CM gaminių projektavimo ir įgyvendinimo ypatybės

Projektuojant, gaminant ir įvedant gaminius iš kompozicinių medžiagų pluoštinių užpildų (FFM) pagrindu, NrBūtina atsižvelgti į keletą savybių, būdingų šiai medžiagų klasei:

a) GRVŽ fizikinių ir mechaninių charakteristikų anizotropija.

Jei tradicinės medžiagos (plienas, ketus), taip pat dispersiškai grūdinti CM turi izotropines savybes, tai VCM turi ryškią charakteristikų anizotropiją. Esant dideliam pluoštinės armatūros ir matricos savybių skirtumams, santykis tarp VKM charakteristikų skirtingomis kryptimis gali skirtis. Xia plačiame diapazone: nuo 3-5 kartų iki 100 ar daugiau kartų.

b) Projektuodamas konstrukcijas, konstrukcijas iš tradicinių medžiagų, dizaineris susiduria su pusgaminiais lakštų pavidalu plienas, profiliniai valcavimo gaminiai, liejimas ir kt. su garantuotais tiekėjais com savybės. Jo užduotis – parinkti tinkamus pusgaminius kats, nustatant geometriją, remiantis funkcine paskirtimi, ir atskirų dalių sujungimo būdai. Technologo užduotis – suteikti norimos formos, matmenų ir konstrukcijos sujungimo kokybę elementai. Procesų, vykstančių visuose pusgaminio kūrimo etapuose, analizė, norint gauti reikiamo charakterio lygio medžiagą teristic priklauso medžiagų mokslininkų kompetencijai. Buvo laikai Gaminių iš tradicinių medžiagų gavimo proceso keitimas ir organizacinis padalijimas į tris etapus:

- medžiagų mokslas- medžiagos gavimas su reikiamu hacharakteristikos;

- dizainas- konstrukcinių gaminių projektavimas;

- technologinės- Gaminių ir mašinų gamyba.

Šie etapai yra atskirti laike ir gali būti laikomi nesusijusiais.tarpusavyje, jei dizaineris vadovaujasi medžiagų mokslininkų pasiektomis medžiagos savybėmis ir turi bendrą idėją apie šiuolaikinių technologijų lygį.

Konstrukcijų gamyba iš CM, kaip taisyklė, vyksta per vieną technologinę operaciją kuriant medžiagą. Tuo pačiu metu sinchroniškai bet gaminant konstrukciją, sudėtingos fizikinės ir cheminės ir termofiziniai procesai, susiję su matricos struktūros formavimu ir agregatais virsmais, jos sąveika su armuojančia medžiaga. Juos lydi mechaniniai reiškiniai, tiesiogiai turinčios įtakos medžiagos savybėms ir kompozito laikomajai galiaidalys, apie defektų susidarymą jame neapkrautoje būsenoje. Todėl dizaineris, kuriantis gaminius iš CM, kurdamas CM turi žinoti ir atsižvelgti į medžiagų mokslo principus kurdamas CM ir produktų gavimo iš CM technologiniai metodai. Technologas, neturintis projektavimo žinių apie pakrovimą ir eksploatavimo sąlygas, kuria mano gaminio iš VKM negaliu efektyviai gaminti gaminių naudojant KM ir tradicinių medžiagų skirtumus, nes CM savybės priklauso nuo struktūrinių ir geometrinių veiksnių (armuojančių pluoštų ir matricos tūrio, sluoksnių skaičiaus ir išdėstymo bei ir tt), kurie nėra žinomi iš anksto. Todėl požiūris turi būtistruktūriniai ir technologiniai, o tai lemia organizacinius ypatumusproduktų gamybos iš CM galimybių.

in)Dėl glaudaus ryšio tarp gamybos etapų dizainascijos iš KM - medžiagos, konstrukcijų ir technologijų, skirtų gauti, kūrimas tampa efektyviau naudoti specializuotus projektavimo biurus,turintis projektinį ir technologinį potencialą, įrengtaskompiuterinės technologijos ir galinga, bet lanksti eksperimentinė gamybanes reikia parengti visus projektinius sprendimusgaminių prototipų bandymas. Tokia gamybos organizavimo kampanija turėtų būti kiekvienoje pramonės šakoje, kurioje CM yra plačiai naudojami.Taikymas: statyba, transportas, aviacija, chemijos pramonėpadangų pramonė, elektros pramonė ir kt., nes priešjų reikalavimai labai skirtingi.

G)Projektuojant dalis iš polimero CM, tai būtinaatsižvelgti į jų trūkumus:

Mažas šlyties stiprumas;

Žemas suspaudimo našumas;

Padidėjęs šliaužimas;

Santykinai mažas PCM atsparumas karščiui.

Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas PCM gaminių jungtims dėl mažo šlyties ir kontaktinio stiprumo.

e)Nepaisant didelio susidomėjimo ribinės valstybės problemomis niya, patikimi saugos ribos nustatymo metodaikonstrukciniai elementai iš KM, Nr. Dėl sudėtingumo problemų, susijusių su CM produktų stiprumu, verte metodų parinkimas apdorojant eksperimentinių bandymų rezultatus ny.

Šiuo metu CM konstrukcijų stiprumo vertinimas susideda iš bandymų rinkinio, įskaitant:

100% veikimo apkrovos testavimas;

Atrankiniai testai su konstrukcijos sunaikinimuniya.

Kokybės užtikrinimas ir sėkmingas šių dviejų tipų testų atlikimas užtikrina technologinių procesų stabilumą.

Pastaraisiais metais išryškėjo individualus kiekvienos dalies stiprumo vertinimas naudojant neardomuosius bandymo metodus.niya - ultragarsas, akustinė emisija ir kt.

e)KM dalių leistinų nuokrypių ir tvirtinimų nustatymas.

Nes paviršių susidarymas CM gaminiuose vyksta įvairiai (vyniojimas, presavimas, išdėstymas ir kt.) ir jie dažniausiai netaikomas mechaniniam apdorojimui, sistema yra ikipaleidimai ir paviršių švaros reikalavimai turėtų būti statomi labai lankstus. Panašus požiūris turėtų būti taikomas ir reguliuojant masės sklaidą, susijusią su pradinių medžiagų parametrų sklaida ir jų santykiu CM, atsiradimu technologinio proceso metu. tūriai skiriasi užpildo orientacija ir kt.

g)Perėjimas prie KM inžinerinių gaminių gamyboje turi įtakos mašinų komponentų detalizavimui. Nes con medžiaga yra nukreipiamas į konkrečias dalis, kurių ateityje nepageidautina apdirbti, tada, žinoma, pakyla atskirų dalių sujungimo klausimas. Gamybos metodai panašių mašinų komponentų, pagamintų iš metalų, šiuo atveju arba maneveiksmingas arba visai nepriimtinas. Šiuo atžvilgiu patartinaskiriasi visą agregatą iš CM, anksčiau suskirstyto į serijądalys, kurios vėliau buvo surenkamos į gaminį naudojant nuimamas arba nuolatines jungtis. Ši kryptis yra labai efektyvines darbo sąnaudos ir energijos sąnaudos yra sumažintos, nors sumažėja eksploatavimo radijo imtuvams reikia pertvarkyti technologinę įrangą ir gamybos procesą.

Pavyzdžiui, JAV 1970 metais masinė lengvųjų automobilių gamyba automobiliuose buvo pristatytas priekinis skydelis su anga pamušaluiradiatorius, pirmą kartą pagamintas iš KM lakšto. Be to, kas nurodyta žemiausvorio sumažinimas 50%, buvo pasiektas reikšmingas suvartojimo sumažėjimas dov sujungiant kelias dalis į vieną. Ši vientisa plokštė pašalino daug lakštinio metalo štampavimo, mechaninio apdirbimas ir surinkimas, pašalino susijusius įtempimuspy, formų ir mašinų suspaudimo įtaisai. Ji sujungė 16lakštiniai kaltiniai ir įpurškiamos dalys viename gabale iš KM. 1979 m. daugiau nei 35 lengvųjų automobilių modeliai pradėjo naudoti KM priekines plokštes, įskaitant korpusus ir priekinių žibintų lizdus, stovėjimo žibintai, stabdžių žibintai, posūkio ir gabaritiniai žibintai.

h)Būtina keisti požiūrį į CM naudojimo ekonominį efektyvumą. Kaip taisyklė, ekonominis poveikisCM taikymas formuojasi pas „Vartotoją“ taktiškumo didinimo formabendros techninės, eksploatacinės gaminio charakteristikos, jo ilgaamžiškumas, techninis aptarnavimas ir kt. Todėl ekonominis efektasgalima nustatyti tik taikant sisteminį požiūrį, mokykitės kurios visi komponentai bendro poveikio pakeitimo tradicinių medžiaga apie KM ir perėjimas prie naujos technologijos gamyboje nii detalės ar struktūros kaip visuma.

Tik individualus požiūris, atsižvelgiant į nurodytas savybes perėjimas prie CM, o ne metalų, naudojimo tampa efektyvus ir perspektyvus, atveriantis naujus vystymosi horizontus ir technologijų tobulinimas.

Kompozitinių medžiagų klasifikacija

Pagal armuojančių užpildų tipą šiuolaikinės CM gali būti suskirstyti į dvi grupes:

dispersiškai sukietintas;

Pluoštiniai.

Dispersiniu būdu sukietintas Kompozitinės medžiagos (PCM) – tai medžiagos, kurių matricoje tolygiai pasiskirsto smulkiai išsklaidytos dalelės, kurios skirtos atlikti stiprinimo fazės vaidmenį.Disperguotos užpildo dalelės į matricą įvedamos specialiais technologiniais metodais. Dalelės neturėtų aktyviai sąveikauti su matrica ir neturi būti joje ištirpusios iki lydymosi temperatūros. Šiose medžiagose matrica užima pagrindinę apkrovą, kurioje dėl sutvirtinimo fazės susidaro konstrukcija, todėl sunku dislokacijų judėjimas. Dispersijos būdu sukietinti CM yra izotropiniai. Juos naudojamas aviacijoje, raketų moksle ir kt. Išsklaidytų medžiagų turinys fazė yra ~5-7% (vamzdžiai, laidai, folija, strypai ir kt.).

Skirtingų tipų DUCM kietėjimo mechanizmas, atsirandantis dėl išsklaidytų dalelių įtraukimo į matricą.

1) Dispersija sustiprintos kompozitinės medžiagos "plastikinė matrica - trapus užpildas"

Šio tipo medžiagų matricą galima pavaizduoti, pavyzdžiui, šiais metalais: Al, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Ti. Junginiai iš oksidų (Al 2 O 3 ; SiO 2 ; Cr 2 O 3 ; ThO 2 ; TiO 2 ), karbidų (SiC ; TiC ), nitridų (Si 3 N 4 ; AlN ), boridų (TiB 2 ; CrB 2 ; ZrB ) 2).

Remiantis eksperimentiniais duomenimis, galima suformuluoti tokius reikalavimus užpildui, kad būtų užtikrintas efektyviausias jos panaudojimas kaip stiprinimo fazė. Jis turi turėti:

didelis atsparumas ugniai ( t pl . > 1000 ° IŠ);

Didelis kietumas ir didelis elastingumo modulis;

Didelė dispersija (specifinis paviršiaus plotas - S sp≥ 10 m 2/g);

Gamybos ir eksploatacijos procese neturėtų būti išsklaidytų dalelių susiliejimo (susiliejimo);

Disperguotų dalelių difuzijos į metalo matricą greitis turėtų būti mažas.

grūdinimo mechanizmas kompozicinės medžiagos "plastikinė matrica - trapus užpildas".

Grūdinimas vyksta pagal dislokacijos mechanizmą: jei atstumas tarp dalelių yra pakankamas, tada, veikiant šlyties įtempimui, dislokacija tarp jų išlinksta, jos atkarpos užsidaro už kiekvienos dalelės, sudarydamos aplink daleles kilpas. Srityse tarp dislokacijos kilpų susidaro tamprus įtempių laukas, dėl kurio sunku išstumti naujas dislokacijas tarp dalelių (1 pav.). Taip pasiekiamas atsparumo įtrūkimo branduolių susidarymui (pradėjimo) padidėjimas.

Ryžiai. vienas. Scheminis dislokacijos kilpų susidarymo plastikinėje matricoje proceso vaizdas:

1 – dispersinės dalelės; 2 - dislokacijų linijos; 3 – dislokacijos kilpos; 4 – tamprių įtempių laukas;

d yra užpildo dalelių dydis; L – atstumas tarp gretimų užpildo dalelių;

τ yra šlyties įtempių kryptis.

Kvitas kompozicinės medžiagos "plastikinė matrica - trapus užpildas".

Bendruoju atveju technologinių operacijų, skirtų gauti „plastikinės matricos – trapus užpildo“ tipo DUCM, seka yra tokia:

a) sudėtinių miltelių gavimas;

b) Presavimas;

c) sukepinimas;

d) Pusgaminio deformacija;

e) Atkaitinimas.

2) Dispersija sustiprintos kompozitinės medžiagos „trapi matrica – plastikinis užpildas“

Tokių DCCM struktūrą vaizduoja keraminė matrica su joje tolygiai paskirstytomis metalo užpildo dalelėmis. Šie kompozitai priklauso kermetų klasei. Atstumas tarp gretimų dalelių nustatomas keičiant jų tūrinę dalį, o sutvirtinimo efektas gali pasireikšti, kai dalelių kiekis yra 15-20 % tūrio.

Kaip keraminė fazė gali būti naudojami ugniai atsparūs oksidai ir kai kurie ugniai atsparūs neoksidiniai junginiai: Al 2 O 3, 3Al 2 O 3∙ 2SiO 2 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , ThO 2 , Y 2 O 3 , Si 3 N 4 , TiN , ZrN , BN, ZrB 2 , TiB 2 , NbB 2 , HfB 2 . Kaip metalinė fazė - Fe, Co, Ni, Si, Cu, W, Mo, Cr, Nb, Ta, V, Zr, Hf, Ti. Kiekvienos konkrečios keramikos poros pasirinkimas, norint gauti kompozitą, yra susijęs su galimybe sukurti stabilią sąsają dėl kietosios fazės sąveikos, kai temperatūra neviršija labiausiai lydančio poros komponento lydymosi temperatūros arba eutektinio lydalo susidarymas.

Kompozitinių medžiagų sunaikinimo slopinimo mechanizmas "trapi matrica - plastikinis užpildas" .

Tokių kompozitų naikinimo procesą sąlygiškai galima suskirstyti į du etapus. Pirmajame etape, apkrovos metu, matricoje pirmiausia prasideda trapus lūžis dėl padidėjusios įtempių koncentracijos. mikroheterogeniškumas jo sandara: mikroporos, grūdelių ribos, dideli nelygūs grūdeliai. Pasiekus tam tikrą kritinį streso lygį, prasideda įtrūkimas.

Antrajame etape plintantis plyšys sąveikauja su plastikinėmis metalo dalelėmis (2 pav.): jo smaigalyje veikia didžiausi įtempimai, dėl kurių metalo dalelės deformuojasi, pailgėja ir plyšta. Šiuo atveju šio kompozito sunaikinimo darbas žymiai padidėja, palyginti su charakteristika nesutvirtintai medžiagai. Taip atsitinka dėl plyšio energijos sąnaudų plastinei visų dalelių, patenkančių į plyšio priekį, deformacijai. Dėl to padidėja atsparumas įtrūkimų atsiradimui, nes jo kraštai yra uždengti „jungiamaisiais tilteliais“, pagaminti iš kaliojo metalo.

Ryžiai. 2. Lūžių slopinimo trapioje matricoje iliustracija:

1 – metalo dalelės prieš plyšio priekį; 2 – susiformavo „bendravimo tiltai“. deformuota

metalo dalelės; 3 – sunaikintos metalo dalelės; 4 – įtrūkimų briaunos;σ R- tempimo įtempiai

Kvitas kompozicinės medžiagos "trapi matrica - plastikinis užpildas".

Technologinių operacijų seka, naudojama norint gauti:

a) sudėtinio miltelių mišinio gavimas;

b) organinio rišiklio mišinio įvedimas;

c) Presavimas;

d) organinio rišiklio pašalinimas;

e) sukepinimas;

f) Mechaninis apdirbimas.

Kad būtų užtikrintas komponentų miltelių mišinio suspaudžiamumas (plastifikacija), organinis rišiklis įvedamas sumaišant su kokios nors organinės medžiagos (polivinilo alkoholio, polivinilbutiralas, etilenglikolis, guma ir kt.), po to džiovinamas, kad pašalintų tirpiklį. Dėl šios operacijos kiekviena miltelių mišinio dalelė padengiama plonu plastifikatoriaus sluoksniu. Tada spaudžiant miltelių mišinį, supiltą į formą, jo dalelės jungiasi išilgai plastifikatoriaus tarpsluoksnių. Produktus termiškai apdorojant vakuume arba aliuminio oksido arba suodžių milteliuose, rišiklis pašalinamas esant temperatūrai. terminis sunaikinimas arba deginimas (300–400° NUO). Pašalinus organinį rišiklį, dalelės gaminio tūryje išlaikomos daugiausia dėl trinties jėgų. Kompozito sukepinimo temperatūrą riboja keraminės matricos sukepinimo temperatūra. Jis atliekamas neutralioje dujinėje terpėje (argonas, helis) arba vakuume. Jei reikia, sukepinta medžiaga apdirbama deimantiniu įrankiu.

pluoštinis KMgali būti klasifikuojami pagal armuojančio užpildo tipą. Jų gamyboje naudojamas didelio stiprumo stiklas, anglis, boras, organiniai pluoštai, metalinės vielos, daugelio karbidų ūsai, oksidai, nitridai ir kt.

Sutvirtinančios medžiagos naudojamos monofilamentų, siūlų, ryšulių, tinklelių, audinių, juostų, drobių pavidalu. Galima atskirti pluoštinius CMtaip pat armavimo būdu: orientuota ir stochastinė (atsitiktinė). Pirmuoju atveju kompozitai turi aiškiai apibrėžtą savybių anizotropiją; antroje jie yra kvazizotropiniai. Tūrio dalis užpildas pluoštiniame CM yra 60-70%.

Pagal matricos tipą kompozitai yra:

polimeras (PCM);

Metalas (MKM);

Keramika (KKM);

- anglis-anglis(UUKM).

Polimerinės kompozicinės medžiagos - tai heterofaziniskompozicinės medžiagos su ištisine polimerine faze (matrica), kuriose atsitiktinai arba tam tikra tvarka pasiskirsto kieti, skysti arba dujiniai užpildai. Šios medžiagos užpildo dalį matricos tūrio, taip sumažindamos menkų ar brangių žaliavų suvartojimą ir (arba) pakeičia sudėtį, suteikdamos jai reikiamas savybes, atsižvelgiant į paskirtį, gamybos technologinių procesų ypatumus ir perdirbimą, taip pat gaminių eksploatavimo sąlygas. Jiems apima didžiąją dalį plastikų, gumos, dažai ir lakai, polimeriniai junginiai, klijai ir kt.

Priklausomai nuo polimerinės matricos tipo, užpildyti termoplastikai, termoplastikai (pagal polietilenas, polivinilchloridas, kapronas ir kt.), sintetinės dervos (poliesteris, epoksifenolis ir kt.) ir gumos . Priklausomai nuo užpildo tipo, PCM skirstomas į kietosiomis dalelėmis užpildytus plastikus (užpildas – įvairių formų dispersinės dalelės, įskaitant kapotą pluoštą), sustiprintas plastikas(sudėtyje yra ištisinės pluoštinės struktūros armuojančio užpildo), dujomis užpildyti plastikai, pripildytas aliejaus gumos; pagal užpildo pobūdį užpildyti polimerai skirstomi į asboplastus (užpildas-asbestas), grafito sluoksnius (grafitas), medienos laminatai(medžio lukštas), stiklo pluoštas (stiklo pluoštas), anglies pluoštas (anglies pluoštas), organoplastikas (cheminis pluoštas), boroplastika(boro pluoštas) ir kt., taip pat hibridas, arba polipluoštas plastikai (įvairių pluoštų užpildas-derinys).

Pagal gamybos metodą PCM galima suskirstyti į gautus: išdėliojimas, vyniojimas, pultrūzija, presavimas ir kt.

Šio metodo metu naudojami iš anksto paruošti užpildai. Dėl šio metodo garantuojamas didelis gaminių stiprumo vienodumas, kontroliuojami rodikliai. Tačiau gauto produkto kokybė labai priklauso nuo darbuotojų įgūdžių ir patirties.

Stiklo pluošto gaminių gamyba liejimo būdu rankomis skirstoma į kelis etapus. Pirmasis etapas vadinamas parengiamuoju, kurio metu nuvalomas laukiamo produkto matricos paviršius, po to nuriebalinamas ir pabaigoje užtepamas skiriamojo vaško sluoksnis. Pirmojo etapo pabaigoje matrica padengiama apsauginiu ir dekoratyviniu sluoksniu - gelcoat. Šio sluoksnio dėka formuojamas išorinis būsimo gaminio paviršius, fiksuojama spalva ir užtikrinama apsauga nuo kenksmingų veiksnių, tokių kaip vanduo, ultravioletiniai ir cheminiai reagentai, poveikio. Iš esmės neigiamos matricos naudojamos galutiniam produktui gaminti. Specialiam gelcoat sluoksniui išdžiūvus, galite pereiti prie kito žingsnio, kuris vadinamas formavimu. Šio etapo metu į matricą dedama iš pradžių išpjauta stiklo medžiaga, taip pat galima naudoti kitokio tipo užpildą. Toliau seka laukiamo produkto „skeleto“ formavimo procesas. Tada derva su katalizatoriumi, iš anksto sumaišyta, užtepama ant paruoštos stiklo medžiagos. Derva turi būti tolygiai paskirstyta ant matricos naudojant šepečius ir minkštus volelius. Paskutinis etapas gali būti vadinamas riedėjimu. Jis naudojamas oro burbuliukams pašalinti iš dar nesukietėjusio laminato. Jei jie nebus pašalinti, tai turės įtakos gatavo produkto kokybei, todėl laminatas turi būti valcuojamas kietu voleliu. Kai gatavas produktas sustingsta, jis išimamas iš formos ir apdirbamas, o tai apima skylių gręžimą, stiklo pluošto pertekliaus apipjaustymą išilgai kraštų ir kt.

Šio metodo privalumai:

• yra reali galimybė su minimaliomis investicijomis gauti sudėtingos formos ir nemažo dydžio gaminį;
• gaminio dizainą galima nesunkiai pakeisti, nes į gaminį įdedamos įdėtos dalys ir jungiamosios detalės, o įrangos ir reikalingos įrangos kaina yra gana maža;
• matricai gaminti naudojama bet kokia medžiaga, kuri gali išlaikyti savo proporcijas ir formą.

Šio metodo trūkumai:

• didelės rankų darbo sąnaudos;
• našumas yra gana žemas;
• gaminio kokybė priklausys nuo lietojo kvalifikacijos;
• Šis metodas tinka mažos apimties gaminių gamybai.

2. Purškimas.

Mažai ir vidutinei gamybai šis metodas tinka. Purškimo metodas turi daug pranašumų, palyginti su kontaktiniu liejimu, nors yra tam tikrų išlaidų, susijusių su šio metodo įrangos pirkimu.

Specialus montavimas leidžia uždėti apsauginę dangą ir plastiką. Dėl to nereikalingas išankstinis medžiagos pjovimas ir rišiklio paruošimas, dėl to drastiškai sumažėja rankų darbo dalis. Specialios instaliacijos automatiškai sunkiai skaičiuoja dervos ir kietiklio dozes, taip pat supjausto verpalą į reikiamo dydžio dalis (0,8 - 5 cm). Po pjovimo sriegio dalys turi patekti į rišiklio čiurkšlę ir pernešant į matricą sugerti. Dėl rankų darbo stiklo pluošto sandarinimo procesas matricoje atliekamas naudojant valcavimo volelį.

Keletas privalumų gaminant stiklo pluoštą purškiant:

• taupomas laikas ir naudingoji erdvė, nes nereikia pjauti medžiagos ir ruošti rišiklio;
• galima sumažinti gamybinių plotų skaičių sumažinant specialiai paruoštų liejimui vietų skaičių;
• didėja gaminio formavimo greitis;
• supaprastinta gaminio kokybės kontrolė;
• žymiai sutaupomas darbo užmokesčio fondas;
• Dėl to, kad pusverpaliai yra palyginti nebrangi medžiaga, gauto gaminio kaina žymiai sumažėja.

Kai rišiklio ruošiamas nedidelis kiekis, tuomet liejant rankiniu būdu ant įrankių ir konteinerio sienelių lieka iki 5% rišiklio, o tai gana neekonomiška. Yra žinoma, kad gauto produkto kokybė priklausys nuo gamyklos operatoriaus įgūdžių ir patirties. Taikant šį metodą naudojami tie patys įrankiai, kaip ir liejant rankomis.

3. Pultrusija.

Pultruzijos technologija pagrįsta nepertraukiama profilio gaminių gamyba iš vienaašių pluoštinių plastikų. Profilio gaminį su pastoviu tinkamos medžiagos skerspjūviu galima gauti tiesiog pultruzijos būdu.

Specialios pultruzinės mašinos dėka gaminamas stiklo pluošto profilis. Tokią mašiną sudaro armatūrinių medžiagų tiekimo sekcijos, štampas, impregnavimo sekcijos, traukimo blokas, šildymo elementų valdymo blokas ir pjovimo dalis. Orientuoto pluošto pakuotė geriausiai sutvirtėja, kai yra sausa ir impregnuota polimero kompozicija, pumpuojama per sausą pakuotę. Šios technologijos dėka oras nepateks į medžiagą. Dervos perteklius sutekės atgal į karterį ir bus perdirbtas. Pusverpis, naudojamas kaip sutvirtinanti medžiaga, yra suvyniotas iš ritių sausoje būsenoje ir specialiu būdu surenkamas į ryšulį. Tada medžiaga patenka į impregnavimo įrenginį – tai yra speciali dervos vonia, kurioje ji visiškai sudrėkinama poliesteriu, epoksidine ar kitokiu rišikliu. Tada jau impregnuota medžiaga siunčiama į šildomą štampą, kurio užduotis yra suformuoti profilio konfigūraciją. Tada kompozicija sukietėja nurodytoje temperatūroje. Dėl to buvo gautas stiklo pluošto profilis, kurio konfigūracija atkartoja suktuko formą.

Įrodyta, kad gaminiai, gauti pultruzijos būdu, savo savybėmis pranašesni už detales, pagamintas klasikiniu liejimo būdu. Šio metodo kaina padidėjo dėl daugelio šiam procesui būdingų pranašumų. Privalumai apima griežtesnę įtempimo ir pluošto kryptingumo kontrolę, sumažėjusį porų skaičių ir pluošto kiekio išlaikymas kompozite. Akivaizdu, kad net tarpsluoksnio šlyties savybė yra vienareikšmiškai pagerinta. Šiuo metu yra sukurti keli pagrindinio pultruzijos proceso variantai, kurie domina daugelį ir reiškia daug pramonei. Jų pranašumai yra geros elektrinės, fizinės, cheminės ir šiluminės savybės, didelis našumas ir puikus matmenų toleravimas. Nuolatinių lakštinių ir lakštinių pusgaminių gamybai skirtas vienas iš tokių pultruzijos būdų.

Tačiau kiekvienas metodas turi savo trūkumų. Šiam metodui būdingas toks trūkumas kaip proceso greitis, kuris priklausys nuo temperatūros ir rišiklio kietėjimo greičio. Paprastai jis yra mažas mažai karščiui atsparioms poliesterio dervoms. Kitas trūkumas yra tai, kad sunku užtikrinti pastovią gaminio pjūvį išilgai, išskyrus gaminius, kurių pjūvio forma nėra labai sudėtinga - kvadratinė, apvali, I-sijos ir kt. Norėdami gauti gaminį, turite naudoti tik siūlus arba ryšulius. Tačiau pastaruoju metu šie profilinių gaminių gavimo būdo trūkumai palaipsniui šalinami ir šio proceso taikymas pastebimai išsiplėtė. Polivinilo eterių ir epoksidinių dervų pagrindu pagaminta kompozicija naudojama kaip polimerų matricos. Naudojant tokias polimerines matricas polisulfono, polietersulfono ir plastifikuoto poliimido pagrindu, galima pasiekti maždaug penkių mm skersmens strypų formavimo greitį maždaug šimto dviejų m/min greičiu.

Norint gauti sudėtingus armuoto profilio gaminius, būtina naudoti sluoksniuotų medžiagų, kurias sudaro pluoštiniai kilimėliai arba audiniai, piešimo metodą. Iki šiol buvo sukurti vamzdinių gaminių gamybos metodai, kurie sujungia spiralinio sluoksnio apvijimą ir įsegimą. Vėjo turbinų mentės, turinčios sudėtingą skerspjūvio profilį, gali būti pateiktos kaip sudėtingą armavimo modelį turinčių medžiagų naudojimo pavyzdys. Jau buvo sukurti įrankiai automobilių lakštinių spyruoklių pusgaminiams, kurie turi lenktą paviršių ir nepastovią skerspjūvį, formuoti.

4. Apvija.

Vienas iš perspektyviausių stiklo pluošto gaminių liejimo būdų yra pluošto vyniojimo būdas, nes jis sukuria reikiamą užpildo struktūrą gatavuose gaminiuose, priklausomai nuo jų formos ir veikimo ypatumų. Dėka ryšulių, juostų, siūlų panaudojimo kaip užpildų, tai leidžia užtikrinti maksimalų gaminių tvirtumą. Be to, tokie užpildai yra pigiausi.

Pluošto vyniojimo procesą galima apibūdinti kaip gana paprastą metodą, kai aplink besisukantį įtvarą suvyniojama armuojanti medžiaga nuolatinio verpalo (kukučio) arba siūlų (verpalų) pavidalu. Specialūs mechanizmai stebi apvijos kampą ir armuojančios medžiagos vietą. Šie įtaisai juda greičiu, atitinkančiu šerdies sukimąsi. Medžiaga apvyniojama aplink įtvarą juostelėmis, kurios liečiasi viena su kita, arba pagal kokį nors specialų raštą, kol įtvaro paviršius visiškai padengiamas. Viena po kitos einančius sluoksnius galima tepti tuo pačiu kampu arba skirtingais vyniojimo kampais, kol bus pasiektas reikiamas storis. Apvijos kampas svyruoja nuo labai mažo, kuris vadinamas išilginiu, iki didelio, apskrito. Šis išdėstymas reiškia 90 0 įtvaro ašies atžvilgiu, fiksuojant visus šio intervalo spiralės kampus.

Termoreaktyvi derva tarnauja kaip sutvirtinančios medžiagos rišiklis. Šlapio vyniojimo procese derva dedama tiesiai vyniojimo proceso metu. Sauso vyniojimo procesas pagrįstas pusverpalio naudojimu, kuris B etape yra iš anksto impregnuotas derva. Grūdinimas atliekamas padidintoje temperatūroje be per didelio slėgio. Paskutinis proceso etapas pagrįstas produkto paėmimu iš įtvaro. Jei reikia, gali būti atliekamos apdailos operacijos: mechaninis apdirbimas arba šlifavimo būdas. Pagrindinis apvijos procesas pasižymi daugybe variacijų, kurios skiriasi tik apvijos pobūdžiu, taip pat konstrukcijos ypatumais, medžiagų deriniais ir įrangos tipais. Konstrukcija turi būti suvyniota kaip ant sukimosi paviršiaus. Tačiau galima formuoti ir kitokio tipo gaminius, pavyzdžiui, dar nesukietėjusią žaizdos dalį suspaudžiant uždaros formos viduje.

Konstrukcija pasirodo panaši į lygų cilindrą, vamzdį ar vamzdelį, kurio skersmuo yra nuo kelių centimetrų iki kelių dešimčių centimetrų. Apvija leidžia formuoti kūginės, sferinės ir geodezinės formos gaminius. Norint gauti slėginius indus ir talpyklas, į apviją reikia įkišti galinį dangtelį. Galima formuoti gaminius, kurie veiks esant nestandartinėms apkrovos sąlygoms, tokioms kaip išorinis ar vidinis slėgis, gniuždymo apkrovos ar sukimo momentas. Termoplastiniai vamzdžiai ir indai, pagaminti iš aukšto slėgio metalo, vyniojant sutvirtinti išoriniais tvarsčiais. Gauti produktai pasižymi dideliu tikslumu. Tačiau yra ir kita vyniojimo proceso pusė, kuriai būdingas lėtesnis gamybos greitis. Privalumas yra tas, kad apvijai tiks absoliučiai bet kokia nuolat sutvirtinanti medžiaga.

Apvijos procesui gali būti naudojamos įvairių tipų mašinos – nuo ​​įvairių tekinimo staklių ir grandininių staklių iki sudėtingesnių kompiuterizuotų agregatų, pasižyminčių trimis ar keturiomis judėjimo ašimis. Taip pat yra mašinų, kurios nuolat gamina vamzdžius. Kad būtų patogiau apvynioti dideles cisternas, montavimo vietoje turi būti suprojektuota nešiojama įranga.

Pagrindiniai vyniojimo metodo privalumai:

• ekonomiškai pelningas medžiagos klojimo būdas dėl proceso greičio;
• galimybė reguliuoti dervos / stiklo santykį;
• mažas svoris, bet tuo pat metu didelis stiprumas;
• šis metodas nėra atsparus korozijai ir skilimui;
• santykinai nebrangios medžiagos;
• gera laminatų struktūra, dėl to, kad profiliai turi kryptingus pluoštus ir gerą stiklo medžiagų kiekį.

5. Paspaudimas.

Presavimo procesas susideda iš tiesioginio norimos formos gaminio suteikimo, veikiant aukštam slėgiui, kuris formuojasi formoje esant greito medžiagos kietėjimo temperatūrai. Dėl išorinio slėgio presuojamoje medžiagoje susidaro jos tankinimas ir dalinis buvusios struktūros destruktūrizavimas. Trintis tarp besiliečiančių medžiagų dalelių, kuri susidaro tankinimo metu, sukelia šiluminės energijos atsiradimą, o tai neabejotinai lems rišiklio išsilydymą. Po to, kai medžiaga pereina į viskoplastinę būseną, veikiama slėgio ji pasklinda formoje, sudarydama vientisą ir sutankintą struktūrą. Kietėjimo procesas pagrįstas makromolekulių kryžminio susiejimo reakcija dėl polikondensacijos tarp laisvųjų rišiklio grupių. Reakcijai reikalinga šiluma, kurios metu išsiskiria mažos molekulinės masės lakios medžiagos, tokios kaip metanolis, vanduo, formaldehidas, amoniakas ir kt.

Tiesioginio presavimo technologijos parametrai:

• pakaitinimo temperatūra;
• spaudimo slėgis;
• spaudimo temperatūra;
• laikinas poveikis esant slėgiui;
• paruošimo spaudai parametrai;

Tiesioginio presavimo metu slėgis tiesiogiai veikia pelėsių ertmėje esančią medžiagą, todėl formos dalys gali susidėvėti anksčiau laiko. Priklausomai nuo gaminio matmenų, presavimo ciklas gali trukti nuo 4 iki 7 minučių. Tiesioginis plastikų suspaudimas armatūrai yra dviejų rūšių, kurios priklauso nuo to, kaip impregnuojamas pluoštinis užpildas:

• Presuojamos sausos, iš anksto impregnuotos drobės ir audiniai;
• Presuotas impregnavimu formoje.

Pirmasis metodas yra populiaresnis. Tiesioginis presavimas naudojamas gana paprastos formos gaminiams gaminti. Dėl aukštų reikalavimų detalės išorinio paviršiaus kokybei buvo sukurti automatiniai komponentų dozavimo įrenginiai ruošiant ruošinius iš prepregų. Sukurti specialūs automatiniai manipuliatoriai, kurie pakrauna ruošinių pakuotes į kelių ertmių presavimo formas. Naujos kartos didelio tikslumo presai aprūpinti pažangiausiomis valdymo sistemomis, leidžiančiomis gaminti aukštos kokybės paviršiaus dalis už maždaug tokias pačias kainas kaip ir plieninės dalys.

6. SMC technologija.

Rimta kliūtis kompozitinių medžiagų platinimui yra menkas tradicinių jų gamybos technologijų pritaikymas šiuolaikinės stambios gamybos poreikiams, be to, visiškai automatizuotas. Iki šiol sudėtinės dalys tebėra „vienetinės prekės“. Brangi patyrusio personalo darbo jėga sudaro didelę šių medžiagų kainos dalį. Nepaisant to, pastaraisiais metais padarėme didelę pažangą rengdami automatinius kompozitų gamybos metodus. SMC technologija tapo vienu geidžiamiausių naujovių.

Galutiniams šios technologijos produktams taikomas dviejų etapų procesas. Pirmajam technologijos etapui būdinga tai, kad prepregas gaminamas automatinio konvejerio gamykloje, o jau antrajame etape prepregas apdorojamas plieninėse formose į gatavas dalis. Apibūdinkime šiuos etapus išsamiau. Neprisotinta poliesterio derva naudojama kaip jungiamosios medžiagos pagrindas. Jo pranašumai yra maža kaina ir trumpas kietėjimo laikas. Sutvirtinantis komponentas yra susmulkintas stiklo pluoštas, kuris atsitiktinai paskirstomas lakšto tūryje. Ilgą kelių mėnesių laikymą kambario temperatūroje užtikrina dervos kietėjimo sistema. Cheminiai tirštikliai padidina rišiklio klampumą po stiklo pluošto impregnavimo keliomis eilėmis, taip pagerindami preprego tinkamumą, taip pat pailgindami jo galiojimo laiką. Mineraliniai užpildai, kurių į rišiklį dedama dideliais kiekiais, padidina gatavų gaminių atsparumą ugniai ir pastebimai pagerėja jų paviršiaus kokybė.

Gautas prepregas apdorojamas automatiniu būdu spaudžiant įkaitintose plieno formose. Šios formos yra panašios į termoplastiko įpurškimo formas. Dėl rišiklio formulės prepregas sukietėja esant 150°C temperatūrai ir 50-80 barų slėgiui, esant ~30 sek/mm storio greičiui. Labai mažas susitraukimas yra svarbi SMC technologijos savybė. Dėl didelio mineralinio užpildo kiekio ir specialių termoplastinių priedų gaunamas susitraukimas iki 0,05%. Gautų gaminių atsparumas smūgiams yra 50-100 kJ/m 2, o ardomasis lenkimo stipris - 120-180 MPa. SMC technologiją ekonomiškai tikslinga naudoti gaminant aukštos kokybės kompozitinius gaminius dideliais kiekiais nuo kelių tūkstančių iki šimtų tūkstančių per mėnesį. Europos rinkoje per metus pagaminama šimtai tūkstančių panašių medžiagų. Elektros energijos, automobilių ir geležinkelių pramonė yra didžiausi šių medžiagų vartotojai.

7. RTM metodas (Resin Transfer Molding).

RTM metodas pagrįstas kompozitų impregnavimu ir formavimu esant slėgiui, kurio metu rišiklis perkeliamas į uždarą matricą, kurioje jau yra užpildų arba ruošinių. Įvairūs įvairaus pynimo audiniai gali veikti kaip sutvirtinanti medžiaga, pavyzdžiui, daugiaašė arba emulsinė medžiaga ir miltelinio stiklo kilimėliai. Rišiklis yra derva, kuri stingsta 50-120 minučių, turinti mažą dinaminį klampumą. GOST 28593-90 apibrėžia dervos klampumą ir želėjimo laiką.

Šis metodas puikiai tinka standartiniams 500-10 000 vienetų kiekiams per metus. Matricos dizainą sudaro kompozicinės arba plieninės formos, kurios iš abiejų pusių atkartoja išorinius detalės kontūrus. Konstrukcijos pasižymi aukštomis temperatūrinėmis klasėmis, kurias išlaiko tikslus uždarų plieninių rėmų išlygiavimas, kurie laikomi suspaudimo taškuose.

Šis metodas idealiai tinka matricų gamybai nuo 0,2m2 iki 100m2. Matricos dizainą sudaro kompozicinės arba plieninės formos. Kontūrinė matrica sudaryta iš lengvesnio ir lankstesnio dizaino. Matricos pusės yra tarpusavyje sujungtos veikiant vakuumui.

RTM technologijos pranašumai:

• automatizuota gamyba, taip sumažinant atsitiktinį žmogaus įsikišimo pobūdį;
• sumažinamas ir kontroliuojamas naudojamų žaliavų kiekis;
• sumažinamas medžiagos poveikis aplinkai;
• pagerintos darbo sąlygos;
• santykinai tvirti gaminiai sukuriami dėl geresnio impregnavimo;
• palyginti pigi įranga.

„Rusijos kompozitai“ kuria nanomodifikuotą kompozitinę medžiagą, skirtą didelių laikančiųjų konstrukcijų gamybai.
„Centro specialistų darbo planuose numatyta sukurti 25 % didesnės laikomosios galios, 20 % mažesnio svorio, 10 % gamybinio darbo intensyvumo, 15 % mažesnės sąnaudos laikančiųjų konstrukcijų sukūrimą eksploatuojant. bet kokiomis klimato sąlygomis esant temperatūrai nuo minus 65°C iki plius 65°C“, – sako .
Pagrindinis laikančiųjų konstrukcijų, pagamintų iš kompozitų, naudojimo privalumas yra montavimo greitis ir paprastumas, o tai ypač svarbu norint greitai pašalinti avarijų ir stichinių nelaimių, avarinių situacijų padarinius.
„Modulinis projektuojamų konstrukcijų principas leidžia sukurti lankstų sprendimą konkrečiam standartinės konstrukcijos gedimo atvejui“, – sako Vladimiras Nelyubas. „Darbo rezultatas – statyboje, elektros energetikoje bei naftos ir dujų pramonėje naudojamų didelių gabaritų gaminių asortimento sukūrimas: pagrindinės laikančiosios konstrukcijos, tipinės vertikalios kolonos pastatų ir konstrukcijų statyboje, apkrova. -surenkamųjų tiltų laikantys elementai, laikančiosios perdangos, vamzdynai.

Tarpsektorinis inžinerijos centras „Rusijos kompozitai“ yra MSTU struktūrinis padalinys. N.E. „Bauman“, sukurta 2011 m. birželio 15 d., siekiant padėti plėtoti, gaminti ir komercializuoti universiteto aukštųjų technologijų sprendimus (naujos medžiagos, kompozitai, nanotechnologijos, informacinės technologijos), formuoti mokslinį rezervą ir modernias švietimo technologijas bei programas. Centre įgyvendinamas „uždaras inžinerinių ir mokslo bei švietimo paslaugų ciklas“ – nuo ​​technologijų ir pramonės produktų kūrimo iki diegimo pagrindiniuose Rusijos ekonomikos sektoriuose, tokiuose kaip transportas, statyba, būstas ir komunalinės paslaugos, energetika, nafta ir dujos. , medicina ir IT.

MSTU im. N.E. Baumanas – Maskvos valstybinis technikos universitetas. N.E. Baumanas– Pirmasis technikos universitetas Rusijoje. Išsilavinimas MVTU juos. N.E. Baumanas vyksta 19-oje dieninių studijų fakultetų. Yra aspirantūra ir doktorantūros studijos, du specializuoti licėjai. MVTU im. N.E. „Bauman“ moko daugiau nei 19 tūkst. studentų beveik visame šiuolaikinės mechanikos inžinerijos ir instrumentų spektre. Mokslinį ir edukacinį darbą atlieka daugiau nei 320 daktarų ir apie 2000 mokslų kandidatų. Iš viso Universitetą baigė apie 200 tūkst. inžinierių. Pagrindiniai universiteto struktūriniai padaliniai yra mokslo ir mokymo kompleksai, kuriuose yra fakultetas ir mokslo institutas.

Įvadas

Šiuo metu JAV ir Europoje vykdomi eksperimentiniai projektavimo ir technologiniai darbai, skirti sukurti pėsčiųjų tiltus, kuriuose vyrauja kompozitiniai stiklo pluošto ir anglies pluošto pultruziniai profiliai. Aukštos fizikinės ir mechaninės stiklo pluošto savybės, realizuojamos profiliuose, gautuose pultruzijos metodu, leido šiuos gaminius naudoti kaip tilto konstrukcijų elementus, išskirti šią taikymo sritį individualia kryptimi. Pagrindiniai tiltų iš kompozitinių pultruzinių profilių pranašumai, palyginti su plieninėmis tiltų konstrukcijomis, yra šie:

• didelis stiklo pluošto atsparumas korozijai ir cheminis atsparumas, galimybė naudoti esant dideliam drėgniui, sezoniniams ir kasdieniniams temperatūros pokyčiams, plieninių jungiamųjų elementų, besiliečiančių su stiklo pluoštu, korozijos nebuvimas; - atsparumas vėjo apkrovoms;
• akustinis stiprumas ir atsparumas žemės drebėjimams;
• galimybė pristatyti atskirai surenkamų, lengvai transportuojamų, keičiamų ir plečiamų modulinių konstrukcijų pavidalu;
• lengvumas ir galimybė rankiniu būdu surinkti sunkiai pasiekiamose vietose;
• integruotas įrengimo kaštų, laikančiųjų konstrukcijų masės mažinimas, eksploatacinių kaštų mažinimas.

Be to, pėsčiųjų tilto erdvinė santvarinė konstrukcija leidžia greitai ir ekonomiškai įrengti stogą, kuris apsaugo pėsčiuosius ir pačią konstrukciją nuo kritulių poveikio.

Ilgametė (daugiau nei 40 metų) vidaus ir užsienio patirtis kuriant ir eksploatuojant kompozitus, kaip laikančiųjų konstrukcijų dalį, kartu su naujausiomis didelio našumo (nepertraukiamomis) technologijomis, skirtomis medžiagų perdirbimui į gaminius (pultruzija ir apvija), patvirtina tinkamumą nustatyti ir išspręsti problemą, kuria siekiama suprojektuoti ir pagaminti iš viso kompozicinio pėsčiųjų tilto. Pagrindiniai atrankos kriterijai yra apdirbamumas ir palyginti maža kaina.

Pultrusijos technologija tiltų ir statybinių konstrukcijų profilių gamybai

Aukšta, kompiuteriu valdoma pultruzijos technologija, skirta gaminti įvairius galios profilius, įskaitant ilgo ilgio tiltų profilius, iš vienaašiu ir dviašiu armuotu bei izotropiniu stiklu armuotų plastikų, turi didžiulį potencialą palaikyti ir plačiai įgyvendinti siūlomą kryptį. Sąrankos schema parodyta fig. vienas.

Pultrusijos proceso esmė slypi tame, kad ištisinis stiklo verpalas 1 arba neaustinė, srieginė juosta 2 su iš anksto apskaičiuotu stiklo pluošto išdėstymu (pagal taikomų ir suvokiamų apkrovų spektrą) plokštumoje. juostos ištraukiama per vonią 3 su termoreaktyviu polimeriniu rišikliu, tada per lankstus 4 patenka į šildomą liejimo štampą 5, kuriame rodoma gaminio, kuriame rišiklis sukietėja, skerspjūvio geometrinė forma. trumpas laiko tarpas ne tiek dėl šilumos iš išorės, kiek dėl rišiklio kietėjimo reakcijos metu išsiskiriančios šilumos, kuri užtikrina tolygų ruošinio pakuotės šildymą tūryje. Pastaroji aplinkybė yra lemiama gaminant storasienius, daugiau nei 5000 mm 2 , mažo šilumos laidumo stiklo pluošto profilius. Ne mažiau svarbu, kaip rodo patirtis, stiklo užpildo tekstilės forma ir paviršiaus apdorojimas. Siekiant užtikrinti skaičiuojamas fizines ir mechanines charakteristikas gaminant pultruzinius gaminius, stiklo E pagrindu naudojami įvairių pavadinimų pusverpaliai, daugiausia aukštojo tex 4800-9600.

Tiesioginių (aktyvių) lubrikantų naudojimą stiklo užpildams diktuoja reikalavimai užtikrinti aukštą struktūrinio stiklo pluošto kokybę su gerai organizuota pluošto-matricos sąsaja, neprieinama drėgmei ir kitoms agresyvioms terpėms.

1 lentelė
AE „ApATeK-Dubna“ gaminamų pultruduotų stiklo pluošto profilių savybės

Rodiklis	Medžiaga
	paremtas RBN vingiavimu	RBN roving ir NPL juostos derinys
Tankis, kg/m3	1910-2000	1910
Lūžimo įtempis statinio lenkimo metu per pluoštus, MPa	500	360
Tempimo įtempis, MPa	800	500
Tempimo modulis. MPa	3600	2400
Lūžimo įtempis gniuždant išilgai ašies, MPa	280	280
Smūgio stipris per pluoštus, kJ/m2	500	450
atsparumas ugniai	G-2

Privalomi reikalavimai tilto konstrukcijų medžiagai yra nedegumas ir „atsparumas vandalams“. Atsparumo degimui reikalavimų laikymasis užtikrinamas naudojant kintamo valentingumo metalų nanomiltelius ir hidroksilo turinčius junginius. Nanomiltelių naudojimas ypač efektyvus ten, kur reikia pasiekti norimą rezultatą, nekeičiant rišiklio reologinių savybių. Vario nanopriedų įvedimas mažiau nei 1 % padidina atsparumą degimui.

Pultruduotų stiklo pluošto profilių, kurių pagrindą sudaro stiklo užpildai, impregnuoti vinilo esterio derva, fizinės ir mechaninės charakteristikos bei atsparumas liepsnai pateiktos lentelėje. vienas.

ApATEK specialistai suprojektavo ir pagamino daugiau nei 25 stiklo pluošto tiltų konstrukcijas, įskaitant:

• Pėsčiųjų tiltas prie Chertanovo platformos. Eksploatacijos data - 2004 m. spalio mėn. Tarpatramio ilgis 41,4 m Tiltas yra Maskvoje, gatvėje. Pramoninis, apie o.p. Chertanovo (2a pav.).
• Pėsčiųjų tiltas per Kosino platformą. Paleidimo data - 2005 m. liepos mėn. Tarpatramis 47 m. Tiltas yra Maskvoje, gatvėje. Kaskados, apie o.p. Kosino (2b pav.). Pėsčiųjų perėja per Kosino platformą, suprojektuota ir įrengta rekonstruojant Maskvos geležinkelio Kazanės kryptį, yra pirmasis Rusijoje tiltas su perėjimais, kurių visi elementai pagaminti iš kompozicinės medžiagos. Sunkios įrengimo sąlygos, susijusios su kelio ir gretimos teritorijos infrastruktūros rekonstrukcija, šiuo atveju labai apribojo specialiosios technikos panaudojimo mastą. Šios problemos sprendimas buvo panaudota tilto konstrukcija iš kompozitinės medžiagos, dėl ko tiltas buvo sumontuotas per kelias valandas ankštomis sąlygomis, nenaudojant papildomų techninių ir montavimo resursų.
• Bandymo platforma. Tarpatramis – 48 m. Tiltas yra Maskvoje, Šmitovskio perėjos ir Trečiojo transporto žiedo sankirtoje. Tilto sukūrimo laikas nuo projektavimo pradžios iki montavimo vietoje buvo 2 mėnesiai (2 pav., c).
• Mobilus sulankstomas pėsčiųjų tiltas. Tarpatramio ilgis 50 m Tiltas įrengtas nuo 2006 12 27 iki 2007 04 15 Maskvoje Smolenskajos aikštėje (2d pav.).

Tilto konstrukcijos buvo suprojektuotos pagal Organizacinį standartą STO 11567537.01-2008, kurį parengė ApATeK specialistai ir suderino su UAB TsNI-IS NRC Mosty, VĮ Gormost, UAB Soyuzdorproekt.

Lentelėje. 2 paveiksle pateikti tipinio 27 m tarpatramio ir 3 m pločio viršutinio pėsčiųjų tilto statybos kainų struktūros palyginamieji duomenys Skaičiavimai buvo atlikti atsižvelgiant į esamas medžiagų kainas ir standartus ne -skaičiuojamieji savikainos elementai, galiojantys konkrečioje gamyboje.

Pateikta lentelėje. 2 duomenys rodo, kad stiklo pluošto tilto, naudojant pultruduotus profilius, kaina yra 9,56% brangesnė nei plieninio tilto. Tačiau eksploatavimo sąnaudos per nagrinėjamą laikotarpį 50 metų metalinės konstrukcijos priežiūrai sieks apie 160 000 USD, o stiklo pluošto konstrukcijoms – 20 000 USD.

Remiantis pradinėmis tiltų statybos sąnaudomis ir atsižvelgiant į perteklines plieninio tilto eksploatavimo išlaidas, bendra plieninio tilto kaina yra 411 000 USD, o kompozitinio tilto – 295 000 USD, o tai aiškiai parodo kompozicinių pultruduotų konstrukcijų pranašumą.

Infuzijos technologija didelių matmenų konstrukcijų gamybai

Antrasis naujoviškas arkinių tiltų konstrukcijų gamybos iš kompozitų metodas yra vakuuminė infuzija. Vakuuminė infuzija – tai technologinis kompozitinių gaminių gamybos procesas, kurio metu medžiaga formuojama impregnuojant armuojantį užpildą mažo klampumo derva dėl vakuumo veikimo. Gaminio gamybos ciklas vakuuminiu infuzijos būdu (3 pav.) susideda iš penkių etapų: armuojančio užpildo paruošimas (3 pav., a), armuojančio užpildo klojimas į standžią formą (3 pav., b), vakuumo įrengimas. maišelis ir impregnavimo sistema (3 pav., c), armuojančio užpildo impregnavimas derva dėl sumažinto slėgio (3 pav., d), polimerizacija ir GAMINTO gaminio pašalinimas (3 pav., e).

2 lentelė
Tilto iš metalinių ir kompozitinių konstrukcijų sukūrimo ir įrengimo išlaidos

Kainos elementas	stiklo pluošto	Plienas
	tūkstantis JAV dolerių
Dizainas	60	30
Fondas	45	55
medžiagų	62	10
Surenkamieji mazgai	72	90
Montavimas vietoje	21	42
Paviršiaus apdorojimas	7	22
Technologinė įranga	8	2
Iš viso:	275	251

Naudojant vakuuminės infuzijos technologiją, galima pagaminti didelių matmenų kompozitines konstrukcijas. Tokių gaminių pavyzdžiai yra laivų korpusai, vėjo malūnų mentės, tiltų konstrukcijos ir kt. Fig. 4 parodytas pirmasis Rusijoje arkinis tiltas, pagamintas iš polimerinės kompozitinės medžiagos. Tiltas buvo pagamintas AE ApATEK vakuuminės infuzijos būdu. Tarpatramio ilgis – 23 m. Tiltas įrengtas 2008 m. birželio 18 d. Maskvoje, Spalio 50-mečio parke (Prospekt Vernadskogo metro stotis). Įgyvendinus šį projektą, buvo sukurta nereikalaujančių priežiūros nereikalaujančių modulinių kompozitinių arkinių tiltų, skirtų poilsio zonoms, parkams ir mažoms upėms, produktų linija, kurios tarpatramis nuo 15 iki 30 m, o tarnavimo laikas iki 100 metų. Naujos vakuuminės infuzijos technologijos įdiegimas į masinę gamybą leido pagaminti tilto konstrukciją vienu technologiniu perėjimu, taip sumažinant surinkimo darbus ir ženkliai sumažinant sąnaudas. Šio technologinio proceso panaudojimas tiltų ir kitų statybinių konstrukcijų gamybai panaikina projektavimo apribojimus, kurie neišvengiamai atsiranda projektuojant iš standartinių nomenklatūros elementų ir leidžia sukurti naujas, neįprastas, akį traukiančias architektūrines formas.

Kompozitų, kurių pagrindą sudaro anglies pluoštas, naudojimo efektyvumas tiltų statyboje

Naujos užduotys, susijusios su poreikiu padidinti antstatų ilgį, reikalauja sukurti ir naudoti kompozitus su didesniu elastingumo moduliu, o tai galima pasiekti naudojant anglies pluoštą kompozito sudėtyje. Anglies pluošto, skirto naudoti tiltų statyboje, stiprumo ir tamprumo modulio reikalavimai nėra tokie aukšti, kaip aviacijoje ir kosmose naudojamų pluoštų. Tilto konstrukcijoms specifinės charakteristikos nėra tokios reikšmingos. Vyrauja elastingumo ir stiprumo charakteristikų ir kainos santykis.

Šio tyrimo tikslas – atrinkti anglies pluoštus, pasižyminčius fizinėmis ir mechaninėmis savybėmis, kuriuos įdėjus į stiklo pluošto profilių sudėtį, būtų padidintas standumas, ženkliai nepabrangstant tilto konstrukcijoms.

Siekiant išspręsti šią problemą, buvo atliktas kompiuterinių, technologinių ir eksperimentinių tyrimų kompleksas bei suformuluoti techniniai reikalavimai anglies pluoštui, remiantis pagrindinių medžiagų kainos kriterijumi, taip pat anglies pluošto tūriniu kiekiu. nustatyti profiliai ir sukurta anglies pluoštu armuoto plastiko profilių gamybos technologija.

Statyboje ir tiltų statyboje naudojamų pultruzinių profilių gamybai buvo pasirinkti pramoniniai anglies pluoštai, pagaminti iš poliakrilonitrilo (PAN) pluoštų - pluoštų, kurių metrinis skaičius yra didelis 10-30 ktex (100-300 K) (K = 1000 gijų). Anglies kuodelio paviršius aktyvinamas ir apdorojamas universaliu dydzio mišiniu, tinkančiu derinti su vinilo esterio, epoksidinės dervos, poliuretano ir fenolio rišikliais.

Anglies pluošto charakteristikos, palyginti su stiklu, pateiktos lentelėje. 3.

Pultruduotų vienakrypčių kompozitų hibridinio epoksidinio vinilo esterio rišiklio fizinės ir mechaninės charakteristikos pateiktos lentelėje. 4.

Kaip matyti iš lentelės. 4, esant vienodam pluoštų kiekiui, įtempimo ir suspaudimo tamprumo moduliai skiriasi ~ 2 koeficientu.

Daugiakriterinis metodas leido surasti sritis parametrams, atsakingiems už tilto konstrukcijos elementų, pagamintų iš anglies pluoštu sustiprinto plastiko, tvirtumo ir konkurencingumo didinimą, palyginti su tilto konstrukcijų elementais iš gryno stiklo pluošto, nustatant tilto konstrukcijų savybes. pluoštai, jų tūrinis kiekis, skerspjūvio pasiskirstymo pobūdis, profilio geometrija ir kaina.

Buvo parodyta, kad norint padidinti kanalo standumą, efektyviausia į jo kojeles įkišti anglies pluošto intarpus.

3 lentelė
Anglies ir stiklo pluošto charakteristikos

Pluoštas	Tempiamasis stipris, MPa	Tamprumo modulis, GPa	Pluošto skersmuo, µm	Papildo kiekis, % masės.	Tankis, kg/m3
Anglies pluoštas, UK-P	2500-2800	160-200	7,5-8,5	0,5-1,0	1730-1750
Stiklo pluoštas "E"	2500-2800	72-80	17	0,5	2560

4 lentelė
Pultruduotų kompozitų fizinės ir mechaninės charakteristikos

Medžiaga	Skaidulų kiekis, tūrio proc.	Tankis, kg/m3	Tempimo stipris, MPa, ne mažesnis kaip	Tempimo modulis, GPa, ne mažesnis kaip	Didžiausias stipris gniuždant, MPa, ne mažesnis kaip	Tamprumo modulis gniuždant, GPa, ne mažesnis kaip	Šlyties stipris, MPa, ne mažesnis kaip
CFRP	60	1560	1200	105	700	95	60
stiklo pluošto	60	2050	1200	48	500	45	60

Apsvarstykite savavališką kanalą (5 pav.), kuriam būdingi šie parametrai: sienos aukštis H, lentynos plotis B, lentynos storis T 1, sienelės storis T 2 Pagrindinės profilio charakteristikos yra šie dydžiai:

• A yra skerspjūvio plotas;
• g - profilio linijinis svoris;
• I xx - atkarpos inercijos momentas apie ašį OX;
• EI xx - pjūvio standumas OX ašies atžvilgiu;
• k xx - sekcijos standumo padidėjimas OX ašies atžvilgiu įdedant anglies įdėklus;
• p - profilio kainos padidėjimas įdiegus anglies įdėklus.

Skaičiuojant buvo įdomu įvertinti profilio standumo kitimą priklausomai nuo anglies pluoštų su skirtingu tamprumo moduliu tūrio (6 pav.). Skaičiai 1, 2, 3 žymi priklausomybes, rodančias skaičiuojamojo standumo santykinį pokytį nuo anglies pluošto tūrio kiekio v, kurių tamprumo modulis yra atitinkamai E = 350, 270 ir 190 GPa.

Kaip matyti iš Fig. 6, naudojant didelio modulio pluoštus (E = 300–350 GPa), profilio standumą galima padidinti 4 kartus.

Tačiau anglies pluoštas yra daug brangesnis nei stiklo pluoštas. Todėl anglies pluošto kanalo kaina gali nusverti naudą, gaunamą padidinus jo standumą. Norėdami įvertinti naujų medžiagų naudojimo efektyvumą, įvedame reikšmę, kurią vadiname K I panaudojimo efektyvumu. Ši vertė apskaičiuojama pagal formulę

kur Δk xx - standumo padidėjimo intensyvumas keičiant parametrus; Δp - medžiagų kainos padidėjimo intensyvumas; φ – kintamasis parametras.

Jei K ir<1, то модификацию профиля считаем не эффективной, в противном случае - эффективной.

Įvertinkime parametrą K ir su anglies intarpų įvedimu į kanalą pagal formulę

kur K ug - profilio standumas su anglies įdėklais; K - profilio standumas be anglies įdėklų; ΔE=(E ug -E st)/E st - santykinis anglies pluošto tamprumo modulio padidėjimas stiklo pluošto atžvilgiu; ν ug - anglies pluošto tūrinis kiekis anglies įdėkle; ν n - armuojančio užpildo tūrinis kiekis plastike; R ug - profilio su anglies įdėklais kaina; P - vieno profilio linijinio metro kaina be anglies įdėklų; E ug, E st - modulis iš anglies pluošto ir stiklo pluošto; r y - 1 kg anglies pluošto kaina; p st - 1 kg stiklo pluošto kaina; p y - anglies tankis; p st - stiklo tankis; I ug - profilio inercijos momentas; I ug - anglies įdėklo inercijos momentas; S kampas - anglies įdėklo sritis.

Analizuodami (1) išraišką, galime daryti išvadą, kad efektyvumas priklauso nuo elastingumo modulio padidėjimo ir anglies pluošto kainos ryšio bei geometrinių parametrų santykio.

Atsižvelgiant į tai, kad efektyviai modifikavus K ir >=1, galima rasti ryšį tarp anglies pluošto kainos ir elastingumo modulio, kuriam esant naudinga naudoti anglies pluoštą:

Kaip pavyzdį įvertinkime maksimalias leistinas anglies pluošto sąnaudas modifikuojant tilto kanalą 388x120x12/10 mm.

Įvesties parametrai

• Anglies tankis, g/cm3 – 1,73
• Stiklo tankis, g / cm 3 - 2,56
• 1 kg JK kaina - 18
• Stiklo pusverpalio 1 kg kaina - 1,6
• Stiprinančio užpildo kiekis - 0,4
• Stiklo pluošto modulis, GPa — 34,4
• CFRP modulis, GPa — 78,8
• Inercijos momentas, mm 4 - 142 x 10
• Anglies-stiklo pluošto įdėklo inercijos momentas, mm 4 - 101 x 10
• Stiklo pluošto kanalo kaina, kub/m - 35
• Anglies-stiklo pluošto įdėklo plotas, mm 2 - 2880

Pakeitus šias vertes į (2) formulę, gauname, kad anglies užpildo kaina neturėtų viršyti 18 c.u.

388 x 120 x 12/10 mm skerspjūvio kanalas buvo pagamintas pultruzijos būdu. Anglies pluoštas UK (30 ktex) buvo tolygiai įvestas į kanalo kanalus, pakaitomis su stiklo pluoštu. Tuo pačiu metu anglies pluošto kiekis lentynos medžiagoje buvo 20% (pagal viso gaminio tūrį 10%). Ant pav. 7 parodyta viso profilio pjūvio nuotrauka su anglies pluošto įdėklais.

Hibridinės stiklo pluošto medžiagos, gautos iš profilinių lentynų išpjautų pavyzdžių, charakteristikos pateiktos lentelėje. 5. Įrenginio, skirto viso dydžio profilio lenkimo bandymui, nuotrauka parodyta fig. 8.

Lentelėje. 6 parodyti GRP ir GRP kanalų (tarpatramio 2,8 m) lenkimo eksperimento rezultatai. Išanalizavus gautus duomenis, galime daryti išvadą, kad profilio standumas išaugo 1,4 karto.

Palyginus gautus duomenis, buvo nustatyta santykinai didelė pultruduoto profilio, pagrįsto anglies pluoštu sustiprinto plastiko, standumo apskaičiuotų ir eksperimentinių verčių konvergencija, patvirtinanti anglies pluošto, kurio modulis 160–200 GPa, naudojimo efektyvumą. tilto konstrukcijų pultruziniai elementai.

5 lentelė
Stiklo pluošto savybės

Charakteristika	Vidutiniškai	Variacijos koeficientas, %
Tempiamasis stipris σ B , MPa	529	10,2
Tamprumo modulis E, GPa	48,27	7,1
Didžiausias gniuždymo stipris išilgai armatūros σ B , MPa	366	9,5
Stipris gniuždant skersai armatūrą σ B , MPa	98,9	7,4
Lūžimo šlyties įtempis τ , MPa	41,1	2,6

6 lentelė
Lenkimo eksperimento rezultatai

Nanomedžiagos tiltų statybai

Technologiniai tiltų konstrukcijų elementų gamybos pultruzijos ir infuzijos metodais procesai reikalauja sukurti polimerinius rišiklius su griežtai reguliuojamomis reologinėmis savybėmis, todėl sunku išspręsti atsparumo degimui problemą, pavyzdžiui, įvedant didelį kiekį miltelių. antipirenai, kurie smarkiai padidina rišiklio klampumą.

Akivaizdus problemos sprendimas yra nanomodifikatoriaus naudojimas - vario nanodalelių milteliai, kurių kiekis yra mažesnis nei 1%, kuris praktiškai neturi įtakos rišiklio klampumui, tačiau suteikia efektą pagal parametrus, apibūdinančius atsparumą degimui. kompozito, kuriame yra daugiau nei 100 % aliuminio oksido trihidrato, lygis.

Nanovario, kaip antipireno, veikimo mechanizmas pagrįstas 4f elektrono perkėlimu į OH radikalą, kuris išsiskiria degant polimerui. Tokiu atveju 0-valentinis varis oksiduojasi, o radikalas redukuojasi ir tampa neaktyvus, degimas sustoja. Yra žinoma, kad varis yra stiprus reduktorius ir gali deaktyvuoti kietiklius ir katalizatorius. Siekiant pašalinti šį neigiamą poveikį, nanovaris buvo įdėtas į epoksidines kompozicijas. Siekiant išvengti oksidacijos, visi vario nanodalelių sujungimo su polimerais procesai buvo vykdomi vakuuminėje aplinkoje. Rusijos ir JAV patentuose parodyta, kad vario nanodalelių įvedimas kartu su silikato nanodalelėmis ir aliuminio oksido trihidratu pasiekiamas sinergetinis polimerų ir jų pagrindu pagamintų kompozitų apsaugos nuo ugnies efektas.

Nanovariu modifikuoto rišiklio pagrindu pagaminti traukimo profiliai (kanalas 400 x 120 x 18 mm) (9 pav.).

7 lentelė
Degumo ir degumo nustatymo rezultatai

Rodiklis	KM + 100 %	CM + vario nanodalelės
Degumas GOST 30244-94
Išmetamųjų dujų temperatūra, °С	184	105
Savaiminio degimo laikas, s	29	26
Mėginio pažeidimas išilgai, %	15	12
Mėginių pažeidimo laipsnis pagal svorį	2	1
Degumas GOST 30402-96
Laikas iki užsidegimo esant šilumos srauto tankiui, s:
20 kW/m2	600	dingęs
25 kW/m2	-	911
30 kW/m2	154	391
Kritinis paviršiaus šilumos srauto tankis, kW/m2	20	25

Sudėtinių mėginių, išpjautų iš kanalo, struktūra buvo tiriama elektroniniu mikroskopu. Nuotraukos parodytos fig. 10, kuriuose pavaizduoti pavieniai vario dalelių intarpai ir kelių dalelių sankaupos.

Lentelėje. 7 pateikti degumo ir degumo nustatymo rezultatai pagal statybos normatyvus. Iš pateiktų rezultatų matyti, kad atliekant degumo testą sumažėja beveik visi rodikliai, ypač vienas svarbiausių – išmetamųjų dujų temperatūra. Išmetamųjų dujų temperatūros sumažinimo beveik 1,5 karto rezultatai ir užsidegimo nebuvimas, kai šilumos srauto tankis yra 20 kW / m 2, yra svarbūs rodikliai objektams, eksploatuojamiems požeminėse perėjose, pavyzdžiui, rampos neįgaliesiems.

Panaudojus nanomodifikuotą rišiklį, buvo pagaminta pultruzinių profilių partija, o juos panaudojus pastatytas pirmasis tiltas, kurį AE ApATeK padovanojo Sočio miestui. Atramos ilgis 13 m. 11 parodytas nanopriedų pritaikymas.

Bibliografinis sąrašas

1. Klenin Yu.G. Tiltų konstrukcijos iš stiklo pluošto / Yu.G. : Sat. straipsnius. Sutrikimas. 1. M.: TsAGI leidykla, 2001. S. 135-140.
2. Klenin Yu.G. Kompozitinių medžiagų taikymas tiltų konstrukcijoms / Yu.G. Klenin, A.V. Pankov, T.GSorina, A.E. Ushakov. straipsnius. Sutrikimas. 3. M.: TsAGI leidykla, 2004. S. 5-12.
3. Ozerovas S.N., Pankovas A.V. Pėsčiųjų tilto konstrukcinės galios schemos pasirinkimas ir profilių asortimentas // Orlaivių statybos pramonėje ir transporte taikomų pažangių technologijų patirties įgyvendinimas: Šešt. straipsnius. Sutrikimas. 3. M.: TsAGI leidykla, 2004. S. 42-4%.
4. Kazak A.E., Pankov A.V. Geležinkelio tilto iš kompozitinių pultruzinių profilių sukūrimo galimybių įvertinimas // Taikomų pažangių technologijų orlaivių statybos pramonėje ir transporte patirties įgyvendinimas: straipsnių rinkinys. straipsnius. Sutrikimas. 3. M.: TsAGI leidykla, 2004. S. 36-41.
5. Polimerinės kompozicinės medžiagos: struktūra, savybės, technologija: vadovėlis. pašalpa / M.L.Kerberis, V.M.Vinogradovas, G.S.Golovkinas ir kt.; red. A.A. Berlynas. Sankt Peterburgas: Profesija, 2008 m.
6. Klenin Yu.G. Energijos ir elektros izoliacijos profilių gamybos pultruzinės technologijos kūrimas // Orlaivių statybos pramonėje ir transporte taikomų perspektyvių technologijų patirties įgyvendinimas: straipsnių rinkinys. straipsnius. Sutrikimas. 2. M.: TsAGI leidykla, 2003. S. 36-38.
7. Radiacijai skaidrūs gaminiai iš stiklo pluošto / Gurtovik I.G., Sokolov V.I., Trofimov N.N., Shalgunov S.G. M.: Mir, 2002 m.
8. Marshall R. Viskas apie motorines valtis: supratimas apie dizainą ir veikimą. McGraw-Hill Professional, 2002. ISBN 0071362045, 9780071362047.
9. Koefoed M. Vėjo turbinų menčių VARTM proceso modeliavimas ir modeliavimas: specialioji ataskaita. ne. 50 Olborgo universiteto Mechanikos inžinerijos institutas. Danija. 2003 m. sausio mėn., ISSN 0905-2305.
10. Ushakov A., Klenin Y., Ozerov S. Modulinio arkinio tilto dizaino kūrimas // 5-osios tarptautinės inžinerijos ir statybos konferencijos (IECC"5) medžiaga. Irvine, CA, USA. 2008. P. 95-101.
11. Sudėtinės medžiagos: 8 t., 3 tomas: leid. L.Brautmanas, R.Krokas; per. iš anglų kalbos. M.: Mashinostroenie, 1978; Kompozitinių medžiagų taikymas inžinerijoje / red. B. Notona, 1978 m.
12. Anglies pluoštai / red. S. Simamura; per. iš japonų. M.: Mir, 1987 m.
13. Pultmsion kompozitai ir gaminiai su dideliu atsparumu ugniai nanomodifikuotų polimerų pagrindu / A.E.Ushakov, U.G.Klenin, T.G.Sorina, A.X.Hayretdinov, A.A.Safonov // Proceedings of 2nd Global Pultrusion Conf. Sudėtiniai profiliai – inžinerija ir dizainas. Baltimorė, JAV, 2009 m.

A.E. Ušakovas: Profesorius, technikos daktaras. Mokslai. NTIC „ApATEK-Dubna“ generalinis direktorius. Universitetskaya g., 11, pastatas 16. 141980 Dubna, Rusija
Yu. G. Klenin: NTIC „ApATEK-Dubna“ generalinis direktorius.
T.G. Sorina: cand. tech. mokslai, Mokslinių tyrimų centro „ApATEK-Dubna“ vyriausioji specialistė.
OI. Khairetdinovas: Mokslinių tyrimų centro „ApATEK-Dubna“ vyriausioji specialistė.
A.A. Safonovas: cand. tech. Sci., Mokslinių tyrimų centro „ApATEK-Dubna“ katedros vedėjas.

jų skirtumai nuo kitų, tradicinių gaminių

Be šiuolaikinių inovatyvių technologijų neįmanoma sukurti naujausių sprendimų statybos srityje, taip pat komercinėje ir gyvenamojoje statyboje, restauruojant greitkelius. Anksčiau šios technologijos naudojo gaminius iš plieno, aliuminio, gelžbetonio, tačiau šiandien nėra nieko modernesnio, patvaresnio ir ekologiškesnio už sintetinius kompozitinius gaminius iš polimerinių junginių.

Paprastai kompozitinės medžiagos sudėtis apima du komponentus: rišiklį (matricą) arba armuojančią medžiagą. Matricos dėka gaminiui suteikiama tam tikra forma ir fiksuojama armavimo medžiaga. Dėl to matrica sustiprėja ir perduoda savo savybes gaminiui. Toks šių medžiagų savybių derinys garantuoja, kad bus sukurta iš esmės nauja kompozicinė medžiaga.

Armatūros medžiagos tipas lemia kompozicinių medžiagų tipus. Pagal šią charakteristiką jie gali būti užpildyti, turėti pluoštinę, sluoksniuotą struktūrą, taip pat būti tūriniai ir skeleto. Tam tikros kompozitinės medžiagos savybės priklauso nuo fizinių, mechaninių ir cheminių savybių, kurias turės matrica ir armuojanti medžiaga, derinio. Kompozitinės medžiagos pastaruoju metu labai išpopuliarėjo ir labai dažnai naudojamos įvairiose srityse. Tai nesunkiai paaiškinama tuo, kad šios medžiagos turi nemažai privalumų, išskiriančių jas iš kitų, tradicinių gaminių.

Pagrindiniai kompozitinių medžiagų privalumai yra savybės, dėl kurių sintetinės medžiagos turi didesnį stiprumą ir atsparumą deformacijai, plyšimui, gniuždymui, kirpimui ir sukimui. Be to, polimerinės sintetinės medžiagos yra lengvesnės, patogios transportuoti ir montuoti. Kartu yra gera galimybė optimizuoti ir šių pozicijų kaštus.

Kompozitas atsparus agresyvios aplinkos cheminiam poveikiui, jo nepažeis ir krituliai. Medžiaga nebijo staigių temperatūros pokyčių, gali būti efektyviai naudojama skirtingomis temperatūros sąlygomis nepalankiomis klimato sąlygomis. Be viso to, kas išdėstyta aukščiau, galime pasakyti, kad ši medžiaga yra visiškai saugi aplinkai ir visiškai atitinka visus aplinkosaugos reikalavimus.

Kompozitų savybės.

Kompozitinės medžiagos turi savo ypatybes, kurios jas labai palankiai išskiria tarp tradicinių statybinių medžiagų. Naujos medžiagos sukuriamos dėl natūralaus kūrėjų noro pagerinti šiuo metu eksploatuojamų ir pradedamų eksploatuoti konstrukcijų charakteristikas. Šios statybininkų įvaldytos technologijos suteikia naują galimybę kurti modernesnius statinius ir technologijas. Viena ryškiausių polimerinių medžiagų kūrimo ypatybių apraiškų yra tai, kad kompozitas labai plačiai naudojamas įvairiose statybos srityse.

Kompozicinės medžiagos visiškai pagrįstai gali būti vadinamos XXI amžiaus statybų žaliava. Jie turi didžiausias fizines ir mechanines savybes esant mažam tankiui. Jie yra stipresni nei plieno ir aliuminio lydiniai.

Kompozicinės medžiagos yra sudėtingos nevienalytės (heterogeninės) struktūros, kurios susidaro derinant armuojančius elementus su izotropiniu rišikliu. Sutvirtinantis elementas gali būti plono pluošto, siūlų, kuodelių ar audinio pavidalo, suteikia šios medžiagos fizines savybes, kurios garantuotai bus tvirtos ir standžios pluošto orientacijos kryptimi, o matrica užtikrins pluošto vientisumą. struktūra. Dabartinės kompozitinės medžiagos turi specifinį stiprumą ir standumą armavimo kryptimi, ir šis skaičius gali būti daugiau nei 4 kartus didesnis nei plieno, aliuminio armatūros ir titano lydinio gaminių.

Padedant išorinei apkrovai medžiagai sunaikinimo metu, nustatomas konstrukcijos stiprumas. Standumas arba tamprumo modulis – tai medžiagų savybės, lemiančios konstrukcijų poslinkį veikiant išoriniam įtempimui. Ši charakteristika yra tiesiogiai proporcinga konstrukcijos stabilumo praradimo reiškiniui tuo metu, kai susidaro kintamos vertės ir yra didelė apkrova pamatui. Tokiais momentais atraminė konstrukcija gali būti sunaikinta. Savitasis stiprumas ir specifinis standumas yra ribinio įtempio ir tamprumo modulio santykis pagal medžiagos tankį. Esant aukštesnėms specifinėms medžiagos savybėms, konstrukcija bus lengvesnė ir tvirtesnė, o lenkimo slenkstis bus daug didesnis.

Armatūrinėms medžiagoms, kaip taisyklė, naudojami didelio stiprumo pluoštai iš stiklo, bazalto, aramido, anglies, boro, organinių junginių, taip pat metalinės vielos ir ūsų. Šie armatūros komponentai gali būti naudojami monofilamento, siūlų, vielos, kuodelių, taip pat audinio ar tinklelio pavidalu.

Kompozitinėje medžiagoje matrica yra svarbiausias komponentas, dėl kurio užtikrinamas kompozicijos vientisumas, fiksuojama jos forma ir armuojančio pluošto vieta. Matricinės medžiagos dėka galima užtikrinti optimalų elementų gamybos būdą, taip pat pasirinkti tinkamą kompozito darbinės temperatūros lygį, atsparumą cheminiams dirgikliams, kompozito elgseną veikiant krituliams ir aukšta arba žema temperatūra.

Matrica gali būti epoksidinės, poliesterio ir kai kurių kitų termoreaktingų, polimerinių ir termoplastinių medžiagų medžiagos. Pluoštinės struktūros kompozicinėse medžiagose įtempiai, atsirandantys veikiant išorinėms apkrovoms, yra suvokiami didelio stiprumo pluoštais. Jie taip pat suteikia konstrukcijos stiprumą sutvirtinimo kryptimi. Dėl kompozitinių medžiagų savybių kryptingo pobūdžio jos pasižymi puikiomis savybėmis. Iš kompozicinių medžiagų galima sukurti anksčiau nurodytų savybių konstrukcijas, kurios maksimaliai atitinka darbo specifiką ir savybes. Dėl matricos pluoštų ir medžiagų įvairovės, taip pat schemos, pagal kurią vyksta armavimo procesas kuriant kompozitą, galima tikslingai kontroliuoti stiprumą, standumą, darbinės temperatūros lygį, cheminį atsparumą ir kitas savybes.

Plačios įvairių formų medžiagų gamybos technologinio proceso galimybės lemia platų galimų pagaminti kompozitinių medžiagų asortimentą. Atsižvelgiant į visas technologijas, būtina naudoti specialius mazgus ir įrangą, įrankius ir kitas mašinas. Taikant šią techniką, armatūros strypai gali būti lenkiami įvairiomis kryptimis, kad būtų pasiekti neįprasti konstrukciniai sprendimai.

Šiame skyriuje galime išsamiai apsvarstyti, kas yra naudojama kompozitinių medžiagų gamybai, kokios armavimo medžiagos ir matricos gali būti naudojamos, taip pat kokios technologijos naudojamos gamyboje.

Kompozitinės medžiagos ir technologijos.

Kompozitų armavimo medžiagos:

		1. Stiklo pluoštas. Kompozitinių medžiagų gamybos technologijoje naudojamos armavimo medžiagos, tokios kaip stiklo pluoštas. Ši medžiaga yra išvestinė stiklo forma, išlydyta ekstruzijos būdu. Gamybos proceso metu per besisukančius filtrus praleidžiami išlydyti siūlai, kurie tampa labai tvirti. Ši medžiaga, skirtingai nei stiklo gaminiai, nedūžta, nedūžta, tačiau tuo pačiu išlieka labai patvari ir leidžia iš jos gaminti įvairios paskirties audinius bei kabelius. Paprastai jis labai dažnai ir plačiai naudojamas namų statybai, kapitalinės statybos pamatams, taip pat greitkelio rekonstrukcijos darbams. Stiklo pluoštas taip pat naudojamas fasadų šilumos izoliacijai, garso izoliacijai. Stiklo pluoštas taip pat reguliariai naudojamas apdailos ir konstrukcinėms medžiagoms, tokioms kaip stiklo pluošto armatūra, dailylentės, lentos, stiklo pluošto plytelės. Ši medžiaga yra atspari ugniai, todėl yra saugi bet kokiai aplinkai, tiek komercinei, tiek gyvenamajai. Jei palyginsime stiklo pluoštą su įprastomis medžiagomis, tada kompozito kaina yra palanki. Ši technologija leidžia gaminti medžiagas, kurių specifinis stiprumas didesnis nei plieno. Ir dar labai svarbu, kad stiklo pluoštui galima suteikti absoliučiai bet kokią formą.
		2. Bazalto pluoštas. Kita labai populiari medžiaga kompozito gamybai yra bazalto pluoštas, pagamintas iš uolienų, panašių į bazaltą, bazanitą ir gabradiabazę. Taip pat naudojami šių medžiagų deriniai. Šis pluoštas gaminamas specialiose krosnyse aukštoje temperatūroje. Medžiagos tirpsta ir laisvai teka per specialų išleidimo angą. Bazalto pluoštas gali būti dviejų tipų – kuokštelinis ir ištisinis, šių dviejų tipų skirtumai yra pačios medžiagos savybėse. Jis plačiai naudojamas filtrų gamyboje. Ši medžiaga pasižymi lengvumu ir tvirtumu, todėl sėkmingai naudojama betoninėms konstrukcijoms sutvirtinti. Statyboje naudojamas bazalto pluoštas, kurio dėka konstrukcija ženkliai pagerina savo savybes – atsparumą smūgiams, atsparumą šalčiui ir konstrukcijų atsparumą vandeniui. Iš bazalto pluošto gaminama šilumos izoliacija ir priešgaisrinė apsauga, bazalto-plastiko jungiamosios detalės, filtrų užpildai su itin smulkiu valymu, mišiniai betono armavimui, įvairių mašinų, veikiančių nepalankiomis oro sąlygomis ir labai žemoje temperatūroje, izoliacijai. Iš šios medžiagos gaminami bazalto kilimėliai ir pluošto plokštės, kurios vėliau naudojamos vamzdynų apvalkalui. Pagrindiniai bazalto pluošto gaminių privalumai yra tokios savybės kaip didelis atsparumas cheminėms medžiagoms, mažas svoris ir labai palanki kaina. Akyta bazalto pluošto struktūra neslopina pralaidumo, o iš bazalto pluoštų pagamintas pluoštas nerūdija ir neturi katodinio poveikio, skirtingai nei metalo gaminiai.
		3. Anglies pluoštas. Anglies pluoštas taip pat naudojamas kompozitinių medžiagų gamyboje. Ši medžiaga yra medžiaga, kurioje yra tik anglies karbonatas. Ši medžiaga, kurią pirmą kartą pagamino ir užpatentavo Thomas Edisonas XIX amžiaus pabaigoje, yra itin stiprus elementas, kurį galima gauti naudojant organinių pluoštų apdorojimą aukštoje temperatūroje. Kompozitinių medžiagų gamyba iš anglies karbonato yra labai sudėtingas procesas, kuris atliekamas kompleksiškai. Medžiagai visiškai sukietėjus ir grafitavus, grynos anglies kiekis pluošte bus apie 99%. Anglies kompozitai daugiausia naudojami gaminant orlaivių fragmentus, taip pat įrenginius, kurie patiria nuolatines dideles apkrovas. Ši medžiaga lydosi labai aukštoje temperatūroje, todėl sėkmingai naudojama termoizoliacijai vakuuminių krosnių gamyboje. Be to, anglies kompozitas turi savybę efektyviai sugerti elektromagnetines bangas, kurios plačiai naudojamos radijo inžinerijoje. Anglies pluoštas pasižymi itin dideliu cheminiu atsparumu. Jis naudojamas erdvėlaivių, viršgarsinių lėktuvų, lenktyninių automobilių dalių, elektromagnetines bangas sugeriančių ekranų gamyboje, taip pat profesionalios sporto įrangos gamyboje. Lyginant anglies pluoštą su tradicinėmis medžiagomis, naujoji technologinė medžiaga yra lengva ir tvirta, todėl gali pakeisti bet kokį plastiką ar metalą.
		4. Aramido pluoštas. Aramido pluoštas taip pat labai dažnai naudojamas kompozitinių medžiagų gamyboje. Jis taip pat kartais vadinamas kevlaru. Tai patvari sintetinė medžiaga, gaunama iš kopolimerinių siūlų kaitinant juos iki penkių šimtų laipsnių. Ši medžiaga turi keletą veislių, tokių kaip para-aramidiniai ir meta-aramidiniai pluoštai. Pastarieji pasižymi itin dideliu atsparumu karščiui, todėl iš jų galima kurti aksesuarus drabužiuose. Aramidiniai pluoštai yra plačiai naudojami daugelyje pramonės šakų. Jie sujungia lengvumą ir stiprumą. Jie naudojami aviacijos ir erdvėlaivių projektavimui, lenktyninių automobilių detalėms, taip pat kombinezonų ir įrangos gamybai lenktynininkams, kariškiams, ugniagesiams ir kitoms specialioms zonoms. Svarbu, kad aramidas būtų naudojamas šarvų, kabelių apvalkalų, tvirtų kabelių, ugniai atsparių drabužių ir automobilių padangų sutvirtinimui gaminti. Ši medžiaga turi labai aukštą atsparumo tempimui lygį, taip pat aukštą cheminį atsparumą ir aukštą lydymosi temperatūrą. Dėl šių savybių aramido pluoštas praktiškai neturi analogų, todėl iš jo galima gaminti pusverpalius. Jie yra ryšuliai, surinkti iš šio pluošto siūlų. Pusverpaliai gali būti įvairaus tankio ar storio, tai priklauso nuo pluošto siūlų skaičiaus ryšulyje, sriegio skersmens, žaliavos, iš kurios jis pagamintas, rūšies.

Pirmiau aprašytų pluoštų pagrindu gaminami pusverpaliai. Roving- yra pluoštas, surinktas iš ištisinio pluošto gijų. Pusverpaliai skiriasi: tankiu arba storiu – pluošto siūlų skaičiumi kuodelyje, vieno sriegio skersmeniu, žaliavos, iš kurios jie pagaminti, rūšimi, tepalo rūšimi ir paskirtimi. Jų pagrindinis žymėjimas yra teksais („tex“) – tai 1 kilometro svoris gramais. Pusverpaliai pristatomi ritėmis arba ritėmis, hermetiškai supakuotomis į plėvelę.

		Stiklo pusverpis yra ištisinė sruogelė, austa iš stiklo pluošto. Norint nurodyti pusverpalio storį, kuris priklauso nuo to, kiek jame yra siūlų, naudojama reikšmė tex („tex“). Iš esmės pusverpaliai gaminami ant specialių nendrių apvijų blokų, naudojant atskiras stiklo pluošto gijas. Užbaigtas stiklo pluoštas yra išrašomas specialiais termoplastiniais klijais, kurie vadinami lubrikantu. Iš stiklo pusverpalio galima gaminti jungiamąsias detales, įvairius profilius, taip pat sukamuosius cilindrus, vamzdžius, rezervuarus, kuriuose galima laikyti ir transportuoti chemikalus. Pusverpis gali būti naudojamas kaip sutvirtinanti medžiaga. Dėl to, kad jo kaina yra labai prieinama, medžiaga yra lengva ir plastikinė, ji labai dažnai naudojama apdailos darbuose ir fasadų dekoravimui. Taip pat pusverpaliai naudojami plastikų užpildymui, pultruduotų profilių gamybai, pastatų armatūrai, termoplastiko armavimui, taip pat stiklo pluošto gamybai, asfaltbetonio dangos kokybei gerinti, taip pat vamzdžių ir konteinerių, kurie yra naudojamas esant aukštam slėgiui. Produktai, pagaminti iš stiklo pusverpalio, turi daug privalumų. Visų pirma, tai yra prieinama kaina, didelis tvirtumas, saugumas, atsparumas nepalankioms sąlygoms, atsparumas pažeidimams, ilgą laiką gali būti naudojamas kaip šilumą izoliuojanti medžiaga.
		Bazalto kratymas iš tikrųjų yra pluoštas, kuriame vientisos bazalto gijos yra tolygiai ištemptos. Siūlams gaminti stambi bazalto skalda susmulkinama, sijojama, nuplaunama ir išdžiovinama. Po to ši kompozicija sukraunama į rekuperacines lydymo krosnis, kur trupiniai įkaitinami iki 1500 laipsnių. Kompozicija pradeda tirpti ir tekėti į tiektuvą, po to patenka į verpimo tiektuvą, iš kurio ištraukiama specialiu įtaisu, formuojančiu ištisinius siūlus. Verpimo metodas nustato, ar pusverpalis bus suvyniotas tiesiais siūlais, ar sulankstytas. Didelis medžiagos stiprumas ir atsparumas agresyviai aplinkai leidžia naudoti pusverpius gaminant vamzdžius, skirtus chemikalams, dujoms aukštoje temperatūroje, kurui ir tepalams transportuoti. Bazalto pagrindu pagamintas pusverpis taip pat naudojamas audiniams ir prepregams gaminti, pastatų armavimui, plastikinių ir betoninių gaminių sutvirtinimui, stogo instaliacijoms ir apdailos medžiagoms gaminti, šilumos izoliacinių kilimėlių gamyboje, asfalto dangos gerinimui statybose ir kelių rekonstrukcijos darbai.
		Anglies pusverpis yra sruogos, austos iš kieto anglies pluošto. Medžiagoje esantys pluoštiniai siūlai yra labai mažo, iki 15 mikronų skersmens, dėl to kuodelis pasižymi labai dideliu tempimo stiprumu. Be to, medžiaga yra labai lengva. Gamybos metu jie pašildomi iki 1700 laipsnių, chemiškai apdorojami, dėl to vyksta karbonizacija. Pusverpaliai parduodami ritiniais ir turi būti laikomi sausoje vietoje. Anglies pusgaminiai gali būti naudojami statybvietėse, laivų statyboje ir orlaivių gamyboje. Dėl aukštų pusverpalių mechaninių savybių galima laminuoti ir sustiprinti sistemas, kurių sudėtyje yra epoksidinės dervos, vinilo ir poliesterio dervos. Pusverpaliai, kuriuose yra anglies gijų, naudojami medicinos reikmėms, statybose, elektrotechnikoje, orlaivių gamyboje ir raketų moksle, naftos pramonėje, kosmoso pramonėje, sporto įrangos gamyboje. Anglies vingiavimo privalumai akivaizdūs – lyginant su tradiciškai naudojamomis medžiagomis, jis pasižymi dideliu atsparumu tempimui, nerūdija, gali atlaikyti itin aukštą temperatūrą. Anglies pluoštai, kurie yra ryšulio dalis, gali sugauti alfa daleles, o jų savybės leidžia sukurti vientisus sudėtingų formų gaminius.

Kompozitinių rišiklių rūšys. Sudėtinės matricos:

1. Epoksidinis rišiklis.

Sudėtiniai rišikliai ir matricos gali būti įvairių tipų. Labai dažnai naudojamas epoksidinis rišiklis, kuris susidaro iš epoksidinės grupės medžiagos. Ši medžiaga turi trimatę struktūrą, kuri yra atspari šarmų, rūgščių ir halogenų tirpalams. Epoksidiniai rišikliai yra plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose. Jis naudojamas įvairių tipų armavimo elementų klijavimui ir aukštos kokybės kompozitinei medžiagai gauti. Taip pat jis naudojamas kaip sandarinimo priemonė elektroniniams prietaisams, įvairioms plokštėms ir kitiems įrenginiams. Šis rišiklis plačiai naudojamas statybos darbuose, taip pat buityje.

2. Poliimido rišikliai.

Ne mažiau žinomas ir populiarus yra poliimido rišiklis. Šios medžiagos priklauso karščiui atsparių medžiagų klasei, turinčiai sudėtingą struktūrą su daugybe ryšių tarp dalelių. Dėl šių dalelių atsparumo karščiui ši medžiaga naudojama kaip rišiklis erdvėlaivių šiluminės apsaugos sistemose, raketų pramonėje, taip pat daugelyje kitų gaminių, kurie naudojami esant agresyviai aukštai temperatūrai. Renkantis tokio tipo rišiklius, būtina atsižvelgti į šios medžiagos toksiškumo faktorių, labai aukštą klampumą esant normaliai temperatūrai, gana aukštą kainą, kuri siejama su ilgu gamybos procesu.

3. Poliesterio rišiklis.

Poliesterio rišikliai – tai produktas, susidaręs polimerizuojant esterius su sočiosiomis dalelėmis. Šios medžiagos ypatumas yra tas, kad joje yra didelis procentas stireno, kuris susidaro polimerizacijos proceso metu. Tai gali lemti dvi neigiamas šios medžiagos savybes – be porėtos struktūros, ji gali būti ir toksiška. Tačiau ši jungtis yra pigesnė nei epoksidinė rišamoji medžiaga, be to, jos klampumas yra mažesnis ir ją lengviau tepti.

4. Fenolio-formaldehido rišiklis.

Fenolio-formaldehido rišiklis pasižymi tuo, kad darbinės temperatūros lygis gali būti labai aukštas. Taip pat svarbu, kad ši medžiaga būtų labai prieinama, nes tai yra šalutinis naftos produktų sintezės produktas. Jis turi gerą sklandumą, todėl galima gauti įvairių konfigūracijų gaminius. Naudojant šį rišiklį, galima gauti gerai impregnuotą armavimo elementą kompozicinėje medžiagoje.

5. Anglies rišiklis.

Anglies rišiklis leis pagaminti labai aukštų fizinių ir mechaninių savybių gaminį. Jo linijinio šiluminio plėtimosi koeficientas yra ≈10-7-10-8; šilumos laidumo koeficientas iki 1000 W/m.K; tamprumo modulis Е≈600 GPa. Ši medžiaga taip pat pasižymi puikiomis elektrinėmis savybėmis, taip pat dideliu cheminiu inertiškumu. Ši jungtis naudojama gaminant variklių antgalių blokus, karščiui atsparias plyteles, taip pat elektrotechnikos elementuose.

6. Cianato-eterio rišiklis.

Cianato esterio rišiklis pasižymi dideliu atsparumu spinduliuotei, kintamomis mechaninėmis savybėmis, kurios priklauso nuo apdorojimo laiko, taip pat turi mažą drėgmės sugėrimą ir mažą dielektrinę konstantą. Be to, cianato esterio rišikliai yra labai atsparūs temperatūros pokyčiams, kurie kitose medžiagose gali sukelti mikroįtrūkimus ir vėliau medžiagos suirimą. Dėl šių savybių cianato eteris plačiai naudojamas kosmoso pramonės kompozitinėse medžiagose. Medžiaga naudojama atšvaitų, gaubtų, antenų, reflektorių, taip pat matmenų stabilių erdvinių struktūrų gamybai.

GELIAUKAI Kompozitinėms medžiagoms padengti naudojamos modifikuotos dervos, kurios vadinamos gelcoats. Jie yra pagaminti iš poliesterio arba epoksidinės dervos, todėl kompozito paviršius bus lygus, blizgus. Gelcoat dengimas turi būti atliekamas purškimo pistoletu, kuris garantuoja vienodą sluoksnį, be pleiskanų. Detalės formavimo procese dažnai naudojamas specialus matricos tipo gelcoat, kurį galima tepti storesniu sluoksniu. Paprastai stiklo pluošto gaminiai yra padengti šia derva, kuri sukuria papildomą apsaugą ir prailgina medžiagų tarnavimo laiką. Taip pat gelcoat pagalba paviršius nudažomas norima spalva.

Galima perskaityti informaciją apie kompozicinių medžiagų gamybos technologijas