ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА ПУЛТРУЗИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ

PRODUCTION QUALITY CHARACTERISTICS OF PRODUCTION PULTRUSION

Sergey Cherenkov

Postgraduate student, University of technology named after A.A. Leonov,

Russia, Korolev

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются характеристики качества и приоритетность ранжирования при оценке изделия из полимерного композита, произведенного способом пултрузии.

ABSTRACT

The article considers quality characteristics and ranking priority in evaluating a product made of polymer composite produced by pultrusion method.

Ключевые слова: пултрузионное производство, полимерные композиты, характеристики качества.

Keywords: pultrusion production, polymer composites, quality characteristics.

Стремительное развитие современной техники вынуждает производителей ставить новые требования к качеству: изделия должны быть прочными, жесткими, надежными (при этом важно учитывать требования к массе конструкции) и долговечными при работе с высокими нагрузками и температурами. В настоящее время полимеры и материалы на их основе составляют серьезную конкуренцию сырью иного качества, превзойдя такие основные конструкционные материалы как железо, дерево и метал.

Сегодня конструкционные полимерные материалы широко применяют в области машиностроения.

Их использование обусловлено тем, что ни один другой материал не отвечают возрастающим требованиям качества для новой техники.

Сегодня композиты составляют серьезную конкуренцию алюминию, титану и стали. В таких отраслях как авиация, космонавтика, транспорт, медицина, химическое машиностроение и образование активно используются композиционные материалы. Применение композитов в самолетостроении и производстве ракетной техники предопределило роль науки о композиционных материалах на этапе современного развития [4].

Еще одним важным фактором производства является время, затрачиваемое на изготовление продукта. На сегодняшний день наиболее экономичным способом производства композитных изделий является пултрузия. Пултрузионный метод был открыт в конце 1950-х годов Б. Голдсуорси и запатентован как метод изготовления рыболовной удочки. Метод пултрузии стал одним из важных производств армированных волокном полимерных композитов в последние годы [5; 6].

Пултрузия – это процесс изготовления композитных материалов, при котором непрерывный армирующий наполнитель протягивается тянущим устройством через пропиточный узел с термореактивным связующим элементом, поступая после этого в прогреваемую фильеру, которая определяет геометрию поперечного сечения изделия, осуществляя полимеризацию связующего. Он способен безостановочно работать с постоянным профилем поперечного сечения при массовом объеме производства [5].

На рисунке 1 представлена схема пултрузионного процесса. Технологический процесс пултрузии делится на следующие стадии: жгуты армирующих волокон разматываются со шпуль, собираются в пучок и подаются в ванну с помощью направляющих устройств. В ванне они смачиваются связующим раствором (полиэфирным или эпоксидным), при этом время пребывания волокон в пропитывающей ванне должно рассчитываться так, чтобы обеспечить полное пропитывание волокон связующим веществом. Отжимные валки обеспечивают избавление волокна от избытка смолы и включений воздуха (содержание смолы в жгутах после пропитки должно составлять не более 30 %). Далее пропитанный материал поступает в нагретую фильеру, которая формирует конфигурацию профиля. Несколько комплектов нагревателей, которые находятся в прямом контакте с фильерой создают несколько зон нагрева (оптимально от 4 до 6) и обеспечивают необходимый для полимеризации температурный профиль.

В результате получается профиль, конфигурация которого приобретает форму фильеры.

В качестве матрицы для композиционных материалов, получаемых методом пултрузии, используют как термореактивные полимеры, такие как полиэфирные, эпоксидные, фенольные смолы, так и термопластичные полимеры, например, полипропилен или полиамид [2].

Рисунок 1. Схема пултрузионного процесса [3]

Сегодня пултрузия является методом производства неограниченного ассортимента сплошных и профильных изделий. По мере усовершенствования процесс пултрузии обеспечивает также возможность получать изделия, свойства которых удовлетворяют широкий диапазон технологических и конструкционных требований. Сейчас основное внимание уделяется точной ориентации армирующего волокна, что позволяет оптимизировать свойства изделий в соответствии с их конкретным назначением.

Возрастающая площадь применения пултрузионного метода предполагает создание исчерпывающей системы оценки качеств производимого изделия.

Оценка таких характеристик материала как:

• предел прочности при растяжении и сжатии в направлении 0/90;
• модуль упругости при растяжении и сжатии в направлении 0/90;
• предел прочности при межслойном сдвиге;
• плотность;
• водопоглощение;
• коэффициент линейного теплового расширения;
• коэффициент Пуассона;
• группа горючести;
• массовая доля армирующего наполнителя;
• геометрические параметры;
• визуальные дефекты

позволяет объективизировать оценку соответствия поставленным требованиям.

В соответствие с ГОСТ 33344-2015 классификация пултрузионного профиля производится по следующим признакам: форма сечения профиля, тип армирующего наполнителя, тип полимерной матрицы [3].

Пулрузионные профили должны быть изготовлены в соответствии с требованиями государственного стандарта и с учетом типа пултрузионного профиля.

Представленный перечень характеристик представляется автору данной статьи исчерпывающим и дает наиболее полное представление о качестве получаемой продукции.

Так, в зависимости от сферы применения изделия, варьируется степень важности некоторых из перечисленных характеристик, например, для изделия, являющегося силовым элементом, показателем параметров предела прочности и модуля упругости будет больший удельный вес.

Однако, если этот же элемент конструкции будет подвержен влиянию агрессивной среды (высокие температуры, повышенная влажность), то для такого изделия приоритетность параметров качества будет другой.

Таким образом, можно констатировать факт, что ранжирование оценки характеристик изделия, исходя из назначения производимой продукции, на основе предложенного автором перечня характеристик изделия способно дать объективную и полную оценку качества производимого изделия.

Список литературы:

1. Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Полимерные композиционные материалы (часть I): учеб. пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 118 с.
2. Вшивков С.А., Тюкова И.С., Русинова Е.В. Полимерные композиционные материалы : учеб. пособие / под общ. ред. С.А. Вшивкова. — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2022. — 230 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://elar.urfu.ru/handle/10995/113886 (дата обращения: 19.07.2024)
3. ГОСТ 33344 – 2015. Профили пултрузионные конструкционные из полимерных композитов. Общие технические условия [Текст]. – Москва: Изд. Стандартинформ, 2016. – 34 с.
4. Леонов В.В., Артемьева О.А., Кравцова Е.Д. Материаловедение и технологий композиционных материалов: курс лекций. – Красноярск, 2007. – 241 с.
5. Fairuz A.M., Sapuan S.M., Zainudin E.S., Jaafar C.N.A. Polymer composite manufacturing using a pultrusion process: a review // Malasya : American Journal of Applied Sciences. – 2014. – Vol. (10).  – Pp. 1798-1810.
6. Goldsworthy, W. Brandt, et al. US Patent, 2 871 911 Apparatus for Producing Elongated Articles from Fiber-reinforced Plastic Material; Issued 2/12/59 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://patents.google.com/patent/US2871911A/en (дата обращения: 19.07.2024).