книги / Материалы на основе ненасыщенных полиэфиров

го в стеклопластике необходимо контролировать его расход при пропитке. Он зависит от типа стеклоткани; например, для стеклотканей марок ТР-0,7-41, ТР-0,7- ГВС-9, Т-11-ГВС-9 и ЭЗ-200 расход полиэфирного свя­ зующего соответственно составляет 0,8— 1; 0,8— 1; 0,4— 0,55 и 0,25—0,30 кг/м2.

Пропитанная стеклоткань отверждается непосредст­ венно на оснастке (столе, шаблоне) при температуре не ниже 18°С и влажности не более 65% в течение 30— 60 мин с последующим доотверждением при 60—70°С в течение 2—3 ч. Готовые стеклопластиковые изделия сни­ мают с оснастки через 72—96 ч и обрезают до необхо­ димого размера алмазными кругами. Такой метод ши­ роко используется при изготовлении корпусов судов, ло­ док, кузовных частей автомобилей, резервуаров и других крупногабаритных деталей.

3.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДАМИ СВОБОДНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ

Широкое применение метод свободного литья на­ шел при переработке ненасыщенных полиэфирных смол в производстве деталей радиртехнического назначения, электрического оборудования кабельных муфт, налив­ ных полов, листовых и стержневых заготовок для полу­ чения пуговиц, пряжек и бижутерии и т. д.

К заливочным композициям предъявляются следую­ щие требования: они должны иметь невысокую вязкость, умеренную усадку, небольшой экзотермический эффект при отверждении, а в отверждаемом состоянии повы­ шенную ударную прочность и в ряде случаев высокие показатели электроизоляционных свойств, улучшенную прозрачность, теплопроводность, износостойкость и хи­ мическую стойкость.

Заливку в открытые и закрытые формы осуществля­ ют, как правило, после введения отверждающей систе­ мы без применения внешнего давления, но иногда ис­ пользуют простейшие приспособления для заливки под давлением сжатого воздуха 0,02—0,2 МПа.

Необходимое время гелеобразования и отверждения обеспичвается соотношением и количеством компонен­ тов отверждающей системы. Для ускорения отвержде­ ния изделий формы нагревают, причем температура на­ грева зависит от применяемой системы отверждения.

Ускорение процесса отверждения может быть до­ стигнуто путем обработки смолы токами высокой часто­ ты. Например, отверждение полиэфирного связующего на основе смолы ПН-12 и отверждающей системы НК-3 и ПМЭК ускоряется в 100— 150. раз при использовании генератора ВЧД-16.6/40-НП-Л-01 мощностью 1,6 кВт с частотой тока 38—40-106 Гц. При этом достигается по­ вышение твердости на 10—22% и снижение абразивного износа на 11— 18% [194]. Свободную отливку можно производить в формах из полиэтилена, пропилена, при­ менение которых не требует нанесения антиадгезионной смазки на рабочую поверхность форм.

Кроме того, применяют также формы из силиконовой резины, особенно при изготовлении декоративных изде­ лий: деталей мебели, багетов для обрамления картин, статуэток, украшений, пуговиц, пряжек и др. Для изго­ товления эластичных форм используют силиконовые ре­ зины холодной вулканизации, которые хорошо растека­ ются по форме, отлично воспроизводят рисунок модели, при этом не требуется применения внешнего давления: они вулканизуются при температуре 18—20 °С в течение 0,5—24 ч; в вулканизованном состоянии отличаются вы­ сокой термостойкостью до 300 °С, низкой адгезией к лю­ бым материалам, в связи с чем модель отливаемого в формах изделия можно изготавливать из любого мате­ риала; при изготовлении форм не требуется применения специального оборудования. Для изготовления силико­ новых форм лучше всего использовать компаунды марок КЛСЕ и КЛТ-30, а также герметики «Виксинт К -18» и «Виксинт У-1-18» [195].

Изготовление эластичных форм включает следующие процесы: изготовление модели, формы для отливки силиконовой матрицы, крепление модели в форме, при­ готовление силиконового компаунда и заливка в форму, вулканизация, извлечение матрицы из формы, термооб­ работка матрицы, изготовление копий модели в матри­ це, размножение силиконовых матриц. Модель-оригинал разрабатывается и изготавливается из любого материа­ ла: пластика, дерева, металла, воска, пластилина и т. д. Силиконовый компаунд воспроизводит мельчайшие де­ тали рисунка модели, поэтому не допускаются какиелибо дефекты, в том числе отпечатки пальцев.

После подготовки модели изделие обезжиривают и закрепляют в форму. Форма для отливки силиконовых

матриц изготавливается в виде цилиндра или рамки со съемным дном. Для лучшего извлечения силиконовой матрицы из формы стенки обрабатывают антиадгезионным составом на основе воска, парафина (2%-ным раст­ вором в бензине БР-1). Допускается применение вазе­ лина и минерального масла. Закрепление модели в фор­ ме производится посредством липкой ленты, клея и лю­ бым другим способом, но с учетом того, что модель долж­ на плотно прилегать ко дну формы во избежание подте­ кания силикона под модель.

После смешения компонентов силиконовую компози­ цию дегазируют в вакууме для удаления пузырьков воз­ духа, захваченного в процессе смешения. При этом объ­ ем смеси увеличивается в 2—3 раза, поэтому емкость должна быть заполнена не более чем на 1/3 объема. Когда вспученная композиция возвращается к первона­ чальному объему, дегазацию прекращают. Если на по­ верхности модели имеется сложный рисунок, то перед заливкой ее покрывают тонким слоем силиконовой ком­ позиции, в которую введен катализатор вулканизации.

Вулканизация силиконовой формы длится	6—24 ч
при 20—25 °С. Когда композиция в процессе	вулкани­

зации потеряет липкость и наберет твердость, силико­ новую матрицу извлекают из формы и отделяют от мо­ дели. Для повышения ее долговечности требуется термо­ обработка при температуре 140— 160 °С. В процессе термообработки происходит довулканизация, удаляются летучие продукты реакции, стабилизируются свойства. Чтобы не произошла деформация матрицы из-за быст­ рого нагрева, температуру необходимо повышать, начи­ ная с 80 °С со скоростью 10—20°С/ч.

После термообработки в матрице из полиэфирной смолы отливается необходимое количество копий моде­ ли, по которым производится размножение силиконовых матриц. Для изготовления изделий свободной заливкой используются композиции на основе смол ПН-1 и ПН-12. Состав композиции на основе смолы ПН-12 следующий, мае. ч.:

Смола ПН -12	0	100,0
Ускоритель НК-3		,8-	1,0
Инициатор ПМЭК	0	,8-	1,2
Краситель	0, 1—0,3
Стирол	5 ,0—8,0

Количество компонентов отверждающей системы

(ускорителя и инициатора)		подбирается эксперимен­
тально, чтобы обеспечить время гейеобразования			13—
16 мин	(в течение которого смола сохраняет текучесть).
Этого	времени достаточно	для заливки 20—25	форм.

Стирол или 3%-ный раствор парафина в стироле вводит-* ся в композицию при отливке изделий в эластичных си­ ликоновых формах с целью снижения поверхностной лип­ кости.

Полиэфирная композиция заливается тонкой струей в силиконовые формы, нагретые до температуры 100— 120°С. После заливки рекомендуется поместить их в сушильный термошкаф с температурой 110± 10 °С, че­ рез 10—20 мин из форм извлекаются заготовки изделий и матрица без промывки готова к последующей залив­ ке.

В условиях мелкосерийного производства для изго­ товления изделий из ненасыщенных полиэфирных смол методом свободной заливки могут быть использованы установки типа УОС-2-1 [196, 197] с производитель­ ностью переработки полиэфирной композиции 50—70 кг/ч. Принцип работы установок состоит в следующем: композиция с ускорителем заливается в одну емкость, а с инициатором — в другую, затем композиции шнековы­ ми насосами подаются в смеситель проточного типа, где перемешиваются. Из смесителя композиция, способная к быстрому отверждению, подается к форме. На установ­ ке возможна одновременная заливка двух форм.

3.3. ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НПЭС

В строительстве широко применяются стеклоплас­ тики, полимербетоны, клеи, замазки, лаки, шпатлевки. Их использование обеспечивает снижение массы строи­ тельных деталей и конструкций, сокращение трудоемко­ сти их изготовления, повышение производительности строительно-монтажных работ, повышение качества и снижение сроков строительства, экономию материалов и повышение долговечности конструкций, особенно при воздействии агрессивных сред.

Стеклопластики используют главным образом в виде ограждающих конструкций, стеновых и кровельных па­ нелей, несущих строительных конструкций, архитектур­ но-строительных изделий и отделочных деталей, сани-

тарно-техническщ , изделий, декоративно-облицовоч­ ных, кровельных и гидроизоляционных материалов, за­ ливных полов, защитных покрытий, предметов внутрен­ него благоустройства зданий.

НПЭС хорошо окрашиваются в различные цвета ор­ ганическими красителями и пигментами, которые вво­ дят в смолу в количестве 0,1—2 мас.% обычно в виде жидких паст, приготовленных на дибутилфталате в соот­ ношении 1 1 или 1 2. Возможно другое соотношение в зависимости от дисперсности и маслоемкости, применяе­ мых красителей и пигментов. Количество красящего ве­ щества в композиции определяется его красящей спо­ собностью и укрывистостью. Для строительных конст­ рукций наружного использования следует использовать светостойкие пигменты и красители.

Плоские и волнистые профилированные листы из стеклопластиков применяются при строительстве взрыво­ опасных помещений, а также сооружений, расположен­ ных в сейсмически опасных районах. Представляют ин­ терес волнистые листы из стеклопластиков, у которых одна сторона волны, отражающая световые и тепловые лучи, затемнена. Это затемнение производят в момент изготовления материала путем продольной укладки по­ лос стеклянных тканей или холстов из рубленых нитей, заранее металлизированных алюминием; причем затем­ ненные стороны волн листов укладывают к югу и свет падает только с севера, чтобы предотвратить прямое попадание солнечных лучей в помещение [127]. Свето­ прозрачный рулонный стеклопластик толщиной 0,35 мм разработан (на основе смолы ПН-1 и ПНМ-2 для по­ крытий теплиц) Институтом механики полимеров АН ЛатССР [198].

Стеклопластики на основе НПЭС применяются при изготовлении оконных коробок, рам, переплетов, под­ оконников, наружных слоев, панелей, карнизов, дверей, водосточных желобов, сборных домиков, санузлов, ван­ ных комнат, силосных башен, ангаров, гаражей, эле­ ментов производственных сооружений, эксплуатирую­ щихся при воздействии химически агрессивных сред, складов химических удобрений, гальванических цехов ит. д. [12].

Стеклопластики на основе ненасыщенных полиэфи­ ров, сшиваемых перекисью бензоила, имеют высокую радиационную стойкость, сохраняют высокие характерн­

ые

количества алкидных смол, силиконовых масел. Напри­ мер, для устранения кратеров на поверхности и шагрени в состав полиэфирных лаков и смолы ПН-1 рекомендует­ ся вводить кремнийорганическую присадку АФ-2К в ко­ личестве 0,001—0,0005% от массы связующего. Хорошие результаты дает введение в состав полиэфирных компо­ зиций до 2 мае. % полиметилсилоксановых жидкостей ПМС-200А, А-154, кремнийорганического лака КО-815, поверхностно-активных веществ ОП-7 и ОП-Ю.

За рубежом в рецептуры лаков для улучшения разли­ ва вводят добавки на акриловой или силиконовой основе, например продукты марок БИК-301, БИК-304 или БИК344, выпускаемые фирмой «БИКмаллинкродт» (ФРГ) [201].

Кремнийорганическая присадка АФ-2К представляет собой раствор полиметилбутокситриметилсилоксисилоксанов в ксилоле. Ее вводят в полиэфирную композицию в виде 10%-ного раствора в растворителе Р-8, Р-14 или ацетоне из расчета 0,1—0,3 мае. ч. на 100 мае. ч. поли­ эфирного связующего. При избытке добавки из-за нерав­ номерного распределения могут появиться дефекты в ви­ де точек и кратеров.

Вязкость растворов ненасыщенных полиэфиров сни­ жают введением летучих растворителей — ацетона, бутилацетата. При этом не следует использовать раствори­ тели со скоростью испарения больше периода сополимеризации полиэфира с мономером. Не. рекомендуется при­ менять в качестве растворителей соединения, обрываю­ щие растущую полимерную цепь (хлорированные углево­ дородные), и растворители, в которых при хранении мо­ гут образовываться перекисные соединения (скипидар, целлозольв). Эффективно применение смесевых раство­ рителей Р-210, Р-219, Р-251. Полиэфирные лакокрасочные материалы и покрытия применяют для нанесения на сте­ новые панели (деревянные, бетонные, металлические), по­ верхность туннелей, канализационных труб плаватель­ ных бассейнов.

В машиностроении полиэфирные стеклопластики ши­ роко применяются при изготовлении корпусов машин и механизмов, кожухов, емкостей, цистерн, арматуры, тру­ бопроводов, рабочих органов смесителей, насосов, венти­ ляторов и т. д. Композиционные материалы с дисперсны­ ми и армирующими наполнителями применяют при изго­ товлении деталей станков, пресс-форм, ложементов,

копировальных негативов к токарным и фрезерным стан­ кам, лекальных мерительных шаблонов, фасонных гу­ бок для станочных тисков и т. д. Широко используются полиэфирные шпатлевки, клеи, полимербетоны, заливоч­ ные составы для устранения дефектов литья. Перспектив­ но применение полиэфирных смол в качестве связующих формовочных смесей, способных быстро отверждаться без выделения летучих продуктов. Композиционные материа­ лы на основе НПЭС с антифрикционными наполнителями можно использовать в узлах трения.

В автомобилестроении из полиэфирных стеклопласти­ ков изготавливают кузовные детали, бамперы, крышки багажников, двери, защитные коврики, рессоры, кожухи защитные и пружины. Крупногабаритные детали изго­ тавливают методом прессования из премиксов и препрегов или контактным формованием, мелкие изделия — ме­ тодом свободной заливки и прессованием в многогнезд­ ных формах. Автомобильные рессоры изготавливают ме­ тодом протяжки в специальных формах, состоящих из стационарного пуансона и движущейся матрицы, которая одновременно служит тянущим устройством [138]. Линия позволяет получать рессоры радиусом 50— 150 см и пло­ щадью поперечного сечения до 12,5 см2. Пружины изго­ тавливаются из стеклянной ровницы, свободно сложенной в одну прядь, которая погружается в ванну в форме же­ лоба со связующим. Пропитанная связующим стеклово­ локнистая прядь прикрепляется к протяжке и протяги­ вается через эластичную трубку из полиэтилена или со­ полимера винилацетата с винилхлоридом. Внутренний диаметр трубки выбирается близким к диаметру изготав­ ливаемой пружины. После того как трубка полностью заполнена пропитанной ровницей, концы ее закрепляют и производят навивку на оправку. Концы трубки жестко закрепляются, чтобы сохранить намотку в форме спирали. После отверждения и термообработки трубка частично разрушается и пружина легко снимается с оправки [126].

Возможность переработки полиэфирных композиций центробежным способом позволяет изготавливать ци­ линдрические направляющие практически любых разме­ ров, в том числе многослойные с различным функцио­ нальным назначением каждого слоя, например с повыщенной теплопроводностью, армирующий, антифрикцион­ ный. Этот метод наиболее эффективен в малосерийном производстве, например, при изготовлении большегруз­

ных автомобилей. Изготовление кузовов грузовых машин, рефрижераторов, вагонов из стеклопластиков позволяет существенно снизить массу автомобилей и повысить их долговечность.

Всудостроении полиэфирные стеклопластики приме­ няют при изготовлении корпусов лодок, яхт и судов, для внутренней отделки. Из премиксов и препрегов можно из­ готавливать гребные винты и другие элементы судовых конструкций.

Вхимической промышленности армированные пласти­ ки на основе НПЭС широко применяют для изготовления коррозионностойких деталей оборудования, сосудов, ра­ ботающих под давлением, смесителей, скрубберов, меша­ лок, реакторов, трубопроводов, фланцев и т. п. Конструк­ ции из армированных пластиков изготавливают, как пра­ вило, намоткой, ручной выкладкой, распылением или ком­ бинированием различных методов. Антифрикционные ма­ териалы на основе НПЭС могут широко применяться в узлах трения, работающих в агрессивной среде.

Полимербетоны на основе НПЭС используются при изготовлении фундаментов технологического оборудова­ ния и полов промышленных зданий. В легкой промышлен­

ности полиэфирные смолы и композиционные материалы на их основе применяются главным образом при произ­ водстве товаров широкого потребления: фурнитуры (пу­ говицы, пряжки), бижутерии, статуэток, пепельниц, раз­ личных подставок, деталей мебели. Для производства пу­ говиц и пряжек используются в основном смолы ПН-12 и ПН-13 (до 4000 т в год).

Способность смолы окрашиваться в различные цвета позволяет производить изделия, имитирующие натураль­ ный перламутр, янтарь, поделочные камни и целый ряд других декоративных эффектов. Наибольшее распростра­ нение получила технология изготовления пуговиц из полиэфирных листов, включающая следующие операции: приготовление композиции; отливку полиэфирного листа в центробежном барабане диаметром 900 мм, шириной 550 мм при 80— 160 мин-1; штамповку заготовок на ста­ дии резиноподобного состояния или вырезку их из от­ вержденного листа с помощью трубчатых фрез; фасонную обточку заготовок — изготовление пуговиц со сверлением отверстий с последующими шлифовкой и полировкой.

Однако по этой технологии только на стадии изготов­ ления заготовок при штамповке и вырезке образуется до

20—30% технологических отходов. Поэтому более пер­ спективен технологический процесс изготовления загото­ вок пуговиц из стержней, получаемых заливкой полиэфир­ ных композиций в формы-трубы. Резка заготовок из стержней на стадии резиноподобного состояния произво­ дится ножом на специальных станках, что позволяет сни­ зить количество отходов на 15—20% [195— 197]. Дан­ ный метод позволяет существенно расширить ассорти­ мент декоративных материалов, имитирующих кость, срезы дерева, натуральные поделочные камни [202, 203].

3.4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОЛИЭФИРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Материалы на основе полиэфирных смол могут под­ вергаться всем видам механической обработки, хотя это сопряжено с определенными трудностями. Механический перенос закономерностей процесса резания металлов и рекомендаций по отдельным видам их обработки на про­ цесс резания пластмасс, как показала практика, невоз­ можен, поскольку пластмассы — особая по сравнению с металлами группа материалов, имеющая специфические свойства, обусловливающие особенности процесса их ре­ зания [204]. Детали из полиэфирных материалов при из­ готовлении прессованием, литьем, формованием изме­ няют свои размеры и формы вследствие усадки при отверждении и остывании, поэтому обработка резанием является необходимой, широко распространенной и важ­ ной операцией в общем технологическом процессе изго­ товления изделий из этих материалов.

Полиэфирные материалы, как правило, содержат пиг­ менты, наполнители дисперсные и волокнистые, в том числе стекловолокно, что вызывает быстрый износ инст­ румента. Этому способствуют низкая теплопроводность полиэфирной смолы (0,13—0,19 ккал/м-ч-с) и наличие в отвержденном материале активных непрореагировавших радикалов.

При резании литых изделий из реактопластов, как правило, образуется раздробленная, прерывистая струж­ ка. Прессованные изделия дают при резании стружку, состоящую из большого числа мелких частиц и пыли, ко­ торая оказывает вредное влияние на кожный покров и дыхательные пути человека, поэтому все виды механи­ ческой обработки должны производиться при включенной