Влияние размеров изделия

Проектную зависимость ТП от размеров объекта производства обычно называют влиянием «масштабного фактора». Это влияние может проявляться на все составляющие ТП. Например, формование изделия типа «панель» из армированного пластика может осуществляться прессованием, если габариты изделия соизмеримы с размерами стола пресса, но может и другими способами – автоклавным, термокомпрессионным, вакуумным и даже просто контактным формованием, если размеры изделия выходят за пределы стандартного перерабатывающего оборудования.

Однако тот же масштабный фактор при выбранном способе формования может влиять и на другие составляющие ТП. Так, при увеличении толщины все той же панели при постоянных условиях формования, например, прессования, по сечению изделия наблюдается изменение механических свойств. Такая закономерность является следствием ряда причин – градиента температур, обусловливающих скорость отверждения или кристаллизации в зависимости от природы ПМ, градиента скоростей течения расплава ПМ при заполнении формующего инструмента, изменения условий для удаления летучих продуктов, возникновения различных остаточных напряжений и др. Пример такого влияния представлен в таблице 1.4, где приведены результаты испытания стеклопластиковых образцов (15 x 120 мм) с различными толщинами.

Таблица 1.4.

Зависимость прочности панелей из стекловолокнита АГ-4в, отпрессованных при стандартных режимах, от толщины.

Пониженный показатель прочности при толщине панели 5 мм обусловлен, прежде всего, влиянием неравномерности распределения стекловолокон в тонком слое ПМ. С точки зрения механики разрушения армированных пластиков это обстоятельство способствует ускоренному развитию магистральных трещин даже при невысоких нагрузках. По мере увеличения толщины панели до 10 мм схема армирования становится более равномерной, но одновременно нарастают отрицательные последствия реакции поликонденсации при отверждении ПМ (см. выше) и повышение прочности при дальнейшем утолщении прессуемых панелей сначала замедляется, а затем прекращается, сменяясь падением прочности почти до начальных показателей.

Схожие проявления масштабного фактора характерны почти для любого способа переработки ПМ, поэтому их необходимо учитывать еще при проектировании ТП, либо корректируя режимы формования, либо предусматривая в составе ТП некоторые дополнительные ТО. В частности, в рассмотренном выше примере изменение режимов прессования может проявиться в виде предварительного нагрева ПМ, подпрессовки, повышения давления, снижения скорости охлаждения и температуры извлечения готового изделия. Эти меры, способствуя равномерности отверждения ПМ по сечению изделия и снижению уровня остаточных напряжений, предопределяют соответствующее повышение прочности и других механических свойств.

Аналогичный эффект может быть достигнут и введением в состав ТП операций термообработки готовых изделий или дополнительных ТО прессования отдельных послойных элементов, например, толщиной по 10 мм с последующей монолитизацией их (склеиванием или сваркой) для достижения заданной толщины изделия. Последняя модификация ТП по существу меняет характер производства, преобразуя ТП формования изделия в ТП сборки элементов конструкции изделия как сборочного узла. Примеры такого рода, обусловленные влиянием масштабного фактора, встречаются достаточно часто. Так, когда экструзионное или пултрузионное производство труб становится невозможным из-за отсутствия оборудования для формования крупногабаритных типоразмеров, на помощь приходят ТП, основанные либо на сочетании гибки термопластичных листовых заготовок и последующей продольно-поперечной сварки трубчатых фрагментов по стыковочным швам, либо на намотке лент из тех же термопластов или препрегов армированных пластиков с последующей монолитизацией полученных заготовок одном из известным методов формования.

Не менее наглядным примером может служить изменение сути ТП изготовления профилей типа тавров, швеллеров и др., предназначаемых для использования в качестве ребер жесткости в конструкциях различных машиностроительных изделий. Как и трубы с небольшими площадями поперечного сечения эти погонажные изделия формуют экструзией или пултрузией ПМ, но крупноразмерные виды профилей, типичные, например, для судо- и авиастроения, приходится изготавливать по технологии производства интегральных конструкций, предусматривающей в составе ТП такие ТО, как сборка заготовок из заранее отформованных элеменов конструкции, склеивание или сварка (иногда совместное отверждение этих элементов в заготовке), а также заполнение межэлементных полостей конструкции пено- или сотопластам (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Примеры ребер жесткости, изготавливаемых по технологии производства интегральных конструкций.