Процесс формования композиционных материалов
Процессы формования композиционных материалов являются основой и необходимым условием для развития индустрии композиционных материалов. С расширением областей применения композиционных материалов индустрия композиционных материалов переживает бурный рост. Некоторые процессы формования становятся все более совершенными, а новые методы формования продолжают появляться. В настоящее время существует более 20 методов формования композиционных материалов на полимерной основе, которые успешно применяются в промышленном производстве.
Характеристики процессов формования изделий из композиционных материалов: По сравнению с другими технологиями обработки материалов, процессы формования композиционных материалов имеют следующие характеристики:
(1) Изготовление материала и формование изделия выполняются одновременно. Как правило, процесс производства композиционных материалов является также процессом формования изделия. Свойства материала должны быть рассчитаны в соответствии с требованиями к использованию изделия. Поэтому при выборе материалов, расчете соотношения, определении слоев волокон и выборе метода формования все должно соответствовать физическим и химическим свойствам, структурной форме и требованиям к внешнему виду изделия.
(2) Формование изделия относительно просто. Как правило, матрица термореактивных композиционных материалов перед формованием представляет собой текучую жидкость, а армирующие материалы — мягкие волокна или ткани. Поэтому процессы и оборудование, необходимые для производства изделий из композиционных материалов с использованием этих материалов, гораздо проще, чем для других материалов. Для некоторых изделий для производства требуется только одна форма.
1. Процесс контактного формования при низком давлении
Характеристики процесса формования при низком давлении включают ручную укладку армирующих материалов, пропитку их смолой или использование простых инструментов для укладки армирующих материалов и смолы. Еще одной характеристикой процесса формования при низком давлении является то, что во время формования не применяется давление (контактное формование) или применяется только низкое давление (0,01–0,7 МПа после контактного формования, с максимальным давлением не более 2,0 МПа).
Процесс контактного формования при низком давлении включает в себя сначала придание материалу желаемой формы на женской, мужской или противоположных формах, затем отверждение его путем нагрева или при комнатной температуре, извлечение из формы и, наконец, вспомогательную обработку для получения готового продукта. К процессам формования, относящимся к этой категории, относятся, в частности, ручное формование, формование распылением, формование в мешках, формование с переносом смолы, формование в автоклаве и формование с термическим расширением (формование при низком давлении). Первые два являются процессами контактного формования.
В контактном формовании под низким давлением ручное формование было первым процессом, изобретенным для производства композиционных материалов на основе полимеров, и имеет самый широкий спектр применения. Другие методы являются разработками и усовершенствованиями ручного формования. Основными преимуществами контактного формования являются простота оборудования, широкая адаптируемость, низкие инвестиции и быстрые результаты. Согласно последним статистическим данным, процессы контактного формования под низким давлением по-прежнему составляют значительную долю производства композиционных материалов во всем мире, например, 35 % в США, 25 % в Западной Европе, 42 % в Японии и 75 % в Китае. Это подчеркивает важность и незаменимость процесса контактного формования под низким давлением в производстве композиционных материалов, делая его вневременным и устойчивым методом. Однако его основные недостатки включают низкую эффективность производства, высокую трудоемкость и плохую воспроизводимость продукции.
