При необходимости повышения давления формования для обеспечения требуемого качества детали, а также при серийном производстве изделий из армированных пластиков небольших и средних размеров применяют метод прессования в жесткой прессформе, который изложен выше.

     При серийном производстве крупногабаритных деталей сравнительно простой конфигурации, изготовляемых из пропитанных слоистых наполнителей в жесткой прессформе, формование часто осуществляют не на прессах, а в термошкафах, применяя метод формования в болтовой форме. В жесткую форму, имеющую пуансон и матрицу, помещают заготовку детали и форму смыкают с помощью болтов до обеспечения окончательной толщины детали. При необходимости приложения больших усилий для смыкания формы используют пресс с последующей стяжкой болтами. Собранные формы помещают в термошкафы, где осуществляется температурный режим отверждения и формования. Метод позволяет изготовлять сразу большое кол-во деталей одновременно.

     При термокомпрессионном формовании заготовку формуемой детали помещают на жесткий пуансон или матрицу, покрывают или обматывают формующим материалом с высоким коэффициентом термического расширения, например термостойкой кремнийорганической резиной, и накрывают ограничит. оснасткой, которую плотно, например с помощью болтов, соединяют с пуансоном или матрицей, создавая начальное давление. В процессе нагрева уплотнение заготовки осуществляется вследствие термического расширения формующего материала, расположенного между заготовкой и жесткой ограничительной формой. Метод позволяет значительно упростить конструкцию прессформы и обеспечить равномерное распределение давления по всей поверхности формуемой детали.

     Центробежный  метод формования основан на уплотнении материала вследствие возникновения центробежной силы, возникающей при вращении оправки с заготовкой детали. Данный метод применяют при изготовлении крупногабаритных цилиндрических и слабоконических оболочек из композиционных материалов с неориентированным расположением волокон, получаемых главным образом методом напыления. При этом используют полиэфирные и эпоксидные связующие холодного отверждения.

     Методом протяжки (пултрузии) изготовляют профильные изделия постоянного сечения (стержни, трубки, профили различного поперечного  сечения и др.). Процесс осуществляют по непрерывной схеме: армирующий наполнитель, совмещенный со связующим, собирают в пучок и протягивают через систему формообразующих головок (фильер), в которых осуществляется формование изделия и частичное отверждение связующего. Окончательное отверждение происходит в термокамере или высокочастотной установке. Метод характеризуется высокой производительностью, экономичностью, поддается автоматизации.

     Метод прокатки (ролтрузии) аналогичен методу протяжки за исключением того, что  формующим элементом здесь является система роликов по форме изготовляемого изделия. Вращающиеся ролики позволяют более эффективно уплотнять заготовку, предотвращать повреждение армирующего наполнителя и изготовлять профили большого сечения.

     Формование  методом обмотки (викелевки) широко применяют при изготовлении труб и др. деталей, имеющих форму тела вращения или близкую к ней. Заготовку детали, изготовленную методами намотки или послойной выкладки, покрывают разделит. слоем, цулагой и обматывают с натяжением несколькими слоями нити, жгута или др. материала, вследствие чего и происходит уплотнение материала. Усилие натяжения нити и других материалов подбирается экспериментально.

     Для изготовления изделий, к которым  предъявляют повышенные требования по герметичности и стабильности размеров, применяют метод пропитки под давлением. При этом заготовку детали формируют из непропитанного (или частично пропитанного) наполнителя на пуансоне методами послойной выкладки или намотки. После этого пуансон смыкают с матрицей, а пространство между ними герметизируют. К верхней части замкнутого пространства подсоединяют вакуумную систему для удаления воздуха из непропитанной заготовки, а к нижней-трубопровод, по которому под давлением до 3 МПа подается связующее (рис. 14). Контроль пропитки осуществляют по появлению смолы на выходе из формы. При изготовлении длинномерных деталей в процессе пропитки производят выравнивание давления внутри пропитываемой заготовки, для чего закрывают выходное отверстие и выдерживают связующее под давлением в течение определенного времени; часть связующего затем прокачивается через заготовку. После окончания пропитки выход из формы перекрывают и производят отверждение детали.

1.3 Методы обработки изделий из  полимерных материалов

     Отформованные изделия из всех видов полимерных материалов обычно дополнительно подвергают различным видам обработки. Механическую обработку (точение, фрезерование, сверление) применяют при изготовлении изделий сложной конфигурации из заготовок простой формы, для удаления заусениц (грат, пленки) с деталей, полученных различными методами формования, доведения размеров изделия до требований чертежа.

     Термическую обработку применяют для стабилизации структуры и свойств материала  изделия, снятия остаточных напряжений, доотверждения изделий из реактопластов, аморфизации кристаллизующихся полимерных материалов, изменения состава полимерных материалов с целью получения изделий с новым комплексом свойств (пиролиз, графитизация). Проводят термообработку на воздухе, в среде инертных газов и жидкостей или в вакууме. Тепло к изделиям подводят конвекционным (в термостатах), контактным (в жидкостных ваннах) способами, излучением с помощью тепловых экранов, токами высокой частоты. Для интенсификации протекающих в материале изделий физико-химических процессов термообработку иногда сочетают с обработкой ультразвуком.

     Радиационное  облучение применяют для увеличения частоты сетки реактопластов или для придания термопластам сетчатой структуры. В результате такой обработки может быть повышена тепло- и термостойкость изделий, а также улучшены механические свойства материала изделия.

     Увеличение  габаритов и усложнение конфигурации изделий из полимерных материалов часто делает невозможным их изготовление за один цикл и в одной технологической оснастке. Это приводит к необходимости изготовления отдельных элементов (деталей) изделия и их дальнейшей сборки в единую конструкцию с использованием различных способов неразъемного и разъемного соединения-склеивания, сварки, механической сборки.

     Склеивание - создание неразъемных соединений элементов конструкции при помощи клеев. Прочность клеевого соединения определяется когезионной прочностью клея и материала соединяемых элементов, адгезионным взаимодействием клея со склеиваемыми поверхностями, напряженностью клеевого шва, а также технологическими параметрами склеивания.

     При сварке элементов конструкций исчезает граница раздела между соединяемыми поверхностями и образуется структурный переходный слой от одного объема полимерных материалов к другому, что обеспечивает создание неразъемных соединений. Сварка полимерных материалов может осуществляться с применением конвекционного нагрева, токов высокой частоты, ультразвука, трения, под действием ИК и лазерного излучения. Прочность соединения зависит от возникающих в переходном слое сил межатомного и межмолекулярного взаимодействия. При сварке термопластов переходный слой образуется при нагреве или при действии растворителя в результате взаимной диффузии макромолекул полимерных материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии. При сварке реактопластов соединение осуществляется вследствие химичнеского взаимодействия макромолекул соединяемых материалов между собой или со сшивающим агентом, вводимым в зону сварки (так называемая химическая сварка).

     Механическая  сборка - способ соединения деталей  и элементов конструкций с помощью заклепок, винтов, болтов, шпилек, замков, скрепок и т.д.

Глава 2. Старение и  применение полимерных материалов

2.1. Применение полимерных материалов

     Применение  полимерных материалов нашло широкое  применение при постройке и ремонте  вагонов и их узлов. Так при ремонте грузовых вагонов и пассажирских, обращающихся со скоростями движения более 160 км/ч для осуществления тормоза, взамен дорогостоящих, более тяжелых чугунных колодок, применяются тормозные колодки и диски изготовленные из композитных материалов. Данные колодки и диски имеют большую эффективность при торможении и исключают образование искр в процессе торможения.

     Кроме того, широкое применение полимерным материалам нашлось при ремонте  и изготовлении внутреннего убранства  пассажирских вагонов. При ремонте дверей, перегородок, надоконных и подоконных панелей, столиков купе, ящиков и шкафчиков в купе отдыха проводников взамен плит ДВП, окрашенных лакокрасочными материалами, применяется облицовка из бумажно-слоистого пластика. Данный материал обладает более высокими эксплуатационными характеристиками, чем нанесенное на ДВП лакокрасочное покрытие.

     При ремонте окон взамен деревянных окон применяются современные оконные  блоки, изготовленные из алюмопласта. Данные окна обладают значительной прочностью соединений, обеспечивают сохранение температурного режима в салоне вагона. Данные окна не теряют свои свойства при эксплуатации вагонов, исключают необходимость проведения технического обслуживания в межремонтные сроки эксплуатации.

     Применение полимерных материалов дало возможность снизить трудоемкость ремонта вагонов, повысить эксплуатационные характеристики составных частей вагонов.

2.2. Старение полимерных материалов

     Полимерные  материалы, в виде ли покрытий, пленки или массивных конструкций, подвергаются целому комплексу функциональных нагрузок и воздействий со стороны окружающей среды. В качестве примеров их применения можно назвать антикоррозионные покрытия, материал для палаток, надувные сооружения, элементы фасадов и многое другое. Влияние окружающей среды определяется в основном климатическими условиями. К ним относятся температура, влага в форме дождя, тумана, льда, снега или влажного воздуха, ультрафиолетовое излучение, агрессивные примеси в воздухе и т. д. Поскольку влияния окружающей среды во всей совокупности и по интенсивности значительно меняются в зависимости от географического положения и времени года, то очень трудно обобщить его в каких-либо количественных оценках.

     Опыт  свидетельствует, что из всех климатических  воздействий особенно способствует старению полимеров ультрафиолетовое излучение. Каждый день мы сталкиваемся с его последствиями -это и трещины на покрышках грузовиков, и хрупкость полиэтиленовой пленки, и понизившаяся прозрачность гофрированного плексигласа ( 135). Причину этих явлений можно найти в фотохимических реакциях, ускоряющих окислительные процессы. Как правило, в процессе старения постоянно участвует кислород воздуха. Благодаря ему даже видимый свет поставляет необходимую энергию активации для возбуждения фотохимического окисления. Необходимая энергия диссоциации составляет лишь (70ч-1Ю)-1СГ4 Дж/моль. Это проявляется в более или менее ярко выраженном падении прочности и формуемости полимеров. Кроме того, существенно снижается прозрачность материалов, пропускавших ранее свет. Гофрированный стеклопластик после пятилетней эксплуатации в естественных условиях поглощает до 50% света, проходившего через новый материал, если, конечно, не предприняты контрмеры.

     Если  бы мы не боролись с этими явлениями  у пластмасс, применяемых преимущественно на открытом воздухе, то нам пришлось бы примириться с относительно сильным изменением их свойств. Но, как мы еще увидим, можно, вводя определенные добавки (УФ-стабилизаторы), отсрочить постарение материала.

     Наряду  с влиянием окружающей среды, на процесс старения влияют также функциональные нагрузки. К ним относятся механические, термические, электрические, химические и биологические воздействия.

     Трубопроводы, емкости и цистерны -вот примеры  конструкций, которые преимущественно  подвержены всем этим видам нагрузок. Жесткие излучения на атомных электростанциях также могут отрицательно повлиять на материалы.

     Упомянем  еще о роли температуры в поведении  высокомолекулярных соединений при  старении. Известно, что свойства этих материалов сильнее зависят от температуры, чем, например, свойства металлов. К этому можно добавить, что если достаточно высокая температура действует на них в течение определенного промежутка времени, то часть их свойств может претерпеть необратимые изменения. В таком случае говорят о так называемом тепловом старении.

     Рассмотрим  теперь влияние долговременных механических нагрузок на поведение материала. На основе молекулярно-структурной теории строения пластмасс можно сделать  вывод, что это приведет к явлениям запаздывания или релаксации напряжений (зависящим от времени процесса перестройки молекул), при которых материал после снятия вынужденного начального удлинения начинает ползти под действием постоянной нагрузки. Такое поведение характерно тем, что удлинение увеличивается со временем без приложения дополнительной нагрузки. Внутри материала происходят молекулярные перестройки. Это удлинение при ползучести особенно ярко выражено в начальный период, когда скорость ползучести высока. В дальнейшем она, как правило, уменьшается, а незадолго до разрушения