддерживать горение.
Таблица 6. Свойства типичных стеклопластиков
Полиэфирная смола может отверждаться при комнатной температуре, без всякого внешнего воздействия, хотя отверждение может быть ускорено применением тепла или давления. Обычная рецептура состоит из смолы, катализатора (который генерирует реакцию) и ускорителя (который регулирует скорость отверждения).
В сочетании с полиэфирной смолой может применяться широкий диапазон армирующих материалов, но наиболее часто применяемым материалом является стекловолокно.
Стекло приобретает невероятную прочность на разрыв, если его вытянуть в волокна тоньше человеческого волоса (эта высокая прочность волокна не является принадлежностью исключительно стекла — волокна нейлона или полипропилена обладают высочайшей прочностью, что является следствием выравнивания молекул под воздействием вытягивания материала). В лабораторных условиях прочность стекловолокна на разрыв может составлять свыше 70 000 кг/см2, а учитывая различные реальные условия эксплуатации, прочность может быть равна 17500 кг/см2. До недавнего времени стекловолокно являлось, несомненно, самым прочным конструкционным материалом.
Стекловолокну не присуща ползучесть, оно обладает хорошей стойкостью к большинству химических веществ и имеет довольно высокий модуль Юнга —105 000 кг/см2. Стекловолокно обладает стабильностью размеров и стойкостью к температурам до 600°C. В результате значительной исследовательской работы было получено «текстурированное» волокно, которое способствует идеальному сцеплению со смолой.
Материал обычно имеет вид мата из рубленой стеклопряжи (волокна длиной около 5 см распределены беспорядочно и слегка сцеплены между собой, в результате чего получается мат немного толще и тяжелее носового платка), ровницы (непрерывная одиночная нить для придания очень высокой прочности в одном направлении) и стеклоткани (для очень высокой прочности в двух направлениях).
Форма для простого наслоения при низком давлении может быть позитивной или негативной (в зависимости от того, внутренняя или внешняя поверхность готового изделия должна иметь отделку) и должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать наслоение. Она может быть сделана из дерева, алебастра или легкого металла, хотя нередко ее делают из стеклопластика.
Форма покрывается разделительным составом, затем пульверизатором или кистью наносится первый слой жидкой смолы, на который накладывается стекломат и утрамбовывается ручным валиком. Затем наносится другой слой смолы и следующий слой стекломата. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута нужная толщина. При толщине конструкционной оболочки 4,5 мм расход стекловолокна составляет около 120 г/м2, а смолы — около 300 г/м2.
При лучшем уплотнении материал прочнее, чему способствует применение листа целлофана, наносимого вакуумным способом. Это помогает избавиться от пузырьков воздуха, попадающих внутрь материала, что может сказаться на его эксплуатационных качествах. Атмосферная стойкость стеклопластика ухудшается, когда стекловолокно выступает над поверхностью материала и влага может проникать внутрь. Во избежание этого применяется лицевое покрытие из тонкой бумаги (ткани) вместе с желеобразным покрытием или покрытием с большим содержанием смолы.
Отверждение стеклопластика может длиться от нескольких часов до суток, нагревание ускоряет этот процесс. Тем не менее по сравнению с вышеупомянутыми он является длительным — хотя и не чрезмерно, если взять в качестве примера выполненный недавно цельный корпус морского судна длиной 46,5 м из полупрозрачного стеклопластика.
Число рабочих операций можно уменьшить, если напылять на форму рубленую стеклоровницу одновременно со смолой, но при этом уплотнение также должно быть выполнено очень тщательно.
Наматывание волокна и другие методы
Эта техника предназначена для изготовления малых или крупногабаритных изделий, подвергаемых высокому напряжению. Секторная форма вращается на оси, а непрерывная стеклонить, проходя через ванну со смолой, наматывается с натяжением на форму. Максимальная прочность достигается наматыванием нити вдоль и поперек формы. При помощи этой техники изготовляют резервуары, трубы высокого давления, а также корпуса судов длиной до 20 м и объемные блок-комнаты.
| Таблица 7. Пластмассы, армированные углеродным волокном (применяемые в авиационной промышленности) |
|---|
Предварительно пропитанный стекломат состоит из стекломата, пропитанного определенным количеством частично катализированной смолы. Отверждение довершается нагреванием и давлением при прямом прессовании между сопрягаемыми металлическими формами. Это материал многоцелевого назначения, из него можно формовать пресс-изделия с большой глубиной. Качество поверхности обеих сторон отличное этот способ все чаще применяется для производства больших стеновых панелей.
Тестообразная формовочная масса состоит из стекловолокна. полиэфирной смолы, катализатора, наполнителя и применяется для прямого прессования, пультрузии (модификация экструзии) и частично для литья под давлением. Формовочная масса отличается дешевизной, хорошими погодостойкостью и ударной вязкостью, дает возможность формовать профили большой толщины без образования трещин под действием напряжения, что наблюдается у других полимерных материалов применяемых для тех же целей.
Сэндвич-конструкция. Сэндвич-панели или оболочки являются композиционными изделиями, в которых слои различных материалов соединяются друг с другом для придания готовому изделию желаемых физических свойств.
Типичная сэндвич-конструкция состоит из внутреннего и внешнего лицевых слоев тонкого, жесткого материала и сердцевины из более легкого и менее прочного материала. Облицовочные слои выдерживают напряжение при изгибе, в то время как сердцевина передает напряжение от одного лицевого слоя к другому, предотвращает выпучивание лицевых слоев и часто выполняет изоляционную функцию.
Способ производства основного вида сэндвич-оболочек состоит из нанесения полиэфирной смолы и стекловолокна ручным или пульверизационным методами на негативную форму (для лучшей отделки внешней лицевой поверхности). Затем, пока слой смолы еще липкий, на него накладывается пенополиуретановая панель толщиной около 2 см, поверх которой наносится внутренний лицевой слой. Или же пенополиуретан наносится на внешний слой оболочки методом распыления, но так как его толщина не может контролироваться при подобном нанесении, он представляет собой довольно неровное основание для внутреннего лицевого слоя. Поэтому в обоих случаях лицевая поверхность внутреннего слоя будет довольно грубой.
Уже многие годы известно, — я узнал об этом во Франции в 1959 г., — что некоторые пенопласты из семейства полиуретанов можно вводить в нагретые полые металлические формы, где под действием тепла они отверждаются, сохраняя при этом внутреннюю пенообразную структуру. Таким образом, сэндвич-панель или оболочку можно изготовить за одну операцию. Эта техника довольно широко применяется в мебельном производстве и для изготовления декоративных изделий в неопреновых формах, однако она еще не применялась для производства изделий строительного назначения 1.
1 В нашей стране, во Франции, в ГДР и ряде других стран уже в течение ряда лет применяется непрерывный способ изготовления трехслойных сэндвич-панелей с применением пенополиуретанового среднего слоя (утеплителя) и наружными слоями из тонкого гладкого или профилированного алюминия, стеклопластика и других материалов. Жидкая самовспенивающаяся смесь заполняет пространство между наружными облицовками и, затвердевая при обычных условиях, надежно их соединяет. Этим способом изготавливают панели практически любой необходимой длины и определенной ширины, готовые к быстрой сборке на строительной площа