Лабораторная работа №1 Файл

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Авиастроение»
Методические указания
к лабораторной работе № 1
по дисциплине «Технология композиционных материалов в авиастроении»
«Ознакомление с технологиями производства препрегов»
Ростов-на-Дону
2013г.
Составители: ассистент
Н.В. Рождественская
Методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине
«Технология композиционных материалов в авиастроении» для студентов
специальности 151001 «Технология машиностроения».
1. Цель работы. Изучить технологии изготовления препрегов,
ознакомиться с применяемыми оснасткой и оборудованием, освоить
расчёт и
методики определения контролируемых показателей
препрегов.
2. Основные сведения.
Препрег – это полуфабрикат полимерного композиционного материала.
Это наполнитель, пропитанный связующим. Наполнителем могут
являться ткани, нити, бумага и т.д. Связующее (в зарубежной
терминологии – «матрица») представляет собой смесь одной или
нескольких смол с другими веществами – отвердителем,
пластификатором, катализатором или ингибитором и др. В процессе
формования (отверждения по согласованному с ВИАМом режиму)
препрег полимеризуется, превращаясь в композит.
Изготовление препрегов осуществляется одним из двух способов:
«мокрым» (ручным) или машинным.
При первом варианте наполнитель пропитывается вручную: окунанием
в ёмкость со связующим или нанесением связующего на наполнитель
кистью или шпателем. Здесь многое зависит от квалификации
рабочего, сложнее обеспечить равномерность пропитки, нужное
процентное содержание связующего в препреге. Такой метод
используется в производстве ненагруженных деталей, например, рамы
двери, крышки люка.
При втором варианте используются специальные автоматизированные
установки. На Лопастном заводе ОАО «Роствертол» это установки для
пропитки стеклоленты, стеклотканей и полимерной бумаги. Рулон
ткани или бумаги устанавливается на вал установки. Если речь идёт о
стеклоленте, то на валу в один ряд собирают стеклонити с двухсот
катушек, установленных на штыри специального «контейнера»шпулярника. Далее наполнитель, разматываясь с определённой
скоростью, поступает в шахту, снабжённую нагревателями и
вентиляцией, и подвергается просушке от впитавшейся из воздуха
влаги с одновременным удалением замасливателя, если он есть. Из
шахты наполнитель проходит через ёмкость со связующим, отжимные
валики и вновь подсушивается для снижения липкости и удаления
«летучих» веществ. Готовый препрег сматывается на бобину или в
рулон.
К машинным методам пропитки также относят пропитку под
давлением, когда связующее нагнетается в форму с пакетом заготовок
наполнителя, и автоматические камеры напыления связующего на
наполнитель.
В готовых препрегах определяют следующие качественные показатели:
1. Внешний вид. Не допускаются зоны с повреждениями,
непропитанные, с потеками связующего, пересушенные.
Определяется визуально.
2. Содержание летучих веществ (частиц растворителя из смолы).
Для разных препрегов от 0 до 6%.
Для препрега на связующем ЭДТ-10П, используемом на ОАО
«Роствертол», содержание летучих должно быть 0,8 ÷ 2,5% для
пропитанной стеклоткани и не более 0,8% для однонаправленной
стеклоленты.
3. Содержание связующего – для конструкционных препрегов
обычно должно быть 2834%, для электротехнических 4045%.
4. Содержание растворимой (т.е. реакционноспособной) смолы –
должно быть не менее 95%.
Контроль по п.1 осуществляется на участке пропитки в процессе
изготовлении препрега, по п.п.2÷4 в лабораторных условиях
методом пиролиза на образце препрега от каждой бобины ленты или
каждого рулона пропитанной ткани.
В начале пропитки после пропитки нескольких метров ленты или ткани
ее кусочек относится в лабораторию и делается экспресс-анализ. Он занимает
2-3 минуты и основан на определении веса погонного метра препрега.
Экспресс-анализ показывает, соответствует ли препрег требованиям,
пропитывать ли дальше. Он производится также несколько раз в процессе
пропитки и на готовом препреге. По сравнению веса пропитанного и
непропитанного образца одинаковой площади определяется суммарный
привес связующего и «летучих».
Кроме экспресс-анализа, используется полный пиролизный (т.е.
основанный на выжигании образца) анализ. При этом определяется:
1. Содержание связующего в наполнителе.
2. Содержание растворимой смолы (с момента приготовления
связующее теряет часть жизнеспособности, т.е. смола начинает
полимеризоваться. Не менее 95% связующего должно оставаться
реакционноспособным).
3. Содержание «летучих» - сколько удалилось и сколько осталось
растворителя. Если «летучих» меньше нормы, значит, препрег пересушен.
4. Для стеклоленты – вес погонного метра.
Содержание смолы или армирующих материалов может быть
определено химической идентификацией, экстракцией растворителем или
пиролизом. Содержание «летучих» определяется неполным пиролизом в
стандартных условиях испытания.
Для препрега на связующем ЭДТ-10П определение выполняется
следующим образом:
1.
Для определения летучих образец препрега взвешивают,
просушивают 10 мин в термостате при 1605оС и снова взвешивают.
Содержание летучих:
(Р2-Р1)
В (%) = -------- х 100%,
Р2
где Р2 вес препрега (г) до просушки, Р1 после просушки.
2.
Для определения содержания связующего после просушки и
определения летучих тот же образец препрега сжигают 40÷60 мин в
муфельной печи при 600÷650оС (при этом происходит выжигание смолы).
Выжженный образец взвешивают третий раз. Содержание связующего:
(Р1-Р)
А (%) = -------- х 100%,
Р1
где Р1 вес препрега (г) после просушки, Р после выжигания.
3.
Для определения содержания растворимой смолы берут
другой образец препрега, взвешивают, выдерживают в ацетоне, подсушивают
10 мин в термостате при 1005оС и снова взвешивают. Затем сжигают в
муфельной печи 10÷15 мин в муфельной печи при 600÷650оС.
Содержание растворимой смолы:
В-d
С (%) = -------- х 100%,
В-а
где В – начальный вес препрега (г), d - после просушки, а - после
выжигания.
3. Методика выполнения работы и контрольные вопросы.
 Ознакомиться с «мокрым» способом пропитки (возможно
самостоятельное выполнение одним или каждым студентом
«мокрой» пропитки образца ткани). Что такое норма расхода
связующего, для чего нужен этот показатель?
 Ознакомиться с машинной пропиткой стеклоткани на установке
УПСТ-1000, изготовлением однонаправленной стеклоленты на
установке УЛС-3М. Самостоятельно визуально определить
соответствие внешнего вида препрега требованиям качества.
Почему перед пропиткой важно просушить наполнитель от
влаги? Какие функции выполняют отжимные валы? Какие
вещества называют «летучими», почему важно минимизировать
их содержание?
 Ознакомиться с работой специалистов клееприготовительной
лаборатории, основными этапами приготовления связующих и
клеёв: дозирование компонентов в соответствии с рецептурой и
смешивание по определённому режиму.
 Ознакомиться с работой специалистов лаборатории контроля
материалов, при возможности пронаблюдать определение
качественных
характеристик
препрегов,
самостоятельно
выполнить экспресс-анализ.
 Рассчитать качественные характеристики препрега на основе
данных преподавателем условий.
Пример задачи для расчёта:
Содержание «летучих» в препреге на основе связующего ЭДТ-10П должно
быть не более 6%. Соответствует ли этому требованию пропитанная
стеклоткань, если при анализе масса образца до просушивания в термостате
22.1523 г, после просушивания 19.7836 г?
Решение:
Содержание летучих:
(22.1523 – 19.7836)
В (%) = ------------------------- х 100% = 10,693%
22.1523
Препрег не соответствует требованиям.
 По итогам работы написать отчёт, в который включить
письменные ответы на контрольные вопросы и решение
расчётной задачи.
4. Литература.
Б.Н. Слюсарь, М.Б. Флек, Е.С. Гольдберг, Н.В. Рождественская, С.Н. Шевцов
«Технология производства лопастей вертолётов и авиационных конструкций
из полимерных композиционных материалов», Ростов-на-Дону, 2013г.
В.Н. Крысин, М.В. Крысин «Технологические процессы формования,
намотки и склеивания конструкций» М.; «Машиностроение» 1989г., 235с.
Электронный вариант.
«Справочник по композиционным материалам» (под ред. Дж. Любина). Пер.
с англ.; т.1, т.2, М.; «Машиностроение» 1988г.