Технологические особенности получения порообразующих гранул

С каждым годом предъявляются все более высокие требования к габаритно – массовым показателям изделий, в таких отраслях как авиастроение, машиностроение, судостроение, железнодорожный транспорт.

Это связанно стремлением выпустить более технологичную продукцию, обладающую более высокими характеристиками, чем ее аналоги. Отсюда следует, что к материалам таких машин, так же предъявляются высокие требования, как правило, всем критерия отвечают композиционные материалы.

Одним из перспективных направлений развития композиционных материалов, является разработка пенометаллов и материалов на его основе. Композиционные изделия, выполненные на основе пенометаллов, обладают высокой стойкостью к ударам, вибрациям, температурам. Так же данный материал позволяет добиться высоких массо–прочностных характеристик.

Материалы из пенометаллов находят свое применение при изготовлении фильтров, демпферов, теплоотводящих элементов, шумопоглощающих панелей, деталей и корпусов судов, машин, поездов, и самолетов.

Одной из перспективных технологий изготовления пенометаллов является литейная технология путем пропитки порообразующего наполнителя, получаемого с использованием гранул пенополистирола.

Работы по формированию гранул с упрочняющей оболочкой и полых сферических оболочек с использованием гранулированного пенополистирола и изготовлению пористых отливок ведутся на кафедре «МиТЛП» ВолгГТУ [1 – 6].

Упрочняющая оболочка на гранулы пенополистирола состоит из 3-х слоев, формирование слоев происходит путем нанесения на поверхность гранулы жидкостекольного связующего с добавкой поверхностно активного вещества и дисперсного металлического порошка или огнеупорного материала [1].

На рисунке 1 показаны схемы строения обычной гранулы пенополистирола (рисунок 1,а) до нанесения слоев и гранулы со слоистой (с одним, двумя или тремя слоями) упрочняющей оболочки из жидкостекольного связующего 3, с обсыпкой металлическим порошком 4 (рисунок 1, б) и порошком огнеупорного материала 5 ( рисунок 1, в).

Технология изготовления гранул с упрочняющей оболочкой заключается в нанесении пульверизацией жидкостекольного связующего 3 имеющего следующий состав масс. %: жидкое стекло – 50, вода – 49, ПАВ – 1. Следующим этапом происходит обсыпка с ворошением дисперсным порошком 4 на сетчатом поддоне (рисунок 1,б), остатки порошка и связующего удаляются через ячейки сетки виброподдона [2].

а – обычной, б – с однослойной, двухслойной, трехслойной упрочняющей оболочкой с обсыпкой металлическим порошком (алюминиевым), в – такие же гранулы с обсыпкой порошком огнеупорного материала (глинозема); 1 – поверхностная пленка, 2 – ячейка, 3 – жидкостекольное связующее с добавкой ПАВ, 4 – порошок алюминия, 5 – порошок глинозема

Рисунок 1 – Схемы строения гранул пенополистирола [2].

Перед термодеструкцией пенополистирола из оболочки, гранулы подсушивались 10 минут в подогретом воздухе. Следующим этапом является пиролиз пенополистирола и прокалка гранул. Термообработку гранул проводили по следующему режиму: медленный нагрев до 420±10 Т, выдержка 10 минут, а затем прокалки при 740±10 Т. Полученные образцы показаны на рисунке 2 [1].

б

а а ̶ Полые сферические оболочки после пиролиза ППС и прокаливания б ̶ Вид приготовленных шлифов пустотелых сферических оболочек Рисунок 2 – Пустотелые сферические оболочки

Параллельно с представленным выше способом на кафедре ведется работа по разработке полых металлических гранул. В этой технологии рассматривается гальванический процесс нанесения плакирующего слоя.

Процесс плакирования гранул начинается с нанесения токопроводящего слоя рисунок 3.

Гранула пенополистирола

Рисунок 3 – Плакированные токопроводящем слоем гранулы пенополистирола.

На гранулы пенополистирола наносится, пульверизационным методом, акриловый лак, далее гранулы помещаются на вибрационную решетку и обсыпаются графитовым порошком (в данном случае применена графитовая смазка), излишки которого удаляются через ячейки сетки. После чего гранулы сушатся не менее трех часов.

Просушенные гранулы загружаются в установку для нанесения металлизированного слоя. Принципиальная схема установки представлена на рисунке 4. Применяется следующий состав электролита: вода (дистиллированная) – 1000 мл, медный купорос – 200 гр, кислота серная – 25 мл. Режим велся 3 часа на токе 1А. После гранулы извлекаются и просушиваются. Просушенные гранулы показаны на рисунке 5.

1 - пластиковая разделительная шайба; 2 - привод; 3 – щеточный узел;

4 - анод; 5 - сальник; 6 - пластиковая втулка; 7 - галтовочный барабан

(катод); 8 - лопатки для промешивания; 9 - пробка; 10 - крышка корпуса

Рисунок 4 – Принципиальная схема установки для металлизации плакированных гранул пенополистирола

Медный слой

Рисунок 5 – Гранулы пенополистирола покрытые медной оболочкой

Заключительный этап технологического процесса это пиролиз пенополистирола, режим которого показан на рисунке 6. Полученная полая сферическая оболочка показана на рисунке 7.

Рисунок 6 – График нагрева гранул

Выводы

В работе приведены две, опробованные на практике, технологии получения порообразующих гранул, с помощью которых можно получить методом пропитки пенометалл.