Введение
1. Анализ жестких пенополиуретанов со стеклонаполнением применяемых в
машиностроении 6
1.1 Анализ жёстких пенополиуретанов со стеклонаполнением 6
1.2 Анализ технологий производства стеклонапоненных
пенополиуретанов 20
1.3 Патентный поиск 25
Выводы по первой главе 32
2. Материалы и методы исследований 33
2.1 Применяемые материалы 33
2.2. Методы исследований 36
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний 48
3. Исследования физико-механических свойств жёстких пенополиуретанов со
стеклонаполнителем 52
3.1 Исследования теплостойкости 52
3.2 Исследования устойчивости материала к воздействию температуры ...56
3.3 Исследование на морозостойкость 59
3.4 Исследование уровня запаха 62
3.5 Исследование на разрушающее напряжение 65
3.6. Исследование на циклическое воздействие воздуха 67
3.7. Исследование на масло-бензостойкость 67
3.8. Исследование на влагостойкость 68
3.9. Коэффициент теплопроводности 70
3.10 Изменение линейных размеров в горячем воздухе 70
4. Рекомендации по практическому применению материалов 75
Вывод по четвертой главе 87
Заключение 89
Список литературы 92
На основе синтетических смол, каучуков и высокомолекулярных соединений изготовляются сотни марок эластичных и жестких газонаполненных материалов, которые используются во всех отраслях промышленности и строительства [1].
Из полимеров изготовляют кузова и кабины автомобилей и их отдельные крупногабаритные детали, разнообразные малогабаритные детали конструкционного и декоративного назначения, теплоизоляционные и звукоизоляционные детали и другие [2].
Благодаря применению полимеров в автомобилестроении:
• улучшается внешний вид автомобиля;
• уменьшается его масса;
• снижается шум при езде;
• совершенствуется конструктивное оформление деталей;
• увеличивается срок службы деталей;
• уменьшается трудоемкость изготовления.
К настоящему времени проведено большое количество исследований по разработке новых составов пенополиуретанов (ППУ), связанных со снижением их себестоимости, упрощением технологий, понижением токсичности в производстве, а также возможностью эксплуатации в широком температурном диапазоне. Благодаря большому количеству исходных компонентов можно в широком интервале варьировать свойствами полученных ППУ [3].
Сфера использования пенополиуретана очень широка. Полиуретаны выполняют различные функции: шумоизоляция, теплоизоляция, обеспечение внутренней и наружной безопасности. Возможно использование полиуретанов в качестве конструкционных материалов, для этого необходимо наполнять ПУ стекловолокном [4].
Стеклонаполненные пенополиуретаны позволяют изготавливать крупногабаритные элементы с многослойной структурой, составленной из различных комбинаций твердого полиуретана, твердого и пористого полиуретана и коротких стекловолокон для удовлетворения различных функциональных и эстетических требований в разных областях применения. Стеклонаполненные ППУ являются аналогами применяемых в настоящее время стеклопластиков, листов ABS (сополимер акрила, бутадиена и стирола) и акрила (полиметилметакрилат). Возможность исключения мономера стирола и других подобных растворителей в крупносерийном производстве в настоящее время является не только экономическим преимуществом, но также и важным фактором с точки зрения гигиены и охраны труда рабочих и безопасности окружающей среды. Стеклонаполненные ППУ широко применяют в автомобильной отрасли в грузовых и коммерческих автомобилях: шумоизоляционные экраны, облицовки, каркасы панели приборов и т.д [4].
Каркас панели приборов - это базовая деталь панели приборов, несущая на себе эргономические и декоративные функции, на которую монтируются органы управления и контроля систем автомобиля, элементы комфорта. Каркас панели приборов устанавливается на поперечину панели приборов и крепится к ней винтами.
В настоящее время имеется довольно небольшие данные исследований специалистов в области изучения физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств стеклонаполненных полиуретанов.
В этой связи целью работы является исследование свойств стеклонаполненных пенополиуретанов, полученных методом Long Fiber Injection Moulding.
Задачи исследований:
- анализ стеклонаполненных пенополиуретановых материалов, применяемых в машиностроении;
- анализ технологий производства стеклонаполненных пенополиуретановых материалов, применяемых в машиностроении;
- патентный поиск жёстких пенополиуретановых материалов и технологий их производства;
- выбор методов исследований в соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к стеклонаполненным пенополиуретанам;
- комплексные исследования физико-механических свойств стеклонаполненных пенополиуретанов.
Объектом исследований являются жёсткие пенополиуретаны со стеклонаполнителем, полученные по технологии Long Fiber Injection Molding изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Предметом исследований является физико-механические свойства.
1. Существует более миллиона видов полимерных материалов. На сегодняшний день проблема выбора материала для производства изделий экстерьера, интерьера, теплоизоляции и шумоизоляции в автомобилестроении остается актуальной.
Практическая значимость исследований состоит в правильном подборе материала для изготовления следующих деталей: каркас панели приборов; усилитель панели приборов; облицовка передка нижняя; панель приборов; надставка панели приборов; панель капота; панель перегородки верхняя; панель перегородки нижняя правая; панель перегородки нижняя левая; панель перегородки нижняя средняя.
Пенополиуретаны находят широкое применение в автомобилестроении. Данные материалы обладают достаточно хорошими физико-механическими свойствами, в силу чего их можно использовать в качестве конструкционных материалов. Однако, для достижения необходимых прочностных показателей необходимо наполнять ППУ стекловолокном.
Используя различные виды армирующих волокнистых наполнителей можно оптимизировать расположение армирующих волокон и добиться наиболее рационального варианта, при котором большая часть армирующих волокон будет расположена в направлении главных действующих механических напряжений. Выбор структуры армирующего волокнистого наполнителя является весьма важным, поскольку он во многом определяет степень реализации механических свойств волокон или нитей в готовом композите.
Для изготовления пенополиуретановых композиций используют следующие современные технологии: LFI, FCS, RRIM, SCS, RTM. Каждая из перечисленных технологий имеют свои преимущества и позволяют изготовить изделия различных форм и размеров. Так же данные технологии позволяют получать изделия высокого качества с заданными физико-механическими свойствами.
После исследования физика - механических свойств стеклонаполненных пенополиуретановых материалов, полученных методом LFI, выявлена возможность их применения для изготовления деталей экстерьера и интерьера в автомобильной промышленности.
Образцы: «облицовка передка нижняя», «панель приборов», «надставка панели приборов нижняя», «панель капота» не выдержали испытание на теплостойкость. В образцах видны изменения геометрических размеров более 1%, появились вздутия лицевого покрытия, что не допускается по требованиям ТУ2292-014-14682925-2015.
Не все изделия прошли проверку на устойчивость материала к воздействию температуры. На испытуемых образцах появились вздутия, микротрещины, так же наблюдались изменения внешнего вида после удара шаром.
Изменения внешнего вида после испытания на морозостойкость отсутствуют. Испытания показали, что почти все изделия имеют деформацию после удара шаром. На изделии «Панель перегородки нижняя средняя» появились микротрещины на лицевой стороне от удара шаром.
Согласно ТУ уровень запаха не должен быть более 2 баллов. По итогу проведения испытаний видно, что изделия каркас панели приборов, усилитель панели приборов, облицовка передка нижняя имеют результаты равный 3 баллам, что не допускается по ТУ2292-014-14682925-2015.
Все образцы прошли испытание на разрушающую нагрузку при растяжении и при изгибе по ТУ 2292-014-14682925-2015 «Изделия из полиуретановых композиций для комплектации автомобилей».
Облицовка передка нижняя прошла испытание на циклическое воздействие воздуха в течение 12 часов, согласно ТУ 2292-014-14682925-2015 п.4.9 изделие дефектов не имеет, отсутствует коробление и не прилипает к рукам.
Все образцы выдержали испытание на масло-бензостойкость. Расслоения не наблюдаются, образцы не растворились в ГСМ.
Согласно ТУ 2292-014-14682925-2015 п.4.20. изделия допускаются к применению, если изменение геометрических размеров не превышает 1%, отслоения и вздутия лицевого покрытия так же не допускается. У изделий облицовка передка нижняя, панель приборов, надставка панели приборов нижняя и панель капота, изменение геометрических размеров более 1%.
На основе проведенных исследований физико-механических свойств изделий из жесткого пенополиуретана со стеклонаполнением, выявлено, что данный материал подходит не для всех деталей, которые служат для теплошумоизоляции автомобиля.
В этой связи выдвинуто предложение по выбору нового материала для изготовления данных деталей. Также необходимо ужесточить требования к поставщику и контроль всех режимов переработки материала. А именно: скорость нагрева и охлаждения.
Таким образом, в результате физико-механических исследований деталей машиностроения, изготовленного из жесткого пенополиуретана, выявлено, что образцы не выдержали испытание по показателям: устойчивость материала к воздействию температуры, изменение линейных размеров в горячем воздухе и теплостойкость. На всех образцах наблюдается изменение внешнего вида (пузыри) и коробление под воздействием температуры, что свидетельствует о протекании химических реакции, приводящих к выделению тепла и миграции легколетучих компонентов системы.
Следовательно, недостаточная степень отверждения пенополиуретана способствует ее пластической перестройке под влиянием тепловой нагрузки, что приводит к изменению внешнего вида, в процессе эксплуатации могут возникать неконтролируемая ползучесть, усадка, коробления, а также образование трещин.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
