ОТЧЕТ по лабораторным работам №1-№5 по дисциплине «Технология производства ЛА»

0

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национально-исследовательский университет)

Кафедра «Летательные аппараты и автоматические установки»

 

 

 

 

ОТЧЕТ

по лабораторным работам №1-№5

по дисциплине «Технология производства ЛА»

Преподаватель

__________

________________201г.

Выполнил

Студент группы

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск

 

 

Лабораторная работа №1

Раскрой армирующего материала

 

Цель работы: изготовить листовые заготовки армирующего материала.

Оборудование: электрический нож для раскроя тканей «KurisBOM 101», линейка, маркер, хаотично армированный стекломат плотностью 300 , ортотропная конструкционная стеклоткань из ровинга полотняного переплетения.

Основные понятия.

Композицио́нный материа́л (КМ), компози́т — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включённые в неё армирующие элементы (или наполнители). В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жёсткость и т. д.), а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Ортотропи́я свойств (от греч. órthos — прямой и tróроs — направление) — неодинаковость физических (физико-химических) свойств среды (например, прочности, упругости, электропроводности, теплопроводности и др.) по двум (трем) взаимно перпендикулярным направлениям, внутри этой среды. Ортотропия является частным случаем анизотропии.

Синергизм — суммирующий эффект взаимодействия двух или более факторов, характеризующийся тем, что их действие существенно превосходит эффект каждого отдельного компонента в виде их простой суммы.

 

Область применения композиционных материалов на основе стекловолокна.

Из стеклопластиков производят следующие изделия: дверные, оконные и другие профили, бассейны, купели, водные аттракционы, водные велосипеды, лодки, рыболовные удилища, таксофонные кабины, кузовные панели и обвесы для грузовых и легковых автомобилей, диэлектрические лестницы и штанги для работ в опасной близости от конструкций под напряжением.

Очень удобно, что стеклопластик можно производить любой формы, цвета и толщины.

Стеклопластик — один из наиболее широко применяемых видов композиционных материалов. Из стеклопластиков в частности изготавливают трубы, выдерживающие большое гидравлическое давление и не подвергающиеся коррозии, корпуса ракетных двигателей твёрдого топлива (РДТТ), радиопрозрачные купола и обтекатели различных антенн, лодки, корпуса маломерных судов и многое другое. В США начало широкого применения конструкционных стеклопластиков было инициировано осуществлением программы «Поларис» во второй половине 1950-х годов — программы создания первой твердотопливной ракеты ВМФ США для подводного старта.

Трубы и трубчатые конструкции получают намоткой пропитанного связующим (смола + отвердитель + модифицирующие добавки) стекловолокна, на вращающуюся оправку (чаще всего стальную) с последующим отверждением и распрессовкой (снятием намотанной трубы со стальной оправки). Если диаметр трубы большой, то технически и экономически целесообразно использовать стеклопластиковую оправку.

Стойкость к действию химикатов и эксплуатационные показатели стеклопластика продемонстрированы за прошедшие 60 лет успешным использованием разнообразных изделий из композитов в сотнях различных химических сред. Практический опыт был дополнен систематической оценкой соединений, подвергнутых воздействию большого количества химических сред в лабораторных условиях.

Стеклопластиковые корпуса моделей судов, самолётов, машин и т. п. можно вручную изготавливать из эпоксидного клея и стеклоткани в условиях кружка или детской мастерской, что довольно часто практикуется в домах детского творчества.

Листовой стеклопластик заводского изготовления известен как стеклотекстолит, он широко используется в электротехнике в качестве основы для печатных плат.

Стеклопластики особых сортов используются в составе композитной брони танков и прочей военной техники.

Картинки по запросу стеклоткань это

Стеклоткань — это материал, созданный на основе стеклянных нитей. Плотность и толщина стеклоткани бывает разная, в зависимости от ее использования. По сравнению с обычным стеклом стеклоткань имеет такие преимущества, как гибкость и устойчивость.

Стекломат конструкционный это полотно состоящее из рубленых стекловолокон, связанных друг с другом полимерным связующим (порошковым либо эмульсионным).

Для различных целей применяют различные виды стекломатов, такие как стекловуаль, сэндвич-мат, но самым популярными остаются стекломаты из стекла типа "Е" плотностью 300, 450, 600 г/м2.

Стекломат возможно применять с любыми видами смол: эпоксидной, полиэфирной, винилэфирной, замасливатель отлично растворим в стироле.

 

Перед началом работ необходимо:

  • внимательно ознакомиться с инструкциями охраны труда при работе с оборудованием, пройти инструктажи по технике безопасности и пожарной безопасности;
  • привести в порядок и надеть предусмотренные нормами спецодежду, спецобувь и другие средства индивидуальной защиты. Одежда не должна иметь развевающихся концов, украшения (в том числе кольца) должны быть сняты,спецодежда не должна иметь повреждений и быть застегнутой на все пуговицы, руки должны быть полностью защищены;
  • осмотреть рабочее место, убрать все, что может помешать выполнению работ или создать дополнительную опасность.

 

Ход работы:

 

Размеры листовых заготовок армирующего материала выбираются, исходя из следующих ограничивающих факторов:

  • Необходимые размеры пластины или количество образцов, изготавливаемых их неё;
  • Размеры матрицы, на которой будет формоваться изделие из КМ.

 

  • С помощью маркера и линейки наносится разметку на стекломат и стеклоткань (рисунок 1.1), согласно которой будет проводиться раскрой. Размеры листовых заготовок выбираются с запасом 10…15 мм с каждой стороны матрицы.
  • С помощью электрического ножа для раскроя тканей «KurisBOM 101» (рисунок 1.2) раскраивается стекломат и стеклоткань согласно нанесенной разметке. Подписывается на каждой листовой заготовке порядковый номер и номер пластины, подлежащей формовке

 

                               а                                                                                 б

Рисунок 1.1 – Армирующие материалы:

а – хаотично армированный материал;

б – стеклоткань (ортотропное плетение)

 

Порядок работы с электрическим ножом для раскроя тканей «KurisBOM 101»:

  • Убрать все посторонние предметы с поверхности, на которой будет проводиться раскрой.
  • Перед подключением ножа к сети убедиться, что тумблер слева от рукояти ножа находится в положении «выкл.».
  • Подключить электрический нож к удлинителю, убедиться, что провода не перекручены и ничто не мешает перемещению провода.
  • Установить защитный кожух по толщине материала.
  • Включить нож нажатием на тумблер, находящийся слева от рукояти.
  • Не отрывая нож от стола прямолинейным равномерным движением раскроить ткань по нанесенной разметке.
  • Смена направления раскроя должна происходить только при выключенном ноже.

Рисунок 1.2– Электрического нож для раскроя тканей «KurisBOM101»

 

Техника безопасности

В целях обеспечения техники безопасности необходимо выполнять следующие требования:

1)Следить, чтобы спецодежда в процессе работы не касалась вращающегося режущего элемента.

2)Не останавливать вращающийся режущий элемент руками.

3)При разрезании, убедитесь, что ваши руки всегда опираются на материал рядом с ножом и никогда перед ним.

4)Убедитесь, что сетевой кабель вдали от контура резки для того, чтобы уменьшить риск разрезания кабеля.

Раскрой хаотично армированного стекломата не должен вызвать затруднений, а в процессе раскроя стеклоткани нужно следить, чтобы не образовывались затяжки, так как это может отрицательно повлиять на механические свойства получаемого изделия и затруднит его формование.

При раскрое конструкционной стеклоткани особое внимание нужно уделить точности раскроя. Раскрой необходимо проводить вдоль волокон ровинга. В противном случае ткань начнет распускаться.

Конструкционная стеклоткань из ровинга и стекломат из рубленного волокна имеют одинаковые свойства во взаимно перпендикулярных направлениях (ортотропия свойств).

В процессе работы получают 4 листа стеклоткани. Геометрические характеристики раскроя заготовок представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Учет раскроенных заготовок

№ пластины

Армирующий материал

Размеры слоя,

Количество слоев, шт

Суммарная площадь,

1

ХАСП 300

0,3х0,2

1

0,06

2

Конструкционная стеклоткань

0,3х0,2

1

0,06

3

ХАСП 300

0,3х0,2

1

0,06

4

Конструкционная стеклоткань

0,3х0,2

1

0,06

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №2

Подготовка связующего материала

 

Цель работы: подготовить связующий материал для ручного формования пластины из КМ.

Оборудование:мерные стаканы, полимерные емкости, полиэфирная смолаAropol M604 TB, отвердитель Бутанокс – М50, пирометр, часы, шприц, кисть, весы, растворитель (ацетон), ветошь.

 

Основные понятия.

Гелеобразование (застудневание) – переход коллоидного раствора в студнеобразное состояние вследствие возникновения в объеме жидкости пространственной структурной сетки.

 

Эпоксидная смола — олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры. Наиболее распространённые эпоксидные смолы — продукты поликонденсации эпихлоргидрина с фенолами. Эпоксидные материалы востребованы практически во всех сферах промышленности. В свободном виде эпоксидная смола не применяется. Она проявляет свои уникальные свойства только в соединении с отвердителем после реакции полимеризации. При комбинировании разных видов эпоксидных смол и отверждающих веществ получаются совершенно непохожие материалы: твердые и жесткие, прочнее стали и мягкие, наподобие резины. Эпоксидные смолы обладают устойчивостью к воздействию кислот, галогенов, щелочей, растворяются в ацетоне и сложных эфирах без образования пленки. Отвержденные эпоксидные составы не выделяют летучие вещества и отличаются незначительной усадкой.

 

Отвержде́ние — действие, в результате которого происходит необратимое превращение жидких реакционноспособных олигомеров и (или) мономеров в твердые неплавкие и нерастворимые сетчатые полимеры. Процесс отверждения протекает с участием специальных отвердителей или в результате взаимодействия реакционноспособных групп олигомеров между собой под действием тепла, ультрафиолетового света или излучения высокой энергии. Является важной технологической операцией при формовании изделий из реактопластов, герметизации заливочными компаундами и герметиками, получении клеевых соединений илакокрасочных покрытий. Процесс отверждения каучуков принято называть вулканизацией.

Отверждение может протекать при обычной и повышенной температуре, и соответственно подразделяться на холодное и горячее отверждение, при повышенном или пониженном давлении, на открытом воздухе или без доступа кислорода О2. Отверждение полимеров может протекать по механизму поликонденсации (например, отверждение фенолоформальдегидных смол) или полимеризации (например, отверждение полиэфирных смол). В отдельных случаях в одном процессе могут сочетаться оба механизма (например, отверждение эпоксидных смол ангидридами кислот в присутствии катализаторов — третичных аминов).

 

 

Перед началом работ необходимо:

  • на рабочем столе приготовить емкость с растворителем и ветошью.
  • внимательно ознакомиться с инструкциями охраны труда при работе с пирометром, эпоксидными и полиэфирными смолами и материалами на их основе, пройти инструктажи по технике безопасности и пожарной безопасности;
  • привести в порядок и надеть предусмотренные нормами спецодежду, спецобувь и другие средства индивидуальной защиты. Одежда не должна иметь развевающихся концов, украшения (в том числе кольца) должны быть сняты,спецодежда не должна иметь повреждений и быть застегнутой на все пуговицы, руки должны быть полностью защищены;
  • осмотреть рабочее место, убрать все, что может помешать выполнению работ или создать дополнительную опасность.

 

Основная информация

Полиэфирные смолы – это уникальный материал, получаемый в результате поликонденсации между ненасыщенными дикарбоновыми кислотами и определёнными спиртами.

 

Достоинства полиэфирной смолы

  • После отверждения смола превращается в высокопрочный конструкционный материал, устойчивый к воздействию химикатов, диэлектричный и экологически безопасный. При использовании для армирования смолы стеклотканей ее свойства могут сравниваться со свойствами металлов и даже превосходить их.
  • Поскольку полиэфирная смола отверждается при комнатной температуре и не выделяет при этом никаких летучих веществ, технология ее использования проста и безопасна. Для этого не нужно ни специальное оборудование, ни тепловая энергия. Низкая стоимость полиэфирной смолы, вдвое меньшая по сравнению с эпоксидной смолой, способствует активному применению ее в промышленности.

 

 

 

 

 

 

Недостатки полиэфирных смол

  • Токсичность стирола, применяемого в качестве растворителя. Разработаны современные марки, в которых стирол не содержится.
  • Полиэфирные смолы – горючие вещества, но при введении в их состав порошковых наполнителей или химического модифицирования получаются смолы, которые горят с трудом и относятся к классу самозатухающих.
  • Смолы неустойчивы к щелочам, однако есть составы, которые отлично выдерживают воздействие щелочей и используются в химической промышленности.

Свойства полиэфирной смолы Aropol M604 TB

 

Aropol M604 TB – полиэфирная смола с малой эмиссией и малым содержанием стирола на основе DCPD. Смола предускоренная и тиксотропная.

Тиксотропия (тиксотропность) — способность субстанции уменьшать вязкость (разжижаться) от механического воздействия и увеличивать вязкость (сгущаться) в состоянии покоя.

Основные характеристики смолы – малая эмиссия стирола, хорошее смачивание стекловолокна, малая усадка и хорошее качество поверхности.

Свойства неотвержденной и отвержденной смолы приведены в таблицах 2.1 и 2.2 соответственно.

Таблица 2.1 – Свойства неотвержденной смолы при 23°С

Вязкость, по Брукфильду, RV2, 10rpm

1200 мПа∙с

Вязкость, Кон & Плат.

180 мПа∙с

Содержание стирола

37%

Время гелеобразования при 1% ПМЭК-50

35 мин

Пик экзотермы

120 мин

 

Таблица 2.2 – Свойства отвержденной смолы

Предел прочности на растяжение

45 МПа

Модуль при растяжении

3100 МПа

Относительное удлинение

1,6%

Температура термической деформации

85 °С

Твердость

40 Barcol

Водопоглощение 28 дней (образец 50*50*4 мм )

76 мг/образец

 

 

Область примененияAropol M604TB: смола разработана для использования в технологиях напыления и ручной формовки и предназначена для производства изделий для судостроения, транспорта и гражданского строительства.

 

 

Свойства отвердителя Бутанокс – М50

 

Отвердитель представляет собой пероксид метил этил кетона в пластификаторе на фталиевой основе. Свойства отвердителя приведены в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 – Свойства отвердителя Бутанокс – М50

Массовая доля стирола, %

37 - 43

Плотность, г/см3

1,10 - 1,13

Вязкость, при t 20 C

16 - 30

Время желатинизации с МЭК 1%, мин.

35 - 45

Время желатинизации с МЭК 2%, мин.

15 - 25

Внешний вид

Прозрачная бесцветная жидкость

Активный окислитель

8,8-9,0%

 

Плотность, 20 °С

1180 г/см3

Вязкость, 20 °С

24 мПа∙с

Содержание воды

максимум 3,0%

 

 

Система отверждения Butanox M-50/кобальтовый ускоритель практически подходит для отверждения гелькоутов, смол для ламината, лаков и литья; кроме того, производство слабопрочных частей может быть противоположно отверждающей системе пероксид бензола/аминовый ускоритель.

 

Ход работы:

  1. Определить время жизнеспособности смолы.

Для определения времени жизни смолы (времени, после которого становится невозможным её дальнейшее нанесение на изделие) проводится гель-тест. Для проведения гель-теста отбирается несколько равных порций смолы, в каждую из которых добавляется разное количество отвердителя. В тесте фиксируется время, по истечению которого смола загустевает. Исходя из гель-теста выбирается процент отвердителя по массе относительно смолы, подходящий для конкретных условий (время, необходимое для выкладки композита).

 

Выбор массовой доли отвердителя зависит от поставленной задачи и от технических характеристик смолы и отвердителя. Рекомендуется взять 0,5; 1; 1,5% отвердителя Бутанокс-М50.

 

Порядок проведения гель-теста:

  • Подписать полимерные емкости порядковым номером (1 - 3).
  • Налить 100гр полиэфирной смолы в каждую емкость, массу контролировать с помощью электронных весов (рисунок 2.2).
  • Подготовить пероксид метилэтилкетона, с помощью шприца добавить необходимое количество отвердителя.
  • Тщательно перемешивать кистью в течение 1…2 минут
  • Повторить пункты 3 и 4 для второго и третьего компаунда.

  • Отметить время начала наблюдений, наблюдения регистрировать каждые 5 мин.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 – Контроль массы смолы

 

 

Наблюдения за изменением цвета проводятся зрительно, контроль за температурой осуществляется с помощью лазерного пирометра «Testo 830-T2». Для наблюдения за механизмом отверждения заполняются таблицы 2.3-2.4  для каждого образца теста.

 

 

 

 

 

Таблица 2.4 – Состав образца теста.

Состав образца теста

Процентное содержание, %

Массовая доля, гр

Полиэфирная смола Aropol 604 TB

100

110

Пероксид метилэтилкетона (Бутанокс – М50)

1,5

1,65

 

Таблица 2.5 – Результаты наблюдений.

Время наблюдения, мин

Температура образца

Наблюдаемые изменения

 

 

 

 

По результатам гель-теста выбрать состав обеспечивающий минимум 30-40 минут жизнеспособности смолы.

  1. Рассчитать массовый состав изделий

 

В зависимости от плотности армирующего материала для его пропитки потребуется различное количество смолы, поэтому перед началом укладки нужно провести расчет необходимого количества смолы.

Приближенная оценка необходимого количества смолы для изготовления пластины с заданным количеством слоев армирующего материала выглядит следующим образом: масса смолы должна составлять примерно 60 % от полной массы готового изделия. Окончательную величину количества смолы необходимо взять с учетом технологического запаса, который составляет 15 - 20%.

где  – масса армирующего материала.

где  - Суммарная площадь армирующего материала, м2;

- Плотность армирующего материала, гр/м2

Результаты расчета для изготавливаемых пластин рекомендуется свести в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 – Состав изделий

№ Пластины

Армирующий материал

Количество слоев

Суммарная площадь армирующего материала, м2

Плотность армирующего материала, гр/м2

Масса смолы

1

Стеклоткань

4

0,24

300

129

 

 

 

 

 

Для расчета количества отвердителя необходимо использовать результаты гель-теста. Отвердитель удобно добавлять шприцом, поэтому дополнительно необходимо рассчитать  объем необходимого количества отвердителя.

Таблица 2.7 – Количество отвердителя

№ Пластины

Масса смолы, гр.

Массовая доля отвердителя, %

Масса отвердителя, гр.

Объем отвердителя, мл

1

129

1,5

1,9

1,8

 

По окончании работ необходимо:

 

  • Неизрасходованную смолу убрать в специальное для хранения место.
  • Привести в порядок рабочее место, сложить инструменты и приспособления в специально отведенное место.
  • Снять спецодежду и другие средства индивидуальной защиты и повесить их в специально предназначенное место.
  • Вымыть руки и лицо теплой водой с мылом.

 

 

 

Лабораторная работа №3

Изготовление пластин из КМ методом контактного формования

 

Цель работы: изготовить пластину из КМ методом контактного формования.

 

Оборудование: Форма-матрица из МДФ, шпатель, абразивный материал различной зернистости, ветошь, полимерные емкости, раствор для очистки поверхности, разделительный воск, листовые заготовки армирующего материала (Лабораторная работа №1), смола с отвердителем (Лабораторная работа №2), растворитель (ацетон), кисточки для нанесения смолы (50мм и 100мм), набор валиков (разбивочные и прикаточные).

 

Основные понятия.

 

Технологии получения изделий из КМ:

  • Ручное формирование
  • Намотка
  • Напыление
  • Прессование

Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание) в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярными взаимодействиями (Ван-дер-Ваальсовыми, полярными, иногда —химическими или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, то есть сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, то есть разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихсяповерхностей: так, при взаимодействии поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу низкого значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит, дисульфид молибдена), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии, применяются в качестве твёрдых смазок.

Наиболее известные адгезионные эффекты — капиллярность, смачиваемость/несмачиваемость, поверхностное натяжение, мениск жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке жидкости.

Отвержде́ние — действие, в результате которого происходит необратимое превращение жидких реакционноспособных олигомеров и (или) мономеров в твердые неплавкие и нерастворимые сетчатые полимеры. Процесс отверждения протекает с участием специальных отвердителей или в результате взаимодействия реакционноспособных групп олигомеров между собой под действием тепла, ультрафиолетового света или излучения высокой энергии. Является важной технологической операцией при формовании изделий из реактопластов, герметизации заливочными компаундами и герметиками, получении клеевых соединений и лакокрасочных покрытий.

 

Постотверждение – технологическая операция, выполняемая после формования конструкции с целью полного завершения процесса полимеризации связующего компонента. Состоит из двух этапов: на первом этапе изделие выдерживается при комнатной температуре, на втором - при повышенной температуре.

 

Перед началом работ необходимо:

 

  • на рабочем столе приготовить ветошь и емкость с растворителем.

внимательно ознакомиться с инструкциями охраны труда при работе с  эпоксидными и полиэфирными смолами и материалами на их основе, климатической испытательной камерой «ТермоФаг» СШ-700/40.250, пройти инструктажи по технике безопасности и пожарной безопасности;

  • привести в порядок и надеть предусмотренные нормами спецодежду, спецобувь и другие средства индивидуальной защиты. Одежда не должна иметь развевающихся концов, украшения (в том числе кольца) должны быть сняты,спецодежда не должна иметь повреждений и быть застегнутой на все пуговицы, руки должны быть полностью защищены;
  • осмотреть рабочее место, убрать все, что может помешать выполнению работ или создать дополнительную опасность.

 

Ход работы:

 

Подготовка формовочной пластины (матрицы)

 

  1. Перед началом выкладки матрица должна быть очищена от грязи, жира и остатков смолы, которые могли остаться после предыдущего формования.

Порядок очистки формы-матрицы:

  • Специальным полимерным шпателем аккуратно удалить скопления грязи и смолы, оставшейся после предыдущего формования.
  • Абразивным материалом зашкурить поверхность матрицы для получения максимально гладкой поверхности.
  • Удалить всю пыль, протереть ветошью смоченной в специальном растворе для очистки поверхности. Смоченной ветошью круговыми движениями протирать матрицу небольшими участками, после протереть насухо сухой ветошью.
  1. После очистки матрицы на нее нужно нанести разделительный слой, который позволяет исключить прилипание изделия к матрице и облегчит его съем после отверждения. Разделительный слой представляет собой несколько слоев воска.

 

 

Порядок нанесения разделительного слоя:

 

  • Открыть банку с воском, подцепив крышку шпателем. При помощи шпателя взять немного воска и завернуть его в ветошь.
  • Нанесение осуществлять завернутым в ветошь воском круговыми движениями на всю поверхность формы-матрицы.
  • Дать слою воска подсохнуть в течение 30-45 минут.
  • Аккуратно отшлифовать слой воска фланелевой ветошью.
  • Повторить пункты 2-4 для нанесения еще 2 - 3х слоев
  • После нанесения последнего слоя выждать 10 минут и приступить к формованию.

Избыток воска недопустим, так как смола диффундирует с воском, что приводит к ухудшению механических характеристик готового изделия из КМ.

 

  1. Контактное формование пластины из КМ производится по следующему алгоритму:
  • На поверхность матрицы кистью равномерно наносится первый слой подготовленного связующего;

После нанесения смолы кисть должна быть погружена в растворитель.

  • На нанесенную смолу накладывается первый слой армирующего материала.
  • После накладки первого слоя для качественной пропитки его нужно прокатать разбивочным валиком, что улучшит протекание смолы сквозь слой и облегчит выход воздуха из-под него;
  • После прокатки разбивочным валиком нужно выдавить из слоя образовавшиеся пузыри воздуха и максимально уплотнить слой (выдавить излишки смолы), для чего используется прикаточный валик. Слой должен быть прикатан без складов. Наличие в КМ пузырей воздуха и излишков смолы резко ухудшает его механические свойства.

После прикатки  каждого слоя валики должны быть погружены в растворитель.

Перед началом прикатки каждого слоя валики и кисть необходимо насухо протереть ветошью.

 

5)Далее процедуры нанесения связующего и прикатки повторяются для необходимого количества слоев;

6)На последний слой армирующего материала после прикатки по необходимости может быть нанесен финальный слой смолы.

 

  1. Отверждение пластины.

После выкладки пластины нужно дождаться полного отверждения смолы, что занимает примерно 12 часов. Отверждение должно происходить при влажности не более 70%.

 

  1. Постотверждение пластины

После отверждения пластина снимается с матрицы и по необходимости подвергается постотверждению, позволяющему достичь наилучших механических характеристик изделия. Постотверждение приводит к более полному испарению растворителя (стирола) из смолы.

В таблице 3.1 приведена приближенная зависимость механических свойств полиэфирной смолы от содержания стирола. Полнота отверждения может быть оценена по твердости смолы по шкале Баркола (измерение твердомером Баркола).

 

Таблица 3.1 – зависимость механических свойств полиэфирной смолы от содержания стирола

Содержание стирола %

Состояние композиции

 

37 (исходное состояние)

Неотвержденная смола

-

3,5 (4-5 часов после начала отверждения)

Отвержденная смола

60%( )

2,5 (16-24 часа после начала отверждения)

75% ( )

1,5 – 2 (после постотверждения)

95% ( )

 

Температурный режим постотверждения выбирается исходя из марки смолы и толщины полученного изделия. Нагрев и охлаждение изделия должны происходить плавно для исключения возможности растрескивания связующего.

Температурный режим строится по следующим правилам:

  • Нагрев изделия в течение часа до температуры на 10…15°С ниже температуры термической деформации смолы. Для полиэфирной смолы Aropol 604TB температура термической деформации составляет 85°С, следовательно, выбирается максимальная температура режима постотверждения равной 70°С;
  • Изделие должно выдерживаться при максимальной температуре в течении времени, зависящего от толщины пластины: по 2 часа на каждый миллиметр толщины
  • В течение 4 часов снижение температуры до комнатной.

 

 

 

Таблица 3.2. – Планирование температурного режима постотверждения

№ пластины

Толщина образца

Температурный режим постотверждения

1

2

70°С

 

Пример температурного режима постотверждения показан на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Режим постотверждения полиэфирной смолы

 

Для осуществления процесса постотверждения необходимо воспользоваться климатической испытательной камерой «ТермоФаг» СШ-700/40.250.

Порядок работы с климатической испытательной камерой:

  • Отвержденную пластину загрузить в климатическую испытательную камеру
  • Плотно закрыть дверцу
  • Установить положение защитного термостата на 150-200
  • Включить климатическую испытательную камеру поворотом тумблера «Сеть» по часовой стрелке и поворотом тумблера «Пуск» по часовой стрелке.

      5)На термоконтроллере  в зависимости от температурного режима изменять температуру с учетом тепловой инерционности, которая приблизительно равна 10-20

*В данной лабораторной работе процесс постотверждения не проводился.

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №4

Механическая обработка изготовленных пластин из КМ

 

Цель работы: изготовить образцы для определения предела прочности полученного материала на растяжение.

 

Оборудование:пластины из КМ, циркулярная пила «MutronicDIADISC 4200», угловая шлифовальная машина, отрезной диском по камню, фрезерный станок с ЧПУ «MutronicDIADRIVE 2000», штангенциркуль, маркер.

 

Перед началом работ необходимо:

 

  • внимательно ознакомиться с инструкциями охраны труда при работе с эпоксидными и полиэфирными смолами и материалами на их основе, циркулярной пилой «MutronicDIADISC 4200» и фрезерным станком «MutronicDIADRIVE 2000» , пройти инструктажи по технике безопасности и пожарной безопасности;
  • привести в порядок и надеть предусмотренные нормами спецодежду, спецобувь и другие средства индивидуальной защиты. Одежда не должна иметь развевающихся концов, украшения (в том числе кольца) должны быть сняты,спецодежда не должна иметь повреждений и быть застегнутой на все пуговицы, руки должны быть полностью защищены;
  • осмотреть рабочее место, убрать все, что может помешать выполнению работ или создать дополнительную опасность.

 

Основные понятия.

 

Механическая обработка изделий из КМ.

Композиционные материалы из борного волокна и эпоксидной смолы требуют значительной механической обработки. Матрица из эпоксидной смолы обрабатывается относительно легко, но в некоторых случаях ее сравнительно низкая прочность не обеспечивает достаточной связи борного волокна, чтобы предотвратить его разрыв.

Композиционные материалы, армированные металлическими и углеродными волокнами, удовлетворительно обрабатываются методами механической обработки резкой, фрезерованием, сверлением, шлифованием. Трудности возникают при обработке композиционных материалов, упрочненных вольфрамовой проволокой диаметра, большего 0,3 мм. Механическая обработка материалов, армированных волокнами, методами резания практически невозможна. Борные волокна, обнаруживающие высокие абразивные свойства, быстро притупляют режущие кромки инструмента, а сами волокна вблизи линии реза выкрашиваются, разрушаются и выдергиваются из матрицы. Обрабатывающий инструмент и материал разогреваются, армирующие волокна теряют прочность, а сама композиция очень часто расслаивается.

Требуемый уровень механических свойств композиционных материалов достигается посредством применения соответствующих технологических приемов обработки и создания определенного сочетания структурных элементов в объеме материала.

 

Ход работы:

 

  1. Первичная обработка полученных изделий

Так как листовые заготовки армирующих материалов были изготовлены с запасом, то нужно срезать излишки материала, также должен быть удален участок пластины в краевой зоне (5…10 мм) имеющий неудовлетворительные механические свойства. Эти процедуры могут быть проведены с использованием циркулярной пилы «MutronicDIADISC 4200»

 

Порядок работы с циркулярной пилой «MutronicDIADISC 4200»:

  • Подключить пылесос к системе пылеудаления циркулярной пилы
  • Установить опорную линейку согласно необходимому размеру.
  • Включить пылесос
  • Включить циркулярную пилу
  • Обрезать неровности пластины, полученные в результате формования, для этого необходимо прижать заготовку к подвижному столу, постепенно без усилий перемещать заготовку вместе со столом, руки держать в стороне от плоскости режущего диска.

Для испытаний на определение предела прочности на растяжение необходимо изготовить образцы по ГОСТ 25.601-80

Образец, соответствующий требованию ГОСТ 25.601-80 приведен на рисунке 4.1, толщина образца должна быть больше 1 мм.

    Рисунок 4.1 – Образцы для испытаний КМ на растяжение по ГОСТ 25.601-80

 

 

  1. Для получения образцов, показанных на рисунке 4.1, предварительно необходимо подготовить  прямоугольные заготовки размером 20х250. Такие заготовки можно получить при помощи циркулярной пилы «MutronicDIADISC 4200».
  2. Для изготовления лопаток по ГОСТ 25.601-80, необходимо воспользоваться фрезерным станком с ЧПУ «MutronicDIADRIVE 2000», на котором можно получить образцы высокой точности.

 

 

 

 

 

Порядок работы с фрезерным станком «MutronicDIADRIVE 2000»:

  • Расположить кнопку аварийного выключения возле себя, в случае внештатных ситуаций немедленно остановить работу станка нажатием на кнопку.
  • Заготовки поместить в зажимы станка по центру.
  • Подключить пылесос к системе пылеудаления. Питание пылесоса подключить, через специальный блок питания, входящий в комплектацию к фрезерному станку. Включить пылесос. Благодаря блоку питания пылесос будет автоматически включаться только после начала работы станка. Раструбы системы пылеудаления установить таким образом, чтобы они не препятствовали движению.
  • Включить компьютер, запустить программу EdiTasc.
  • Включить станок нажатием на кнопку, находящуюся сзади с левой стороны станка.
  • Запустить программу G-кода.

 

  1. Рекомендуется на каждом образце маркером указать номер пластины из которой образцы были вырезаны, порядковый номер образца и его толщину.

Для контроля образцов заполняется таблица 4.1.

 

Таблица 4.1 – Образцы для испытаний на растяжение

№ пластины

№ образца

Средняя толщина базы, мм

Ширина базы, мм

1

1

1,89

10,4

1

2

1,62

10,2

1

3

1,71

10,2

1

4

1,74

10,2

1

5

1,69

10,2

 

 

 

Лабораторная работа №5

Экспериментальное определение механических характеристик КМ

 

Цель работы: экспериментально определить механические характеристики полученных композиционных материалов.

 

Оборудование:образцы, испытательная машина Instron, экстензометр.

 

Ход работы:

  1. Предварительно образцы номеруются маркером с указанием размера базы и толщины.

2.Образцы поочередно закрепляются в зажимных устройствах испытательной машины Instron.

 

Рисунок 5.1 – Испытательная машина Instron с зажимными устройствами

Рисунок 5.2 – Фиксация образца в испытательной машине

 

  1. В специальную программу вводятся значения размеров заготовок.

 

Рисунок 5.3 – Окно программы для ввода размеров образцов для испытания

 

  1. В программе выбирается модуль вычислений – «автоматический»

Рисунок 5.4 – Окно программы для выбора модуля вычисления

 

  1. Далее запускается установка, после разрушения образца он извлекается, и действия повторяются для оставшихся образцов.

 

Рисунок 5.5 – Разрушенные образцы

 

 

6.По результатам испытаний на растяжение каждого образца записывается его диаграмма деформирования, используя которую определяются механические характеристики материала.

 

На рисунке 5.1 приведена иллюстрация определения механических характеристик материала по диаграмме деформирования. Красная линия определяет угол наклона линейного участка деформирования. Параллельная ей зеленая линия определяет предел пропорциональности, соответствующий остаточной деформации 0,2% при линейной разгрузке. Предел прочности определяется как максимальное напряжение до разрушения образца.

 

Рисунок 5.2 – Иллюстрация определения механических характеристик материала по диаграмме деформирования

 

На рисунках 5.3 и 5.4 приведены результаты испытаний в виде графиков, на которых отображены зависимости растягивающей силы от деформации, а также зависимость растягивающего напряжения от деформации.

Рисунок 5.3 – Зависимость растягивающей силы от деформации для испытываемых образцов

Рисунок 5.4 – Зависимость растягивающего напряжения от деформации для испытываемых образцов

 

Результаты испытаний для всех образцов каждой пластины из ПКМ сведите в таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1 – результаты испытаний образцов КМ на растяжение n-ой пластины.

 

Характеристика

Номер образца

1

2

3

Предел прочности, МПа

117

155

130

 

 

 

Выводы по лабораторным работам

 

В ходе лабораторных работ студенты на практике ознакомились со способом контактного формирования изделий из композиционных материалов, особенностями их изготовления и обработки, а также выполнили испытания полученных образцов на растяжение, получив данные о механических свойствах композиционного материала, из которого были изготовлены образцы.

По результатам испытаний были получены сведения о максимальной несущей способности образцов, то есть максимальная выдерживаемая нагрузка на растяжение и максимальные растягивающие напряжения при определенных ширине и толщине материала оразцов.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что образец 2 был изготовлен качественнее всех. то есть не имел технологических дефектов в испытываемом объеме материала. Это подтверждается наивысшей максимальной нагрузкой при наименьшей площади поперечного сечения.

Образец 1 имел в испытываемом объеме материала очевидный технологический дефект изготовления – это объясняет характер соответствующих ему линий на графиках, а также наименьшую несущую способность при наибольшей площади сечения.

Образец 3 не имел значительных технологических дефектов, что объясняет промежуточные результаты испытания и поведение линий на графиках, а также почти мгновенное разрушение без переходных стадий.

 

Скачать:  У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Категория: Лабораторные работы / Лабораторные по машиностроению

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.