Содержание к диссертации
Введение
1. Основные достижения и направления развития технологии литья по газифицируемым моделям 8
1.1. Состояние вопроса в области производства газифицируемых моделей 8
1.2. Технологические особенности получения газифицируемых моделей 12
1.3. Способы изготовления оснастки для производства газифицируемых моделей 30
1.3.1. Особенности конструкции и основные требования к материалу оснастки 30
1.3.2. Характеристика материалов и способов изготовления оснастки 32
Выводы и задачи исследований 38
2. Разработка состава композиционного полимерного материала и технологии изготовления оснастки для изготовления газифицируемых моделей 41
2.1. Разработка полимерного материала с заданными свойствами 42
2.1.1. Выбор основы полимерного материала оснастки 42
2.1.2. Выбор наполнителей 49
2.2. Разработка технологии изготовления оснастки 57
Выводы 60
3. Исследование основных свойств полимерного композиционного материала для изготовления элементов оснастки 61
3.1. Исследование теплофизических свойств полимерных композиционных материалов 61
3.1.1. Методика исследований, обработка и анализ достоверности результатов исследований 62
3.1.2. Определение теплофизических свойств полимерных композиционных материалов с различными наполнителями 67
3.2. Исследование влияния состава полимерного материала оснастки на качество получаемых моделей 77
3.2.1. Методика оценки состояния поверхности газифицируемых моделей 78
3.2.2. Исследование состояния поверхности газифицируемых моделей, полученных в оснастке из полимерных композиционных материалов 81
3.3. Выбор наполнителей и технологических параметров изготовления газифицируемых моделей 85
3.4. Оптимизация количества наполнителей в композиционных полимерных материалах и режимов изготовления моделей методом планирования эксперимента 90
Выводы 100
4. Исследование свойств полимерного композиционного материала оснастки для получения газифицируемых моделей 102
4.1. Методики исследований 102
4.2. Исследования технологических и эксплуатационных свойств полимерных композиционных материалов 112
4.3. Анализ полученных результатов 121
5. Опытно-промышленные испытания композиционной полимерной оснастки 124
5.1. Методика исследований 124
5.2. Результаты исследований и анализ полученных результатов 128
Основные результаты и выводы по работе 131
Список литературы 133
Приложения 141
- Технологические особенности получения газифицируемых моделей
- Выбор основы полимерного материала оснастки
- Определение теплофизических свойств полимерных композиционных материалов с различными наполнителями
- Исследования технологических и эксплуатационных свойств полимерных композиционных материалов
Введение к работе
Актуальность темы.
Повышение эффективности литейного производства, снижение трудоёмкости и материальных затрат при изготовлении отливок в условиях всевозрастающих требований к качеству литья является важной научно-технической задачей. В связи с этим, возрастает интерес к использованию прогрессивных методов получения отливок.
Одной из перспективных и наиболее активно развивающихся в настоящее время в России является технология литья по газифицируемым моделям. Она успешно применяется для изготовления отливок любой категории сложности из всех типов сплавов в неразъемные разовые песчаные формы и поэтому является наиболее экономичной. Причем, максимальный эффект от ее применения достигается при изготовлении отливок со сложной разветвленной поверхностью, многочисленными глубокими поднутрениями и обратными уклонами при отсутствии явно выраженной поверхности разъёма. Однако, применение указанной технологии в единичном и мелкосерийном производстве отливок производственно-технического и культурно-бытового назначения существенно ограничено в связи с высокой трудоёмкостью и, следовательно, высокой стоимостью изготовления оснастки. Указанное обстоятельство сужает область применения данной технологии и, кроме того, затрудняет процесс подготовки производства при освоении новых конструкций отливок.
Перспективным направлением в расширении объёмов применения литья по газифицируемым моделям в условиях единичного и мелкосерийного производства отливок является внедрение новых прогрессивных технологий изготовления оснастки из полимерных композиционных материалов с заданными теплофизическими характеристиками. Решение проблемы по замене материала оснастки с металлического на полимерный композиционный позволит значительно ускорить и удешевить процесс, а следовательно, повысить эффективность метода литья по газифицируемым моделям в условиях единичного и мелкосерийного производства отливок.
В связи с этим, актуальной проблемой на сегодняшний день является создание эффективных технологий изготовления оснастки на основе новых полимерных композиционных материалов для производства газифицируемых моделей.
Цель работы заключается в повышении эффективности технологии литья по газифицируемым моделям в условиях единичного и мелкосерийного производства отливок за счет использования оснастки из новых полимерных композиционных материалов с заданными теплофизическими свойствами.
Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:
Установить требования к материалу оснастки для получения газифицируемых моделей в условиях единичного и мелкосерийного производства отливок.
Разработать полимерный композиционный материал с заданными теплофизическими свойствами для изготовления оснастки и разработать технологию её изготовления.
Установить технологические параметры процесса изготовления качественных газифицируемых моделей с использованием оснастки из полимерного композиционного материала.
Выявить закономерности изменения теплофизических, технологических и механических свойств полимерных композиционных материалов в зависимости от содержания различных наполнителей.
Провести опытно-промышленные испытания нового полимерного композиционного материала для изготовления оснастки и дать качественную оценку эффективности её использования при получении отливок методом литья по газифицируемым моделям.
Научная новизна работы.
1. Выявлены закономерности изменения качества получаемых
газифицируемых моделей от теплофизических характеристик материала
оснастки. Установлены значения основных теплофизических
характеристик материала оснастки для получения качественных моделей:
теплоёмкость < 1200 Дж/(кг.С); теплопроводность >0,21Вт/(м.С);
о о
температуропроводность >8,4.10~ м /с, и теплоаккумулирующая способность > 697 Вт.с ' /(м С).
Разработан новый полимерный композиционный материал на базе полиуретанов ого компаунда, с добавками алюминия (железа) в количестве 37-48 (34-41) % масс, соответственно, обеспечивающий получение газифицируемых моделей высокого качества.
Получены математические модели, описывающие зависимость качества газифицируемых моделей от содержания наполнителя в
полимерном композиционном материале и технологических параметров процесса.
Практическая значимость работы.
Разработана технология изготовления оснастки для получения газифицируемых моделей. (Патент № 2379151 от 16.05.2007)
Разработана методика определения теплофизических свойств полимерных композиционных материалов.
Разработан экспресс метод качественной оценки состояния поверхности газифицируемых моделей.
Установлены оптимальные значения давления пара при изготовлении газифицируемых моделей методом внутреннего теплового удара в оснастке из полимерного композиционного материала на основе полиуретанов ого компаунда, с добавками алюминия (железа) в количестве 37-48 (34-41) % масс соответственно.
Личный вклад автора состоит в постановке задач и разработке методик исследований, проведении экспериментов, в том числе по определению теплофизических, технологических и эксплуатационных свойств полимерных композиционных материалов, построении математических моделей, описывающих влияние технологических параметров и состава материала оснастки на качество получаемых газифицируемых моделей, в обработке и анализе полученных результатов, формулировании выводов.
Положения, которые составляют основу работы и выносятся на защиту.
Состав нового полимерного композиционного материала и технология изготовления оснастки на его основе.
Закономерности влияния теплофизических характеристик материала оснастки на качество газифицируемых моделей.
Математические модели, описывающие влияние технологических параметров и состава полимерного композиционного материала на качество газифицируемых моделей.
Методика определения теплоёмкости и коэффициента теплоаккумулирующей способности полимерного композиционного материала, основанная на обработке экспериментальных данных температурных полей.
Апробация работы.
Основные положения настоящей работы доложены и обсуждены на всероссийской НТК «Новые материалы и технологии», г. Москва, 2006; на III международной научно-практической конференции «Информационные технологии в проектировании и производстве изделий машиностроения «ИТМ-2008», г. Казань, 2008; на V международной научно-технической конференция «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования», г. Вологда, 2009; на V международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии», г. Москва, 2009; на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону», г. Вологда, 2010; на ежегодных научно-технических конференциях ВлГУ, г. Владимир.
Публикации. По теме диссертации получен патент РФ и опубликовано 10 печатных работ в различных журналах, сборниках научных трудов и прочих изданиях, из них 4 научных статьи, в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованных источников. Изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 36 таблиц, 48 рисунков. Библиографический список содержит 82 наименования.
Технологические особенности получения газифицируемых моделей
Основоположником литья по газифицируемым моделям в 1956 г стал американский архитектор Г. Шроер, который первый изготовил модель из пенополистирола для получения художественной отливки. В 1958 г он получил патент США на способ «Cavityls castings Mold and Method for Making Same» [3]. В том же году, архитектором А. Дука, в Массачусетском техническом университете, была получена первая художественная отливка из бронзы скульптуры «Пегас», массой 150 кг, модель для которой была изготовлена из пенополистирола. В 1961 г, его коллега из Англии, Кларк, тем же способом получил отливку чугунной мачты для колокола, весом 3,5 т [4].
В 1958 – 1970 гг. – происходит внедрение данной технологии для производства единичных отливок массой от нескольких килограмм до нескольких тонн (обычно не более 15). Первая промышленная отливка массой 12 т была получена в Германии в 1962 г [5]. К концу 1964 г в 10 литейных цехах различных фирм США применялось лить по газифицируемым моделям для производства единичных отливок [6]. В 1967 г была создана Международная Ассоциация литья по газифицируемым моделям. Она объединила 150 фирм, занимающихся производством отливок с помощью ЛГМ – процесса, суммарная производительность которых, на то время, составляла 800 т в сутки.
Однако, технология ЛГМ не получила бы такого распространения, если бы не многочисленные научно – исследовательские работы, проводимые научными центрами различных фирм. Основная задача того времени состояла в том, чтобы сделать эту технологию не единичной, а серийной или массовой. В 1960х Нелин публикует патент о применении песка без связующего при изготовлении форм по полистироловым моделям [7]. Изначально, пенополистироловую модель помещали в контейнер, который впоследствии засыпали сухим песком или другим огнеупорным материалом и уплотняли вибрацией, затем полученную форму заливали металлом. Суть предложенного им метода состоит в том, что при деструкции пенополистирола, образующиеся пары пропитывают прилегающий слой песка, связывая песчинки в тонкий, но прочный слой. От тепла отливки слой быстро теряет прочность и разрушается, но тем не менее, времени выгорания слоя оказывается достаточно для образования тонкой корки металла на поверхности затвердевающей отливки. Однако, применение данного способа при получении отливок со сложной конфигурацией и с протяжнными стенками часто приводило к браку из-за обвала формы. Поэтому, дальнейшие научные изыскания были направлены на упрочнение формы из несвязанных сухих сыпучих огнеупоров. Прорывом в этих работах становится патент Гофмана на способ получения отливок по пенополистироловым моделям в магнитной форме [8]. Опираясь на это изобретение, на 35 Всемирном Конгрессе литейщиков, профессор А. Витмозер сделал доклад о применении магнитной формовки. Сущность его идеи заключалась в том, что для формовки было предложено использовать ферромагнитный песок или дробь, размером 0,3 – 0,5 мм. Пенополистироловую модель помешали в опоку, засыпали этим песком (дробью) и уплотняли форму вибрацией. После уплотнения, е помещали в постоянное магнитное поле, которое обеспечивало магнитную связь межу частицами наполнителя, что придавало форме необходимую прочность, предотвращая е разрушение при заливке металла [1]. Данный вид формовки получил широкое распространение в США, Японии, Западной Европе. На многих предприятиях были установлены полуавтоматические установки магнитной формовки для производства серийных отливок из различных сплавов. Однако дороговизна ферромагнитного песка (дроби) сводила на нет всю экономическую выгоду литья по пенополистироловым моделям. Поэтому, в 1968 г был опубликован патент о способе вакуумной формовки [9]. Согласно этому способу, пенополистироловую модель засыпали кварцевым песком и с помощью вибрации уплотняли. Затем готовую форму накрывали плнкой и вакуумировали для предотвращения е разрушения при заливке и затвердевании металла. Период с 1970 по 1980 гг являет собой время накопления опыта производства сложных отливок по газифицируемым моделям и наладки их серийного изготовления. Во многих крупных литейных фирмах создавались научные центры, занимающиеся именно разработкой технологии производства отливок по газифицируемым моделям. В 80 – ые годы в развитых странах технология литья по газифицируемым моделям окончательно утверждается в серийном и массовом производстве отливок ответственного назначения, потеснив традиционные способы и, в первую очередь, технологию литья в песчано-глинистые формы по извлекаемым моделям. Технология ЛГМ полностью или практически полностью исключает применение стержней, что приводит к исключению из производства стержневого оборудования, кроме того, она не нуждается в формовке на формовочных машинах, поскольку для заполнения форм используют сухой кварцевый песок без связующего. В СССР исследования касающиеся технологии литья по газифицируемым моделям были начаты в 1963 г. инженером А. Чудновским в научно-исследовательском институте специальных способов литья (г. Одесса), и в том же году ему было выдано авторское свидетельство на отечественный вариант ЛГМ. Промышленное применение данная технология получила уже в 1965 г. на Горьковском автомобильном заводе, где была получена первая партия отливок в количестве 227 наименований общей массой около 100 тонн. В первом полугодии 1966 г. на этом же заводе было произведено 600 отливок массой от 18 кг до 3500 кг, общая масса которых составляла более 420 тонн. В середине 60-ых годов активизируются работы по исследованию технологии ЛГМ в различных научно-исследовательских институтах и в ВУЗах. В первую очередь следует отметить следующие организации, в которых научно-исследовательские и опытно конструкторские работы получили приоритетное развитие: НИИСЛ (г. Одесса), МВТУ им. Баумана, ВНИИЛитмаш, Московский автомеханический институт (МАМИ), Московский авиационно-технологический институт (МАТИ), ЦНИИТМаш (г. Москва), ВПКТИСтройдормаш (г. Киев), Харьковский филиал ВНИИЛИТМаш. В 1965 г. был создан при Научно техническом обществе машиностроительной промышленности Комитет литья по газифицируемым моделям под руководством д.т.н, профессора Г.Ф. Баландина, который существует и по настоящее время в составе Российской ассоциации литейщиков. Комитет в те годы сыграл значительную роль в координации научно-исследовательских работ и пропаганде нового способа производства отливок. В эти годы советскими учеными-литейщиками были разработаны теоретические основы технологии производства отливок в формах из песка без связующих компонентов, теория формирования отливок по газифицируемым моделям, разработан специальный литейный пенополистирол ПСВ-Л, созданы технологические основы проектирования оснастки ЛГМ [10]. В настоящее время учные разных стран мира проводят исследования, направленные на модернизацию процесса литья по газифицируемым моделям. Модернизации ведутся в отдельных областях этого процесса, например при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов [11-21], чрных сплавов, таких как чугун [15, 22-24] и сталь [25-29]. Для повышения качества отдельно взятых отливок, например со сложной и развитой поверхностью, разрабатываются методы изготовление пенополистироловых моделей под давлением [22]. Большой объм исследований ведтся в направлении получения качественных отливок по пенополистироловым моделям в вакуумируемые формы [30-32], при этом основное внимание уделяется непосредственно самому процессу формовки моделей [33-35]. Процесс деструкции пенополистирола при заливке форм постоянно исследуется как в экологическом [36-41], так и в технологическом [42,43] планах.
Выбор основы полимерного материала оснастки
В технологическом, потребительском и экономическом плане наиболее эффективными конструкционными материалами являются полимеры, которые имеют много преимуществ по сравнению с металлами. Их производство менее энерго- и материалоемко, их них легко, удобно и с меньшими затратами труда можно изготавливать любые изделия. Они обладают хорошими эксплуатационными свойствами: коррозионной стойкостью, малой плотностью, большой разнообразностью видов и свойств [57].
Основную массу полимеров составляют органические вещества, однако известно немало неорганических и элементоорганических полимеров. Характерной чертой полимера является то, что при образовании его молекулы соединяется в большое число одинаковых или разных молекул низкомолекулярных веществ – мономеров. Это приводит к тому, что возникает длинная цепная молекула, которую называют макромолекулой. В макромолекуле составляющие ее низкомолекулярные повторяющиеся структурные единицы, или элементарные звенья, соединены прочными химическими связями. Сами же макромолекулы связаны между собой слабыми физическими межмолекулярными силами. Цепное строение макромолекул и различная природа связей вдоль и между цепями определяет комплекс особых физико-химических свойств полимерного материала, таких как, например, одновременное сочетание в нем прочности, легкости и эластичности [50].
Все полимеры можно разделить на три основные группы [58, 59]: 1. Эластомеры (резины). Эластомеры — это такие полимеры, у которых молекулярная структура допускает значительные и обратимые растяжения. Такие материалы являются легкосшиваемыми полимерами. У них между поперечными связями молекулярных цепочек есть небольшая свобода движения. Если эти поперечные связи вытянуты, то полимерные цепочки стремятся выровняться и стать центрированными, из-за чего происходит уменьшение кристалличности полимера. 2. Термореактивные пластмассы (реактопласты). Это жесткие материалы которые не становятся мягкими при нагревании. У таких полимеров молекулярные структуры имеют расширенные поперечные связи. Из-за этого, когда нагрев разрушает эти связи, эффект необратим при охлаждении. 3. Термопластичные пластмассы (термопласты). Эти материалы могут быть мягкими и неопределенно размягченными под воздействием тепла при не слишком высокой температуре, как в случае расщепления. Термин «термопласт» подразумевает, что материал при нагреве становится пластичным. Такие полимеры имеют линейные или разветвленные молекулярные цепи структур с малым числом связей. Линейные и некоторые разветвленные полимерные цепи могут быть в таком состоянии, когда имеет место уменьшение кристалличности. Эластомеры можно сгруппировать в соответствии с формой их полимерных цепочек [58]: 1. Полимерные цепочки, имеющие в основе только углерод. В эту группу входят натуральный каучук, бутадиен-стирол, бутадиен-акрилонитрил, бутил-каучуки, полихлоропрен и этилен-пропилен. 2. Полимерные цепочки с кислородом в основе. Например, окись полипропилена. 3. Полимерные цепочки с кремнием в основе. Например, фторкремний. 4. Полимерные цепочки, имеющие в основе серу. Например, полисульфид. 5. Термопластичные эластомеры. Это блок сополимеров с альтернативной твердостью и гибкими блоками. Например, полиуретаны, этиленвинилацетат и стирол-дивинил-стирол. Такие эластомеры могут быть изготовлены термопластическими методами прессования, а также литьем или выдувным формованием. Они, подобно термопластам, могут быть неоднократно размягчены при нагреве и не похожи на обычные эластомеры. Основными термореактивными пластмассами являются следующие [58]: феноло-формальдегидные; аминосмолы (мочевина и меламин-формальдегиды); эпоксидные; полиэфирные; сшиваемые полиуретаны. Термопластичные пластмассы состоят их двух групп материалов: неполярных и полярных полимеров [58]: 1. Семейство неполярных термопластов основано на этилене. Оно. в свою очередь, может быть подразделено на следующие группы: полиолефины, основанные на полиэтилене и полипропилене, винилы с основой на винилхлориде, винилацетате и различные другие соединения винилов. Все неполярные полимеры строятся на базе только атомов углерода. 2. К семейству полярных термопластов относятся фторопласт-3, оргстекло, полиамиды, полиуретаны, полиацетаты, поликарбонаты, поликрилаты, целлюлозы и т.д. Введение атомов хлора нарушает в фторопласте-3 симметрию звеньев молекул, и материал становится полярным. К такому же эффекту приводит амидная группа в полиамидах и т.д. В современной химической продукции представлены 72 основных вида полимеров (таблица 2.1) и бесчисленное количество их вариаций [60]. В таблице 2.2. представлен подробный анализ полимерных материалов на основании предложенных ранее требований к материалу оснастки для получения газифицируемых моделей.
Применение полимерных материалов при изготовлении литейной оснастки обусловлено экономическими и технологическими параметрами: дешевизна самих материалов, простота их обработки, лгкость, прочность, коррозионная стойкость (п. 1, таблица 2.2).
Определение теплофизических свойств полимерных композиционных материалов с различными наполнителями
Таким образом, результаты проведенного анализа достоверности показали, что надежность измерения значений при исследовании теплоемкости, теплопроводности, теплоаккумулирующей способности и температуропроводности полиуретанового компаунда АДВ 13-2 с добавками меди, углерода, алюминия, железа составляет 95%.
Определение теплофизических свойств полимерных композиционных материалов с различными наполнителями Для определения возможности изменения и (или) регулирования теплофизических свойств полимеров путм внесения различных наполнителей были изготовлены образцы (рис.3.1) с использованием добавок, вид и количество в % по массе которых представлены в таблице Количество добавок, в % по массе, соответствует максимально возможному количеству вводимого наполнителя, при котором возможна заливка композиции, без существенной (не более чем на 50%) потери текучести. Методика определения текучести полимерного композиционного материала подробно представлена в п. 4.1. Результаты исследований представлены на рис. 3.3, 3.4. В частности, на рис.3.3 приведены кривые изменения температуры вблизи поверхности (2 мм от поверхности) и на рис 3.4 - внутри образцов (10 мм от поверхности).
Согласно полученным данным (рис.3.3, 3.4), исходный полиуретан достаточно медленно нагревается с поверхности и также медленно передат тепло внутрь. Добавки медного порошка снижают интенсивность нагрева поверхностного слоя за счт более равномерного распределения температуры по всему образцу и большего нагрева внутренних слов. Внесение добавок на основе углерода значительно увеличивает прогрев поверхности образца и незначительно увеличивает прогрев внутренних слов. Добавки алюминия и железа максимально увеличивают скорость прогрева всего образца по сечению, особенно на первоначальном этапе (первые 10-15 с), что отвечает примерному времени изготовления газифицируемых моделей в серийном производстве (10-20 с, в зависимости от толщины стенки).
На рис. 3.5-3.11 представлены температурные поля исследуемых образцов, а также динамика изменения температур по их сечению. Построение температурных полей проводили с использованием программы КОМПАС-ЗБ V12 следующим образом. Вычерчивали кривые изменения температур в прогретом слитке и в исследуемом материале. Из точки, обозначающий момент времени, в который начался нагрев термопары, расположенной на расстоянии 15 мм от поверхности образца, проводили прямую, фиксировавшую значения температур по сечениям в этот момент. Затем эти значения последовательно переносили на отдельный график и расставляли в соответствии с расположением термопар. Указанные точки соединяли и получали температурное поле образца. Расчт коэффициента теплоаккумулирующей способности, а также тепломкости проводили исходя из полученного температурного поля образца по формулам [72] где R - половина толщины стенки нагреваемого слитка, м; qнагр -удельная эффективная теплота, переданная слитком, Дж/кг; t - избыточная температура нагрева образца, отсчитываемая от его начальной температуры, оС; n – показатель степени параболы (рис. 3.5-3.12), n=S1/S2; – время до прогрева образца на глубину Х (м), с; нагр, обр – плотность нагретого слитка и исследуемого материала соответственно, кг/м3.
Значения T, S1, S2, t определяли при построении графиков встроенными средствами КОМПАС-3D V12. Теплопроводность и температуропроводность находили из соотношений [72]: где Ьобр - коэффициент теплоаккумулирующей способности образца, Вт с 5/(м2 оС); собр - тепломкость образца, Дж/(кг оС. По данной методике, были определены теплофизические свойства для чистого полиуретанового компаунда, а также для компаунда с добавлением материалов - модификаторов: алюминия, железа, графита, меди (рис. 3.13-3.16).
Исследования технологических и эксплуатационных свойств полимерных композиционных материалов
По результатам исследований теплофизических свойств полимерных композиционных материалов для изготовления элементов оснастки, применяемой при получении газифицируемых моделей, представленных в главе 3, наилучшие результаты показали материалы, с наполнителями в виде карбонильного железа марки Р-10 и алюминиевой пудры ПАП-1. Газифицируемые модели, изготовленные в оснастке на основе данных материалов, имеют самое высокое качество (п.3.3, п. 3.4).
В связи с этим, исследования основных технологических и эксплуатационных свойств проводили на композиционных материалах следующих составов: 1. Двухкомпонентный полиуретан АДВ 13-2, с наполнителем в виде карбонильного железа марки Р-10 ГОСТ 13610-79 в количестве 34-41 % масс; 2. Двухкомпонентный полиуретан АДВ 13-2, с наполнителем в виде алюминиевой пудры ПАП-1 ГОСТ 5494-95 в количестве 37-48 % масс. Исследование линейной деформации Исследования проводили с использованием экспериментальной установки, представленной на рис. 4.1, по методике, описанной в п. 4.1. Время затвердевания образца регулировали количеством катализатора и варьировали в интервале: 5, 120, 240 и 360 мин. Результаты исследований, полученные в процессе затвердевания образцов с добавками карбонильного железа марки Р-10 и алюминиевой пудры ПАП-1, представлены на рис.4.4 и рис.4.5 соответственно. Согласно представленным на рис.4.4 и рис 4.5. данным, все исследуемые материалы, вне зависимости от времени полимеризации, испытывают линейное расширение, которое тем больше, чем меньше время его полимеризации. Кроме того, у образцов с добавками карбонильного железа марки Р-10 значения расширения больше чем у образцов с добавками алюминиевой пудры ПАП-1 при одинаковом времени полимеризации. Максимальные значения линейного расширения получены в образцах со временем полимеризации 5 минут, минимальные – 360 минут. Однако, величина расширения в образцах со временем полимеризации 120, 240 и 360 минут практически одинакова. В частности, у образцов с добавками карбонильного железа марки Р-10 расширение составляет 0,3%, а у образцов с добавками алюминиевой пудры ПАП-1 достигает 0,2%. Необходимо также отметить, что значения расширения, полученные за испытываемое время, представленные в таблице 4.3, отличаются от конечных значений (разница в расстоянии между штырями после окончательного затвердевания полимера и времени полной полимеризации – 72 часа) не более чем на 5% для всех образцов, за исключением образцов со временем полимеризации 5 минут. Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что разработанные материалы обладают линейным расширением 0,13-0,9% в зависимости от времени полимеризации, причем численное значение линейного расширения увеличивается с уменьшением времени полимеризации. Наличие указанного линейного расширения следует отнести к положительным факторам исследуемых материалов, поскольку оно позволяет получать элементы оснастки более высокого качества с максимально точным рельефом поверхности, что при использовании соответствующих мастер-моделей будет способствовать достижению более высокой геометрической точности рабочей полости оснастки. Определение плотности, твердости, предела прочности на растяжение Исследования плотности, твердости, предела прочности на растяжение образцов из полимерного композиционного материала проводили при варьировании времени затвердевания образцов 5, 120, 240 и 360 мин по методикам определения плотности, твердости и предела прочности на растяжение, описанным в п.4.1. Для каждого эксперимента изготавливали по 10 образцов и после испытаний проводили статистическую обработку полученных результатов. Среднестатистические значения плотности, твердости и предела прочности на растяжение образцов изготовленных из полиуретанового компаунда АДВ 13-2 с добавками карбонильного железа марки Р-10 и из полиуретанового компаунда АДВ 13-2 с добавками алюминиевой пудры ПАП-1 представлены в таблице 4.4. По результатам экспериментов, значения, полученные для одного состава, но разного времени полимеризации оказались в зоне статистической вероятности и, следовательно, были усреднены. По результатам проведенных исследований установлено, что плотность, твердость и предел прочности на растяжение у исследуемых материалов не зависят от времени полимеризации. Значения твердости и предела прочности на растяжение выше у материала на основе двухкомпонентного полиуретана АДВ 13-2, с наполнителем из алюминиевой пудры ПАП-1, чем у материала на основе двухкомпонентного полиуретана АДВ 13-2, с наполнителем из карбонильного железа марки Р-10.
