Огневой В.Я. Машиностроительные материалы

Подождите немного. Документ загружается.

291

влажности 8 ± 2%. После этого листы принудительно охлаждают до

50°С, устраняют дефекты листа на станке 8 и пропитывают лист

шпона связующим на клеенаносящем станке 7 или в ваннах с

подогретым связующим. После пропитки шпон, содержащий 16-24%

связующего, высушивают в сушилке при 70-90°С до влажности 3-6%,

формируют пакет ДСП и прессуют его на многоэтажных

гидропрессах 9 при 140- 150°С под давлением 12,5-20,0 МПа. Время

выдержки листа ДСП в прессе 4-5 мин/мм толщины. Перед

окончанием выдержки плиты пресс охлаждают до 40-50°С, листы

ДСП обрезают фрезой 13 на станке 12. Готовые ДСП 11 упаковывают

в пачки 10.

Технология древесных прессовочных масс и изделий из них.

В зависимости от вида отходов древесины, используемых для

производства МДП, различают технологию производства пресс-масс

следующих типов: МДПК, содержащих частицы ("крошку") шпона;

МДПС, содержащих стружки; МДПО, содержащих опилки; МДПВ,

содержащих древесные волокна. Рассмотрим технологию

производства наиболее прочных и специально предназначенных для

применения в машиностроении пресс-масс типа МДПК.

Отходы лущеного шпона, имеющие влажность не более 12%,

шириной менее 100 мм и толщиной не более 1,8 мм, образующиеся

при производстве фанеры и ДСП, измельчают в молотковой дробилке

1 (рис. 42) и шнеком 2 подают в рассев 3, из которого крупные

частицы, не прошедшие верхнее сито, возвращают в дробилку 1.

'Мелкие частицы, прошедшие нижнее сито, направляют на

использование в качестве наполнителей термопластичных пластмасс.

Между верхним и нижним ситом оказываются частицы древесного

наполнителя с заданными параметрами. Эти параметры можно

изменять, задавая диаметры отверстий сит в рассеве 3 и

характеристики молотовой дробилки 1.

292

Рис. 42. Принципиальная технологическая схема

производства МДП

293

Древесные наполнители подают в горловину 4 дозатора 5,

который дозирует их и добавки, загружаемые в скоростной смеситель

6. Вал этого смесителя имеет высокую частоту вращения, при которой

частицы наполнителя под действием центробежных сил образуют

"стружечный цилиндр". Внутрь этого "стружечного цилиндра" по

трубопроводу 7 вводят жидкое связующее. Оно подается дозирующим

насосом 8 из емкости 9. Малое время пребывания частицы древесины

в скоростном смесителе позволяет уменьшить проникновение

связующего внутрь древесных частиц и увеличить толщину

слоя

связующего на наружной поверхности частиц. Роговидные лопасти

смесителя способствуют лучшему покрытию поверхности частиц

связующим; степень покрытия можно регулировать, изменяя

положение заслонки 10.

Полученную массу с помощью питателя 11 и шлюзового затвора

12 подают в сушилку 13 типа "кипящий слой". В верхней секции

сушилки при температуре 85-105°С массу подсушивают и разбивают

ее комки. Более мелкие частицы МДП быстро высыхают, и лопасти

14, вращающиеся вместе с вертикальным валом сушилки, выносят

их из верхней секции в среднюю. В средней секции сушилки при

температуре 60-85°С и в нижней секции при 50-70°С продолжается

сушка пресс-массы до получения абсолютной влажности б—10%.

Более крупные частицы пресс-массы сохнут более длительное время.

После подсушки их "кипение" под действием потока воздуха

усиливается, они попадают в зону движения лопастей 14 и выносятся

из сушилки. Для выравнивания влажности и фракционного состава

пресс-массу перемешивают в стандартизаторе 15. Готовую пресс-

массу после стандартизации и охлаждения упаковывают.

Детали из МДП прессуют в пресс-формах при температурах 140-

190°С и давлении 40-60 МПа. Длительность выдержки детали в пресс-

форме часто определяют по принципу 1 мин выдержки на 1 мм

толщины. Длительность выдержки деталей (особенно больших

толщин, часто применяемых в машиностроении) в пресс-форме может

быть значительно сокращена.

Технология ДПП из древеснонаполненного полипропилена и

изделий из него. Известны технологии изготовления изделий из

древеснонаполненного полипропилена методами прессования, литья

под давлением, экструзии листа с последующими операциями

294

вакуумного формования, горячей штамповки или формования в

твердом состоянии (ФТС).

При прессовании листов из полипропилена и древесной стружки

применяется технология, близкая к технологии ДСтП. Древесину

измельчают на рубильных машинах до щепы или получают стружку

на стружечных станках с ножевым валом. Древесную щепу

перерабатывают в стружку на стружечных станках. Затем стружку су-

шат в сушилке 1 (рис. 43) до влажности 3-6%, пневмотранспортом

подают ее в бункер 2 и шнеком 3 загружают в вибросито 4. Крупные

фракции стружки, не прошедшие через верхнее сито, направляют в

дробилку 5, а кондиционную стружку направляют в бункер 6. В

бункер 7 загружают порошкообразный полипропилен, который вместе

со стружкой из бункера 6 подают в смеситель 8, где стружка

равномерно перемешивается с полипропиленом, и полученную

древесно-полимерную смесь с помощью формирующей машины 9

насыпают в виде ковра на бесконечную ленту 10 главного конвейера

производства ДПП. Затем древеснополимерный ковер предварительно

подогревают в устройстве 11. Подогретый до 180°С ковер прессуют

при давлении 2-6 МПа в одноэтажном гидравлическом прессе 12.

Полученную плиту охлаждают в камере 13, обрезают по контуру на

станке 14. Полученные обрезки возвращают в дробилку 5.

Кондиционные плиты принимают на подъемный стол 15 и скла-

дируют.

Рис. 43. Принципиальная технологическая схема

производства листов из ДПП методом прессования

Близкая к описанной технология используется для изготовления

древеснополимерных плит из стружки и вторичного полиэтилена.

Одной из наиболее прогрессивных технологий получения из-

делий из древеснонаполненного полипропилена является

295

экструзионная технология. Древесный наполнитель подготавливают

путем подсушки до влажности не более 15% и измельчения или

рассеивания отходов древесины. Полученный древесный наполнитель

подают в экструдер, нагревают до 80 °С, и в зоне дегазации под

вакуумом испаряют влагу (до W < 6%). Затем подогретый

древесный наполнитель смешивают с расплавом полипропилена

(температура 200-220°С) и еще раз подвергают дегазации. После этого

КДПМ экструдируют через щелевую головку.

Из ДПП изготавливают детали машин методами вакуумного

формования или горячей штамповки.

При горячей штамповке ДПП 1 (рис. 44) нагревают в камере 2

до пластично-вязкого состояния, на прессе 3 формуют холодным

штампом, после чего в заготовке 4 просекают отверстия на прессе 5 и

деталь 6 приобретает окончательные размеры. Эта технология весьма

производительна. Время, затрачиваемое на изготовление одной

детали, около 20 с. Экономическая эффективность изготовления

может быть повышена при штамповке не остывшего после

прессования или экструзии листа.

Рис. 44. Принципиальная технологическая схема

производства деталей машин из ДПП горячей штамповкой

Если отдельные участки деталей должны быть упрочнены, то

применяют метод формования в твердом состоянии (ФТС), при

котором лист в пластично-вязком состоянии при температуре на 20-

35°С ниже температуры плавления подвергают в течение 20-80

пластическим деформациям при давлении 90-300 МПа. Правильно

выбранные режимы ФТС и ориентация детали при формовании

позволяют существенно повысить прочность и деформативность.

296

Если детали из ДПП являются декоративными, то их поверх-

ность облицовывают пленками, тканью, ворсом и т. п. материалами.

При рациональном выборе состава ДПП, вида облицовывающего

материала и адгезива, соединяющего их, удается формование детали и

ее облицовывание выполнить за одну операцию.

Технология литья под давлением деталей из полипропилена с

древесными наполнителями заключается в том, что древесную муку

смешивают с порошкообразным полипропиленом, в горячем

экструдере пластифицируют и гомогенизируют полученный

композит, гранулируют его и в дальнейшем перерабатывают литьем

под давлением на конкретных предприятиях.

Особенности конструирования узлов и деталей из КДПМ.

Весьма распространенное мнение о низком качестве деталей машин

из КДПМ обычно связывают с их основными реальными или

мнимыми недостатками: высокое водо- и влагопоглощение;

недостаточная формоустойчивость (коробление);

неудовлетворительные теплофизические свойства; плохая

формуемость в изделия; малая точность, прочность и ударная

вязкость деталей в процессе производства и эксплуатации.

Причины возникновения вышеназванных представлений и

факторы, влияющие на них, могут быть разделены на три группы:

композиционные, т. е. зависящие от состава композиции, свойств и

параметров, входящих в нее компонентов; конструкционные,

возникающие в результате неоптимального проектирования изделий

из КДПМ, пресс-форм и оборудования для производства композиций

и деталей из них; технологические, которые определяются

технологией изготовления композиций и изделий.

Композиционные факторы. С момента создания первого КДПМ

— фенольного пресс-порошка, содержащего древесную муку, у этой

муки определялась ширина частиц путем просеивания через сита. При

этом не учитывались другие параметры древесных частиц.

Бесконтрольность ряда параметров древесных частиц вызывает

непредсказуемые колебания (иногда в сотни раз) толщины слоя

связующего на их поверхности, что, естественно, приводит к

неуправляемому изменению свойств КДПМ.

Установлено, что параметры древесных наполнителей и толщина

слоя связующего на их поверхности существенно влияют на такие

свойства композиционных материалов, как водо- и влагопоглощение;

297

формоустойчивость; точность и размерную стабильность; прочность и

ударную вязкость.

Таким образом, все свойства, с которыми связывались пред-

ставления о низком качестве деталей из КДПМ, оказались

зависящими от комплекса параметров древесных частиц. Управление

комплексом параметров древесных частиц позволяет уменьшить или

полностью устранить перечисленные недостатки изделий из КДПМ.

Следовательно, свойства КДПМ, изделий из них могут быть

значительно улучшены при использовании древесных наполнителей с

заданными параметрами, при оптимальном содержании наполнителей,

связующих и добавок, имеющих свойства, гарантирующие

эксплуатацию детали в условиях, для которых разрабатывается

машина.

Конструкционные факторы. Научной основой оптимальной

ориентации древесных частиц в деталях из КДПМ являются законы

стереологии. С учетом принципа максимальной стабильности

размеров максимальная точность и стабильность размеров деталей

достигается при ориентации волокон древесных наполнителей вдоль

наиболее точных размеров. В этом же направлении получена

максимальная прочность и минимальная деформативность при

растяжении, а перпендикулярно ему - максимальная прочность при

изгибе, срезе и ударе.

Максимальная стабильность размеров изделий вызвана малыми

изменениями длины частиц древесины вдоль волокон при изменении

температуры и влажности, что связано с неизменностью молекул

целлюлозы. Так, например, крупная частица наполнителя, полученная

из отходов лущеного березового шпона, имеющая вдоль волокон

длину 100 мм, при нагревании от 20 до 100°С расширяется на 0,02 мм,

при увеличении влажности от 10 до 20% разбухает на 0,066 мм, т. е.

получает суммарное изменение размеров 0,086 мм. При аналогичных

изменениях температуры стержень из углеродистой стали длиной 100

мм получит удлинение на 0,09 мм, что почти на 5% больше изменения

размеров древесных наполнителей.

Принцип максимальной стабильности размеров изделий должен

в максимально возможной степени выполняться при проектировании

пресс-форм и оборудования для производства КДПМ и изделий из

них. Использование законов стереологии и применение принципа

максимальной стабильности размеров позволяет устранить

298

недостатки, которые раньше казались обязательными для изделий из

КДПМ, а фактически были результатом недостаточных знаний в этой

области.

Технологические факторы. Длительное время считали, что при

изготовлении КДПМ древесные наполнители должны быть глубоко

пропитаны связующими. Лишь при разработке ДСтП возникли

первые предпосылки для снижения глубины пропитки древесных

наполнителей, которые в современной интерпретации формулируются

как принципы минимальной глубины пропитки древесных

наполнителей на стадии материала и пропитки на заданную глубину -

на стадии изделий. Толщина слоя связующего на поверхности

древесных наполнителей может быть увеличена путем выполнения

пропитки: в скоростном смесителе за очень короткое время

смешивания компонентов; при невысокой температуре, что

увеличивает вязкость

связующего и ликвидирует широко

распространенную практику подогрева связующего при смешивании

его с древесными наполнителями; при смятии торцов древесных

наполнителей, затрудняющем доступ связующего к поверхностям.

При изготовлении изделия создаются давление и температура,

обеспечивающие пропитку древесного наполнителя на заданную

глубину, чем достигается требуемая ударная вязкость и водостойкость

изделий. Ориентируя частицы древесного наполнителя вдоль

наиболее точного размера и увеличивая глубину пропитки

наполнителя связующим, можно увеличивать точность изделия при

изготовлении и эксплуатации.

Следовательно, изменяя технологию изготовления КДПМ и

изделий из них, можно управлять свойствами КДПМ, прочностью и

размерной точностью изделий.

6.10.4. Перспективы применения КДПМ

К числу перспективных узлов и деталей из КДПМ могут быть

отнесены [35]:

ролики ленточных конвейеров;

корпуса подшипников качения;

глухие и проходные крышки, люки;

центральные части колес и катков (колесные центры с

бандажами, изготовленными из стали);

299

блоки тросов для кранов, тельферов, полиспастов и т. п.;

шкивы, звездочки, шестерни, закрепленные на валах с помощью

бесшпоночных соединений;

грузы, противовесы, успокоители, маховики с внутренней

частью из спрессованных металлических стружек и наружной частью

из КДПМ;

панели внутренней обшивки автомобилей, автобусов, вагонов,

кабин различных машин и т. п.;

поршни

пневмо- и гидроцилиндров;

оконные рамы;

каркасы для деталей из пенополиуретана;

гнуто-клееные профили и панели из шпона;

сэндвич-панели с наружными листами из фанеры, ДВП, ДСтП,

ДСГ1, ДБСП или металла (стали, алюминия) и центральной части из

пенопластов с древесными наполнителями;

детали из пенопластов с древесными наполнителями

конструкционного и

теплоизоляционного назначения (например,

детали крепления потолков вагонов, тепло-, шумо- и виброизоляция

вагонов, тепловозов, рефрижераторов и дверей гаражей,

теплоизоляция труб при бесканальной прокладке и т.п.);

подшипники скольжения, работающие в режиме избирательного

переноса;

резервуары (бензобаки, ресиверы и т.п.).

Безусловно, рассмотренные перспективные направления

применения КДПМ не претендуют на полноту, не

исчерпывают всех

возможных областей использования и могут быть значительно

расширены.

300

Г л а в а 7

ЭЛАСТОМЕРЫ

По строению эластомеры, так же как и пластмассы, относятся к

высокополимерным материалам. Наиболее известный представитель

этих материалов - резина, основой которой служит каучук, была изго-

товлена еще в первой половине 19 столетия. Использование резины в

качестве конструкционного материала становится возможным только

после ее вулканизации, то есть образования сетчатой структуры при

взаимодействии серы с реакционноспособными двойными связями

макромолекул каучука. При вулканизации, в отличие от подобных

процессов для термо- и реактопластов, образуется относительно не-

большое количество химических связей между макромолекулами

каучука, в результате чего пластичная резиновая смесь переходит в

высокоэластическое состояние.

Высокоэластическое состояние материала допускает обратимые

деформации до нескольких сотен процентов. В отличие от пластмасс,

у эластомеров оно сохраняется в широком диапазоне температур от

высоких (100°С и выше) до низких, вплоть до так называемой

температуры стеклования, при которой затруднена или полностью

исключается молекулярная подвижность. Для эластомеров

температура стеклования, как правило, ниже 0°С. Хотя при

понижении температуры существенно повышается твердость, эта

зависимость не носит такой ярко выраженной тенденции перехода в

хрупкое состояние, которая наблюдается для термо- и реактопластов.

Свойства эластомерных композиций можно варьировать в

широких пределах. Путем подбора соответствующего типа каучука, а

также других составляющих можно изготовить материал, отвечающий

требованиям к механическим, термическим, химическим,

электрическим или другим физическим свойствам. Например, для

получения резины с высокими прочностными и деформационными

свойствами традиционно используют натуральный каучук, либо

синтетический бутадиен-стирольный. При малой степени сшивания

(содержание серы до 5%) получают мягкий эластичный и значительно

деформируемый материал, ;оторый имеет малые значения твердости и

прочности, однако характеризуется высоким (до 500%)

относительным удлинением. В этом случае речь идет о мягкой резине.