Лабораторна робота № 1

 

Тема: ТЕХНОЛОГІЯ ФОРМУВАННЯ ПОЛІМЕРКОМПОЗИТНИХ МАТЕРІАЛІВ.

Мета: Ознайомитися із відомими методами формування полімеркомпозитних матеріалів на прикладі епоксидно-діанових олігомерів. Навчитися практично виконувати необхідні операції для композицій певного гранулометричного та стереометричного складу.

 

Теоретичні відомості:

Технологічний процес виготовлення виробів на полімерній основі із використанням різнофункціональних наповнювачів побудований на виконанні наступних базових операцій, що відбуваються за основними стадіями (рис.1.1):

–         підбір та підготовка вихідних матеріалів (в’яжучих, модифікаторів, наповнювачів);

–         приготування формувальної суміші (дозування, змішування);

–         формування виробів (пресування, лиття під тиском та ін.);

–         ТО і механічна обробка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Рис. 1.1. Основні стадії виготовлення ПКМ.

Приготуванню формувальної маси передує вибір необхідних в роботі матеріалів, над якими можливе виконання таких операцій:

–     просіювання наповнювачів;

–     просушування наповнювачів;

–     видалення домішок;

–     вакуумування в’яжучого або його технологічна обробка;

–     зменшення в’язкості в’яжучого (шляхом незначного підігріву тощо).

Процес приготування композиту починається із дозування складових частин (компонентів) за масою або об’ємом згідно із розробленою або вибраною рецептурою. Більш раціонально, наприклад, волокнисті та порошкові наповнювачі дозувати ваговим методом, а в’яжуче, модифікатори, пластифікатори, твердники, що є переважно рідинами, – дозувати за об’ємом, застосовуючи скляний посуд та інше обладнання.

Неправильне дозування, тобто введення  в ПКМ надлишку наповнювачів і пластифікаторів, призводить до погіршення фізико-механічних, реологічних та термічних властивостей, а надлишок в’яжучого – до погіршення експлуатаційних властивостей композитів.

Для матеріалів відповідних характеристик (зернистість, густина), виходячи із конкретних умов роботи, встановлюють процентне співвідношення між компонентами. Наприклад, у випадку формування прес-композиту, виходячи із об’єму підшипника, згідно з прес-формою, визначають об’єм наповнювача та в’яжучого за такими співвідношеннями:  

 

                     (см3),

 

                     (см3),

де: – об’єм наповнювача;

 – об’єм в’яжучого;

– процентний вміст наповнювача та в’яжучого;

– об’єм форми.

На основі об’ємного співвідношення наповнюваного і в’яжучого встановлюють їх вагові співвідношення:

,

  

,

де: *– питома густина, яка визначається пікнометричним способом або береться із довідників.

Змішування формувальної маси – це відповідна операція, від якої великою мірою залежить конструкційна міцність матеріалу.

Однорідність системи є одним з найважливіших показників, від яких залежить їх якість. На неї найбільш суттєво впливає:

–    природа вибраних компонентів, зокрема гранулометричний склад наповнювачів і їх форма;

–    процентний вміст компонентів, зокрема високонаповнену систему важче сформувати однорідною й повністю змочену в’яжучим, оскільки полімер при цьому виконує функцію граничної змазки;

–    тип використаного змішувача (змішувачі роторного типу, центрифуги, обробка в ультразвукових та інших силових полях).

На наступному етапі формувальну масу завантажити у форми. Оскільки на якість матеріалу впливає рівномірність розподілу формувальної маси, наприклад, в прес-формі, тому на цьому етапі застосовують пристрої для ручного або машинного вирівнювання маси в прес-формах, вібростоли тощо. Також враховують при цьому такі явища, як седиментація (осідання часток при їх великій та різній питомій масі), тиксотропія (здатність в’яжучого рівномірно розтікатись по поверхні) та інші при формуванні малонаповнених композицій.

Після формування здійснюють теплову обробку матеріалів, враховуючи що під дією температури відбувається об’ємне розширення композицій, що може призвести до саморозпресовування (пружна післядія), зміни форми й розмірів тощо. Тому на цьому етапі можливе використання спеціальних форм або обмежувачів для їх фіксації.

Після термічної обробки готовий виріб при необхідності піддають механічній або декоративній обробці, а також здійснюють його маркування.

 

Хід роботи.

1. Ознайомитись із технологією формування ПКМ на прикладі композиції на основі епоксидно-діанової смоли ЕД-20 й низькотемпературного твердника ПЕПА (поліетиленполіаміну) та при використанні двох типів наповнювачів:

а) лускатого графіту (темний зразок);

б) деревної муки (світлий зразок).

Експеримент провести при такому співвідношенні компонентів:

1) ЕД-20 – 100 мас.ч;

    ПЕПА – 10 мас.ч;

ЛГ – 20 мас.ч.

2) ЕД-20 – 100 мас.ч

    ПЕПА – 10 мас.ч

    ДМ – 15 мас.ч

2. Провести формування композицій методом вільного заливання у форми за технологічною схемою, представленою на рис.1.1.

3. Дослідити фізико-механічні характеристики сформованих зразків. Дані занести в таблицю 1.1.

 

 

Таблиця 1.1.

Фізико-механічні характеристики отриманих полімеркомпозитів

п/п

 

Природа матеріалу

Технологія полімеризації

Властивості: твердість (НВ), границя міцності на стиск (МПа)

1

В’яжуче  + ЛГ

24 год. при  293К

 

 

2

В’яжуче  + ДМ

24 год. при  293К

 

 

 

Контрольні питання:

1.     Основні стадії формування ПКМ.

2.     Особливості підготовки вихідних матеріалів при формуванні ПКМ.

3.     Дозування формувальних сумішей.

4.     Особливості змішування формувальних сумішей.

5.     Методи формування композицій.

6.     Варіанти та особливості кінцевої обробки ПКМ.