Вы здесь

Технологія формування листових панелей із полімерних композиційних матеріалів з регламентованими характеристиками.

Автор: 
Вамболь Олексій Олександрович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2008
Артикул:
3408U001077
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ С РЕГЛАМЕНТИРУЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ ОТВЕРЖДЕНИЯ

2.1. Основные этапы технологического процесса формования
Процесс формования изделий из ПКМ происходит под воздействием технологических параметров - температуры и давления , которые определяются на этапе проектирования технологического процесса формования.
Процесс формования можно разбить на три этапа (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Температурно-временная зависимость процесса формования изделия из ПКМ
На первом этапе происходит разогрев пакета ПКМ, проводится дегазация, а также прикладывается давление формования. На первых стадиях этого этапа в формуемом материале возникает НДС, обусловленное, в основном, усадкой. В дальнейшем, с повышением вязкости матрицы существенный вклад в формирование НДС оказывает и температура. Кроме того, экзотермические процессы на завершающей стадии этапа разогрева могут способствовать увеличению НДС в изделии.
Второй этап характеризуется завершением отверждения связующего (чаще всего этот этап реализуется в изотермических условиях).
Весьма существенным является выбор изотермической температуры формования. Существует некоторый предел температур, ниже которого не удается достичь необходимой степени отверждения и получить трехмерный полимер с необходимым комплексом свойств. Выбор температуры формования зависит от ряда факторов, прежде всего от соотношения температуры процесса и температуры стеклования Тс образующегося полимера. Если при определенной степени отверждения окажется, что Тс выше температуры процесса формования, то реакция практически прекратится. Для того, чтобы произошло полное отверждение, температура процесса должна быть выше температуры стеклования предельно отвержденного полимера [88 - 90].
Температура отверждения в значительной степени зависит от тепловых эффектов химических реакций. Степень влияния экзотермического эффекта зависит от массы материала, его теплоемкости и условий теплообмена. Саморазогрев материала может способствовать практически полному отверждению олигомера даже в том случае, если процесс будет идти при температуре, значительно ниже Тс [29, 30]. Однако экзотермический характер процесса обусловливает его невоспроизводимость, возникновение в материале неравномерных температурных полей, что в свою очередь приводит к неравномерному отверждению в объеме материала и появлению в нем локальных напряжений.
На втором этапе усадку в материале можно считать завершенной, поскольку химические процессы, связанные с образованием полимерной структуры в основном завершились, связующее перешло из вязкотекучего состояния в твердое.
На третьем этапе идет охлаждение изделия до конечной температуры, а также происходит снятие давления. На этом этапе возникновение температурного НДС реализуется в полной мере, температурные напряжения достигают своего максимального значения. Прежде всего, это связанно с неравномерностью температурного поля по толщине изделия, а также разностью коэффициентов линейного температурного расширения в изделии. Получение равномерного по толщине температурного поля сопряжено с рядом трудностей из-за низкой теплопроводности связующего, экзотермического эффекта реакции, различии материалов и геометрии основной и вспомогательной оснастки и др.
Основным этапом процесса формования является первый, поскольку на этом этапе, в большинстве своем, закладываются свойства будущего изделия, его физико-механические характеристики, структура и геометрия. На следующих этапах происходит фиксация полученных ФМХ, структуры, геометрии.

2.2. Особенности моделирования этапа разогрева технологического процесса формования
На протяжении всего этапа разогрева пакета ПКМ, а также на этапе изотермической выдержки, в формуемом материале происходят физико-химические процессы, формирующие структуру и свойства изделия. На этом этапе вязкость связующего, по достижению точки гелеобразования, начинает непрерывно увеличивается, происходит переход из вязкотекучего в твердое агрегатное состояние. Изменение вязкости связующего тесно связано с увеличением степени отверждения (конверсии), увеличением молекулярной массы полимера. Степень отверждения и динамика её изменения играют исключительную роль на этапе разогрева материала. Поскольку, начиная с определенного момента времени вязкость достигает такого значения, при котором связующее приобретает ФМХ, позволяющие воспринимать и передавать нагрузку [78 - 80]. Поэтому возникает задача определения степени отверждения в любой момент времени. Значение вязкости и скорости ее изменения в момент приложения давления определяют свойства материала.
2.2.1. Определение степени отверждения
Из общих положений реологии полимеров следует, что начальная вязкость системы определяется температурой процесса и координатой реакции, которая отражает предысторию материала. Определенному значению вязкости однозначно соответствует степень отверждения материала, следовательно, вязкость материала связана со степенью отверждения некоторой функциональной зависимостью [14]:
. (2.1)
Уравнение (2.1) необходимо дополнить уравнением кинетики [14]
. (2.2)
Представленная пара взаимосвязанных уравнений образует хемовязкостную модель. Вид уравнения (2.2) можно установить традиционными методами химической кинетики полимеров.
Существует ряд методик измерения степени отверждения связующего: экстракции в ацетоне, экспресс-метод, электрофизический. В последнее время широкое применение получил электрофизический метод определения степени отверждения, поскольку данные, полученные по этому методу, наиболее достоверно отображают кинетику процесса, позволяет с высокой точностью определить точки гелеобразования и полимеризации, а также не связан с погрешностью измерений, вызванных воздействием температуры.
В процессе отверждения в формуемом материале происходят струк