124052 (592892), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Состав материала:

– связующее АПИ-3………………………30% об.

– базальтовый наполнитель………………50% об.

– углеродный наполнитель……………….20% об.

Материал получили таким образом:

Отрезали базальтовую ткань размером 400*400 мм, улажили на полиэтиленновую (ПЭ) пленку, нанесли из стеклянной емкости рассчитанное количество имидного связующего АПИ-3.

Далее накрыли ПЭ пленкой и равномерно с легким нажимом распределили связующее шпателем по всей площади ткани. Для обеспечения пропитки наполнителя ткань со связующим выдержали между пленками в свободном состоянии не менее двух часов. Пропитанную ткань перенесли на решетчатый поддон, предварительно удалив полиэтиленовые пленки и загружали в термошкаф для проведения процесса синтеза олигоимида на поверхности наполнителя.

Режим термообработки полуфабриката определялся из условий образования олигоимида из смеси имидообразующих мономеров АПИ-3/ /:

– нагрев от 20С до 180С со скоростью 4–6 С в/мин.

– выдержка при 180 С в течении 1-го часа.

– свободное охлаждение вне термошкафа.

Жесткий лист пропитанной ткани разрезали ножницами на отрезки размерами 15*1,5 мм. Для получения полуфабриката готового к формованию смешали пропитанный базальтовый и углеродный наполнитель исходя из заданного соотношения. Поместили их в стеклянную емкость и перемешали до состояния статистического смешения.

Затем пессматериал загрузили в прессформу и провели прессование на лабороторном ручном прессе.

Режим прессования:

– загрузка полуфабриката в прессформы при Т=20С.

– устанавка прессформы под пресс разогретый до Т=300 С.

– создание давления 20 кg/cм² (по барометру пресса).

– выдержка в течении 25 минут.

– снятие прессформы и свободное охлаждение.

– разборка прессфомы и выемка образца.

Получаемые образцы имели вид таблеток с радиусом R=1,25 и толщиной 6 мм.

Отработку режима прессования проводили в основном по давлению прессования (Р_пр). Для выбора температурновременных показателей использовались рекоменда-ции/11/. Технологические свойства оценивали пластометрическим методом (метод ротационной выскозиметрии) на приборе пластомер «Полимер Р-1».

3. Разработка технологии получения термоустойчевого фрикционного ПМ

3.1 Разработка технологии получения ДВБ-ФИ

Для получения прессматериала ДВБ-ФИ используется имидное связующее мономерного типа АПИ-3, и базальтовая нить РБК-600. Связующие представляет собой прозрачную жидкость красно-коричневого цвета; это 60%-ный раствор имидообразующих мономеров и в фуриловом спирте (табл. 3.1).

Таблица 3.1. Характеристика раствора связующего АПИ-3 /20/

Коэффициент рефракции 60%-ного раствора АПИ-3 при 20 ^оС составляет 1,522–1,526; поверхностное натяжение – 32,5 дин/см². Угол смачивания связующим при 20 ^оС углеродного волокна составляет 25⁰; стеклянного – 12–16⁰; базальтового – 10–12⁰.

В качестве наполнителя используется базальтовая нить РБК-600. Степень наполнения в прессматериале определяется с учетом количества летучих продуктов в связующем и исходя из заданной степени наполнения материала после отверждения, которая равна 60% масс.

Так как связующие жидкое с легко регулируемой вязкостью, то для получения прессматериала ДБВ-ФИ можно рекомендовать метод окунания, который осуществляется на пропиточных установках.

В процессе пропитки окунанием волокнистый наполнитель в виде нитей сматывают с бобин и по тракту установки для пропитки направляют в ванную со связующим (рис. 3.1). На выходе из пропиточной ванны производят отжим избытка связующего и направляют в сушильную камеру, где происходит удаление растворителя и предотверждение связующего. Из камеры непрерывный материал подается на автоматические ножницы где режется на гранулы заданной длинны и ссыпается в тару /9/.

Закономерности проникновения связующего в межволоконное пространство наполнителя представлены на рис. 3.2.

Нить диаметром 2R находится в ванне со связующим на глубине Н. Связующие проникает в межволоконное пространство нити через боковую поверхность, сквозь щели шириной , образованные параллельно уложенными элементарными волокнами.

Движение связующего в процессе пропитки волокнистого наполнителя хорошо описывается законом Дарси:

V_ф = – (К/)(dp_n/dR),

где: V_ф – скорость фильтрации;

К – коэффициент проницаемости;

dp_n/dR – градиент давления по радиусу жгута.

В соответствии с теорией гидравлического радиуса, формула, связывающая К с характеристиками пропитываемого наполнителя выглядит следующим образом:

К = аП³/ (bf (1-П²)),

где: а = sin² – фактор ориентации каналов пор по отношению к направлению потока связующего (для хаотически распределенных волокон а = 0,75);

b – фактор формы каналов (для каналов между прямолинейными цилиндрами b = 3);

f – удельная поверхность волокон (отношение единицы поверхности волокна к площади его поперечного сечения).

Давление пропитки Р_n складывается из нескольких составляющих:

Р_n = 2 сos / + gН + Р_атм – Р_возд,

т.е. капиллярного давления, гидростатического и атмосферного.

Воздух, находящийся в межволоконном пространстве, оказывает сопротивление движению связующего. Под действием удельной капиллярной силы

F₂ = sin

происходит сближение элементарных волокон, а следовательно, уменьшение и снижение скорости пропитки.

Пропитку интенсифицируют вакуумированием межволоконного пространства наполнителя (вакуумная пропитка), увеличением давления над свободной поверхностью связующего (пневматическая пропитка), возбуждением в связующем акустического давления (пропитка с наложением механических колебаний), наложением на связующие центробежных сил (центробежная пропитка) и другими способами /12/.

При выходе из пропиточной ванны помимо того связующего, которое проникает в межволоконное пространство, поверхность волокнистого наполнителя захватывает еще некоторое количество связующего, общая толщина связующего может быть определена по следующим формуле:

= 1,32 RC (V/)^2/3

для жгута радиуса R, протягиваемого со скоростью V через ванну со связующим, с объемной концентрацией С и вязкостью .

Для пропитываемой нити, выходящей из ванны под углом наклона к горизонту ,

Необходимое содержание связующего в прессматериале обеспечивается отжимом, который осуществляется роликами, ножами или эластичными губками /12/.В данном случае процесс пропитки волокнистого наполнителя совмещен с термообработкой и резкой готового прессматериала.

Поскольку связующие представляют собой растворы 40–60%-ной концентрации, а скорости пропитки довольно высоки, приходится за короткое время из удалять значительное количество растворителя. При высоте сушильных камер от 2,5 до 4 метров и 2–4 проходах препрегов через камеру со скоростью 1,0–10 м/мин время сушки составляет от 0,5 до 15 минут. В таких условиях обычная конвективная сушка оказывается малоэффективной, т. к. удаление растворителя идет только с поверхности, а образовавшаяся пленка связующего препятствует выходу растворителя. Для интенсификации процесса применяют инфракрасную сушку препрегов с принудительным отсосом паров растворителя. При инфракрасной сушке происходит прогрев препрега по всему объему, причем, наиболее интенсивно поглощает тепло волокнистый наполнитель. Поэтому поток тепла идет изнутри к наружной поверхности препрега и твердая пленка на этой поверхности почти не образуется /10/.

Энергия излучающих элементов сушильной камеры Q расходуется на нагрев препрега и испарение растворителя, нагрев стенок камеры, т. к. волокнистый наполнитель и металл, из которого сделаны стенки сушильной камеры, непрозрачны для инфракрасного излучения. Воздух – практически прозрачен для инфракрасных лучей и поэтому нагревается конвективно только от стенок камеры.

При расчете тепла Q, потребляемого для сушки препрега, задаются температурой излучателей Т, температурой нагрева ленты препрега (воздуха) Т_л, температурой стенки сушильной камеры Т_к. Должна быть известна номинальная мощность нагревательной камеры, расход воздуха, масса погонного метра препрега, содержание в препреге связующего и его концентрация, скорость пропитки V. Определяют площадь поверхности излучающих плит F₁, поверхности ленты препрега F₂ и внутренней полости сушильной камеры F₃.

Производительность установки G_пр определяется по формуле:

G_пр = m_п 60, (г/ч),

где: m_п – масса погонного метра препрега;

V_п – скорость пропитки.

Количество испаряемого растворителя G_р

G_р = G_прС_свС_кр/100,

где: С_св – массовое содержание связующего, %;

С_кр – концентрация растворителя, %.

Суммарное количество тепла Q, идущее на нагревание ленты Q₁, сухого остатка связующего Q₂, нагревание и испарение растворителя Q₃ и соответственно равно

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄

или

Q = С^/_лm_лТ_л + С^/_свm_свТ_св + С^/_рm_рt_р + q_рm_р,

где: С^/_л, С^/_св, С^/_р – удельные теплоемкости материала наполнителя, связующего и растворителя соответственно;

m_л, m_св, m_р – их массовое содержание в препреге;

Т_л, Т_св – разница между температурой сушки и начальной температурой;

t_р – разница между температурой кипения растворителя и начальной температурой;

q – удельная теплота парообразования растворителя при температуре кипения и нормальном давлении.

Определяют расход воздуха, предотвращающий образование внутри сушильной камеры взрывоопасной среды

V = m_p/ (ПДК НВП),

где: ПДК – предельно допустимая концентрация растворителя;

НВП – нижний предел взрывоопасности.

Тепло, идущее на нагревание воздуха:

Q_в = С_в V_в (t₁ – t₂),

где: С_в – объемная теплоемкость воздуха;

t₁ и t₂ – начальная и конечная температуры воздуха.

Тепло, передаваемое излучением препрегу от инфракрасных нагревателей Q_и и стенок сушильной камеры Q_ск

Q = Q_и + Q_ск.

В общем виде тепло Q_и(ск)

Q_и(ск) = _и С₀ (Т₁/100)⁴ – (Т₂/100)⁴F₁,

где: _и – приведенный коэффициент черноты

где: ₁, F₁, ₂, F₂ – коэффициент черноты и площади нагреваемых поверхностей;

Т₁, Т₂ – температура нагреваемой и излучаемой поверхностей. /9/.

Таким образом, при разработке технологии получения прессматериала ДБВ-ФИ методом окунания необходимо учитывать концентрацию и вязкость раствора связующего, природу и текстуру наполнителя, смачивающую способность и поверхностное натяжение связующего, скорость диффузии и фильтрации. При термообработке связующего АПИ-3 происходит не удаление растворителя, а первая стадия химической реакции синтеза олигоимида, т.е. образование олигоимидоэфира, сопровождающаяся выделением низкомолекулярных летучих продуктов реакции. Степень синтеза определяет свойства прессматериала /15,16,20/. Технологический процесс пропитки базальтовой нити связующим АПИ-3 строится по традиционной технологической схеме реализации процесса на пропиточных установках, при этом весь процесс можно разделить на две основные части: пропитка наполнителя в пропиточной ванне и термообработка пропитанного наполнителя в сушильной камере.

Характеристики

Список файлов ВКР