РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИУРЕТАНОВ
|
Введение 4
1. Анализ стеклонаполненных полиуретанов применяемых в
машиностроении 9
1.1 Анализ стеклонаполненных полиуретанов 9
1.2 Анализ технологий производства стеклонаполненных
полиуретанов 21
1.3 Патентный поиск 26
Выводы по главе 1 36
2. Материалы и методы исследований 37
2.1 Характеристика применяемых материалов 37
2.2 Методы исследований стеклонаполненных пенополиуретанов... 38
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний 46
3. Исследования физико-механических свойств 51
3.1 Исследование теплостойкости 51
3.2 Исследование устойчивости материала к воздействию
температуры 51
3.3 Исследование ударной вязкости 53
3.4 Исследование твердости по Шору D 55
3.5 Исследование коэффициента звукопоглощения 56
3.6 Исследование реологических свойств 57
3.7 Исследование стойкости к ультрафиолетовому излучению 58
3.8 Исследование стойкости к ультрафиолетовому излучению 58
Выводы по главе 3 59
4. Разработка технологии изготовления стеклонаполненных
пенополиуретанов 61
4.1 Разработка технологического процесса 61
4.2 Разработка технологической оснастки 67
4.3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 68
4.4 Проектирование участка изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов 75
Выводы по главе 4 77
Общие выводы 78
Список литературы 81
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
1. Анализ стеклонаполненных полиуретанов применяемых в
машиностроении 9
1.1 Анализ стеклонаполненных полиуретанов 9
1.2 Анализ технологий производства стеклонаполненных
полиуретанов 21
1.3 Патентный поиск 26
Выводы по главе 1 36
2. Материалы и методы исследований 37
2.1 Характеристика применяемых материалов 37
2.2 Методы исследований стеклонаполненных пенополиуретанов... 38
2.3 Статистическая обработка результатов испытаний 46
3. Исследования физико-механических свойств 51
3.1 Исследование теплостойкости 51
3.2 Исследование устойчивости материала к воздействию
температуры 51
3.3 Исследование ударной вязкости 53
3.4 Исследование твердости по Шору D 55
3.5 Исследование коэффициента звукопоглощения 56
3.6 Исследование реологических свойств 57
3.7 Исследование стойкости к ультрафиолетовому излучению 58
3.8 Исследование стойкости к ультрафиолетовому излучению 58
Выводы по главе 3 59
4. Разработка технологии изготовления стеклонаполненных
пенополиуретанов 61
4.1 Разработка технологического процесса 61
4.2 Разработка технологической оснастки 67
4.3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 68
4.4 Проектирование участка изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов 75
Выводы по главе 4 77
Общие выводы 78
Список литературы 81
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
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].
К настоящему времени проведено большое количество исследований по разработке новых составов полиуретанов (ПУ), 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 ПУ [2].
Сфера использования полиуретана 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 полиуретаны 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 ПУ 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 ПУ широко применяют в автомобильной отрасли в грузовых и коммерческих автомобилях: каркасы, тепло-шумоизоляционные экраны и т.д. (рисунок 1) [3].
Тепло - шумоизоляционные экраны автомобилей КАМАЗ позволяют обеспечить достаточную защиту от шумового загрязнения, термоизоляцию силового агрегата, имеют высокую прочность и износостойкость, длительный срок эксплуатации, малый вес, сокращают время сборки автомобиля [3].
Применение экранов из стеклонаполненного ПУ позволяет обеспечить более комфортные условия для управления транспортным средствам, уменьшить утомляемость водителей, повысить безопасность дорожного движения.
В соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к шумоизоляционным акустическим экранам автомобилей КАМАЗ, они должны удовлетворять следующим критериям:
- эксплуатация в различных климатических зонах: умеренный климат, тропики, районы Крайнего Севера;
- условия эксплуатации: пыль, грязь, попадание щебня, машинного масла, дизельного топлива;
- химическая стойкость: вода, нефтепродукты, чистящие средства;
- физико-механические свойства: удовлетворительная твердость, стойкость к ударным нагрузкам, исцарапыванию;
- срок эксплуатации - не менее 7 лет в условиях умеренного климата.
В настоящее время имеется довольно «скудные» данные исследований специалистов в области изучения физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств стеклонаполненных полиуретанов.
В этой связи целью работы является разработка технологии изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Задачи исследований:
- анализ стеклонаполненных полиуретановых материалов, применяемых в машиностроении;
- анализ технологий производства стеклонаполненных полиуретановых материалов, применяемых в машиностроении;
- патентный поиск стеклонаполненных полиуретановых материалов и технологий их производства;
- провести выбор методов исследований в соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к стеклонаполненным полиуретанам;
- комплексные исследования физико-механических и
эксплуатационных свойств стеклонаполненных полиуретанов;
- разработать рекомендации по улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств стеклонаполненных полиуретанов;
- разработать технологию изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Объектом исследований являются стеклонаполненные полиуретаны.
Предметом исследований является технология изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Апробация работы:
- основные результаты работы докладывались на всероссийских и международных конференциях:
а) итоговая научно-образовательная конференция студентов Казанского федерального университета 2015 года (Набережные Челны, 2015);
б) Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли» (Казань, 2016);
в) международной научно-технической конференции «Инновационные
машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2016» (Казань, 2016).
По результатам выполненных работ опубликовано 11 работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в список ВАК РФ, и 3 статьи в журналах, входящих международную базу Scopus.
К настоящему времени проведено большое количество исследований по разработке новых составов полиуретанов (ПУ), 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 ПУ [2].
Сфера использования полиуретана 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 полиуретаны 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 ПУ 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 ПУ широко применяют в автомобильной отрасли в грузовых и коммерческих автомобилях: каркасы, тепло-шумоизоляционные экраны и т.д. (рисунок 1) [3].
Тепло - шумоизоляционные экраны автомобилей КАМАЗ позволяют обеспечить достаточную защиту от шумового загрязнения, термоизоляцию силового агрегата, имеют высокую прочность и износостойкость, длительный срок эксплуатации, малый вес, сокращают время сборки автомобиля [3].
Применение экранов из стеклонаполненного ПУ позволяет обеспечить более комфортные условия для управления транспортным средствам, уменьшить утомляемость водителей, повысить безопасность дорожного движения.
В соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к шумоизоляционным акустическим экранам автомобилей КАМАЗ, они должны удовлетворять следующим критериям:
- эксплуатация в различных климатических зонах: умеренный климат, тропики, районы Крайнего Севера;
- условия эксплуатации: пыль, грязь, попадание щебня, машинного масла, дизельного топлива;
- химическая стойкость: вода, нефтепродукты, чистящие средства;
- физико-механические свойства: удовлетворительная твердость, стойкость к ударным нагрузкам, исцарапыванию;
- срок эксплуатации - не менее 7 лет в условиях умеренного климата.
В настоящее время имеется довольно «скудные» данные исследований специалистов в области изучения физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств стеклонаполненных полиуретанов.
В этой связи целью работы является разработка технологии изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Задачи исследований:
- анализ стеклонаполненных полиуретановых материалов, применяемых в машиностроении;
- анализ технологий производства стеклонаполненных полиуретановых материалов, применяемых в машиностроении;
- патентный поиск стеклонаполненных полиуретановых материалов и технологий их производства;
- провести выбор методов исследований в соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к стеклонаполненным полиуретанам;
- комплексные исследования физико-механических и
эксплуатационных свойств стеклонаполненных полиуретанов;
- разработать рекомендации по улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств стеклонаполненных полиуретанов;
- разработать технологию изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Объектом исследований являются стеклонаполненные полиуретаны.
Предметом исследований является технология изготовления стеклонаполненных полиуретанов.
Апробация работы:
- основные результаты работы докладывались на всероссийских и международных конференциях:
а) итоговая научно-образовательная конференция студентов Казанского федерального университета 2015 года (Набережные Челны, 2015);
б) Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Новые технологии, материалы и оборудование российской авиакосмической отрасли» (Казань, 2016);
в) международной научно-технической конференции «Инновационные
машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2016» (Казань, 2016).
По результатам выполненных работ опубликовано 11 работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в список ВАК РФ, и 3 статьи в журналах, входящих международную базу Scopus.
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. Установлена удовлетворительная теплостойкость образцов из стеклонаполненных ПУ: изменения геометрических размеров не превышает 5%; отсутствуют дефекты материала (отслоения, вмятины, вздутия, расслоения).
5. Исследована устойчивость материала к воздействию температуры. Определено, что образцы 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.3, 3.3, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 6.1, 6.2 выдержали испытания на воздействие температуры. Разрушение образцов
2.2, 3.1, 3.2, 4.1, 6.3 происходило на дефектных участках материалов (места утолщения материалов, поры и т.д.).
6. Исследована ударная вязкость образцов из стеклонаполненных ПУ образцы 1.3, 2.3, 3.1-3.3, 4.1-4.3, 5.1-5.3, 6.2, 6.3 выдержали испытания на ударную вязкость; образцы 1.1-1.2, 2.1-2.2, 6.1 разрушились.
7. Установлено, что наиболее высокой твердостью обладают образцы
1.1., 1.2, 1.3. Образцы из стеклонаполненного ПУ большой толщины
обладают меньшей твердостью по Шору D по сравнению с тонкими, что по видимому связано с масштабным фактором и наличием большего числа дефектов на единицу объема.
8. Установлено, что образцы стеклонаполненного ПУ имеют низкий Кз в исследуемом частотном диапазоне, максимальные Кз достигаются в среднечастотном диапазоне - 1600 Гц.
9. Исследованы реологические свойства стеклонаполненных ПУ. Определено, что в образцах преобладает упругая деформация и в меньшей степени пластическая.
10. Установлена теплопроводность стеклонаполненных ПУ -Х=0,035 Вт/м*К, что соответствует справочной литературе.
11. В процессе длительного воздействия ультрафиолетового излучения не происходит значительного изменения предела прочности при изгибе и твердости по Шору D. Технология FCS позволяет получать стеклонаполненные ПУ с удовлетворительными значениями физико-механических свойств, стойких к воздействию УФ излучения в течение всего периода эксплуатации.
12. На основе технологии FCS разработан технологический процесс производства, включающий в себя следующие операции: комплектовочная; подготовительная; формовочная; съем изделия с оснастки; обрезочная; сборочная; контрольная; упаковка, маркировка; транспортировка готовой продукции.
13. 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.
14. 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-150Е120Ф.
15. 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.
16. 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.
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. Установлена удовлетворительная теплостойкость образцов из стеклонаполненных ПУ: изменения геометрических размеров не превышает 5%; отсутствуют дефекты материала (отслоения, вмятины, вздутия, расслоения).
5. Исследована устойчивость материала к воздействию температуры. Определено, что образцы 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.3, 3.3, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 6.1, 6.2 выдержали испытания на воздействие температуры. Разрушение образцов
2.2, 3.1, 3.2, 4.1, 6.3 происходило на дефектных участках материалов (места утолщения материалов, поры и т.д.).
6. Исследована ударная вязкость образцов из стеклонаполненных ПУ образцы 1.3, 2.3, 3.1-3.3, 4.1-4.3, 5.1-5.3, 6.2, 6.3 выдержали испытания на ударную вязкость; образцы 1.1-1.2, 2.1-2.2, 6.1 разрушились.
7. Установлено, что наиболее высокой твердостью обладают образцы
1.1., 1.2, 1.3. Образцы из стеклонаполненного ПУ большой толщины
обладают меньшей твердостью по Шору D по сравнению с тонкими, что по видимому связано с масштабным фактором и наличием большего числа дефектов на единицу объема.
8. Установлено, что образцы стеклонаполненного ПУ имеют низкий Кз в исследуемом частотном диапазоне, максимальные Кз достигаются в среднечастотном диапазоне - 1600 Гц.
9. Исследованы реологические свойства стеклонаполненных ПУ. Определено, что в образцах преобладает упругая деформация и в меньшей степени пластическая.
10. Установлена теплопроводность стеклонаполненных ПУ -Х=0,035 Вт/м*К, что соответствует справочной литературе.
11. В процессе длительного воздействия ультрафиолетового излучения не происходит значительного изменения предела прочности при изгибе и твердости по Шору D. Технология FCS позволяет получать стеклонаполненные ПУ с удовлетворительными значениями физико-механических свойств, стойких к воздействию УФ излучения в течение всего периода эксплуатации.
12. На основе технологии FCS разработан технологический процесс производства, включающий в себя следующие операции: комплектовочная; подготовительная; формовочная; съем изделия с оснастки; обрезочная; сборочная; контрольная; упаковка, маркировка; транспортировка готовой продукции.
13. 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.
14. 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-150Е120Ф.
15. 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.
16. 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.
Подобные работы
- ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА СО СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕМ ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ LONG FIBER INJECTION MOULDING
Дипломные работы, ВКР, технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 6500 р. Год сдачи: 2019 - ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА СО
СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕМ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ LONG FIBER INJECTION MOULDING
Дипломные работы, ВКР, технология производства продукции. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - Разработка технологии изготовления стеклонаполненных пенополиуретанов на ООО «Автотехник»
Дипломные работы, ВКР, материаловедение . Язык работы: Русский. Цена: 4370 р. Год сдачи: 2016 - Разработка технологии изготовления детали «Основание нижнего спального места» из стеклонаполненного пенополиуретана
Магистерская диссертация, технология производства продукции. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2018 - РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРКАСА ШУМОИЗОЛЯЦИОННОГО ЭКРАНА АВТОМОБИЛЯ КАМАЗ 5490 ИЗ ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА СО СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕМ
Дипломные работы, ВКР, технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 6500 р. Год сдачи: 2019 - РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРКАСА
ШУМОИЗОЛЯЦИОННОГО ЭКРАНА АВТОМОБИЛЯ КАМАЗ 5490 ИЗ
ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА СО СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕМ
Дипломные работы, ВКР, автомобили и автомобильное хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЖЕСТКОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА СО СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕМ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ LONG FIBER INJECTION MOULDING
Дипломные работы, ВКР, технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 6500 р. Год сдачи: 2019