ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА СО СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕМ ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ LONG FIBER INJECTION MOULDING
Введение 4
1. Анализ жестких пенополиуретанов со стеклонаполнением применяемых в
машиностроении 7
1.1 Анализ жёстких пенополиуретанов со стеклонаполнением 7
1.2 Анализ технологий производства стеклонапоненных пенополиуретанов21
1.3 Патентный поиск 26
Выводы по первой главе 33
2. Материалы и методы исследований 34
2.1 Применяемые материалы 344
2.2. Методы исследований 344
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний 46
3. Исследования физико-механических и эксплуатационных свойств жёстких
пенополиуретанов с стеклонаполнителем 50
3.1 Исследования теплостойкости 50
3.2 Исследования устойчивости материала к воздействию температуры .. 544
3.3 Исследование на морозостойкость 577
3.4 Исследование уровня запаха 600
3.5 Исследование на разрушающее напряжение 633
3.6. Исследование на циклическое воздействие воздуха 655
3.7. Исследование на масло-бензостойкость 655
3.8. Исследование на влагостойкость 666
3.9. Коэффициент теплопроводности 68
3.10 Изменение линейных размеров в горячем воздухе 69
Выводы по третьей главе 72
4. Разработка технологии изготовления стеклонаполненных
полиуретанов 74
4.1 Разработка технологического процесса 74
4.2 Разработка технологической оснастки 80
4.3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 81
4.4 Проектирование участка изготовления стеклонаполненных
полиуретанов 88
Выводы по главе 4 89
Общие выводы 91
Список литературы 94
ПРИЛОЖЕНИЯ 96
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 др. [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 [2].
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 [3].
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. [3].
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 и разработка технологии изготовления стеклонаполненных полиуретанов, 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;
- разработка технологии изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Объектом исследований являются жёсткие пенополиуретаны со стеклонаполнителем, полученные по технологии Long Fiber Injection Moulding изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Предметом исследований является физико-механические свойства стеклонаполненного полиуретана.
1. В настоящее время полиуретаны находят широкое применение в автомобилестроении: шумоизоляция, теплоизоляция, обеспечение внутренней и наружной безопасности. Возможно использование полиуретанов в качестве конструкционных материалов, для этого необходимо наполнять ПУ стекловолокном.
2. Для изготовления полиуретановых композиций используют современные технологии: LFI, LFI технология сотового картона, FCS, RRIM, SCS, RTM. Данные технологии позволяют получать изделия высокого качества с заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
3. На основе патентного поиска выявлено, что для изготовления полиуретановых композиций используют полиуретановые композиции с различными дисперсными наполнителям (резиновая крошка и т.д.), в том числе полученных из промышленных отходов. Существуют способы получения наполненных полиуретанов, включающий взаимодействие гидроксилсодержащих компонентов с изоцианатным в присутствии целевых добавок и твердого наполнителя с использованием противоструйной подачи смешиваемых компонентов.
4. 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.
5. Испытание на теплостойкость выявило наличие изменений геометрических размеров более 1%, что не допускается по требованиям ТУ2292- 014-14682925-2015. На образцах «облицовка передка нижняя», «панель приборов», «надставка панели приборов нижняя», «панель капота» появились вздутия лицевого покрытия.
6. Испытание на устойчивость материала к воздействию температуры выявило наличие на испытуемых образцах вздутий, микротрещин, изменения внешнего вида после удара шаром.
7. 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.
8. Согласно ТУ уровень запаха не должен быть более 2 баллов. В результате проведенных исследований выявлено, что изделия «каркас панели приборов», «усилитель панели приборов», «облицовка передка нижняя» имеют 3 балл, что не допускается по ТУ2292-014-14682925-2015.
9. 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».
10. Изделие «облицовка передка нижняя» прошла испытание на циклическое воздействие воздуха в течении 12 часов, согласно ТУ 2292-01414682925-2015 п.4.9. Изделие дефектов не имеет, отсутствует коробление и не прилипает к рукам.
11. Все образцы выдержали испытание на масло-бензостойкость. Расслоения не наблюдаются, образцы не растворились в ГСМ.
12. 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 [5]. У изделий «облицовка передка нижняя», «панель приборов», «надставка панели приборов нижняя» и «панель капота», изменения геометрических размеров более 1%.
13. На основе технологии LFI разработан технологический процесс производства, включающий в себя следующие операции: комплектовочная; подготовительная; формовочная; съем изделия с оснастки; обрезочная; сборочная; контрольная; упаковка, маркировка; транспортировка готовой продукции.
14. Разработана технологическая оснастка для изготовления теплошумоизоляционного экрана двигателя КАМАЗ. Оснастка для производства стеклонаполненного ПУ изготавливается из алюминиевого сплава
(АЛ 2), что позволяет повысить качество изготовления деталей и обеспечивает необходимое количество съемов. Для реализации технологического процесса необходимо по 1 матрице каждой детали.
15. Произведен выбор основного и вспомогательного оборудования. На данном участке установлены следующие единицы оборудования: робот АВВ 72168; заливочная машина Krauss Maffie; пресс SIEMAG; - робото- технический комплекс АС-РБ-150L120Ф.
16. Произведен расчет технологических параметров производства стеклонаполненных ПУ изделий. На формовочной операции: время напыления РТК состава на подготовленную оснастку - 3 минуты; время выдержки - 6 минут. 020 Съем изделия с оснастки: полное схватывание компонентов и высыхания в течение 24 часов на паллетах. Обрезочная операция: общее время обрезки четырех детали 13,15 мин.
17. Разработана планировка участка площадью 432 м2. Используется линейный вариант размещения оборудования, имеющий свободные зоны для обслуживания оборудования, рационального размещения оборудования с учетом прямоугольной сетки колонн.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
