Минерал-полимерный композит для станкостроения. Технологии изготовления полимербетона и производство изделий из него Чпу из полимербетона

Отечественный опыт. Первая опытная партия поли­мербетонных тюбингов, элементов крепи подземных вы­работок и безарматурных труб была выпущена в 1959 г. .

Полимербетонные трубы имели внутренний диаметр 900, толщину стенки 18 и длину 1200 мм. В возрасте 3 и 10 сут кубиковая прочность контрольных образцов со­ставила 30 и 50 МПа соответственно. При гидростатиче­ском испытании трубы в возрасте 3 суток разрушились при 0,5-0,7 МГІа, а в возрасте 5 суток - при 1,1 - 1,2 МПа.

Длина тюбингов по дуге была J570 мм, толщина стен­ки 70 мм. Масса тюбинга 48 кг, в том числе масса арма­туры 20 кг. После изготовления один из тюбингов нахо­дился в течение 5 лет на" открытом воздухе, подвергаясь солнечной радиации и атмосферным температурно-влаж - ностным воздействиям. Последующие обследования и испытания показали, что атмосферные воздействия не привели к трещинообразованию в материале и не увели­чили водопоглощения полимербетона.

По результатам испытаний на Скуратовском экспе­риментальном заводе был построен цех для изготовле­ния несущих конструкций из армированного полимербе­тона ФА - армополимербетонных стоек и перемычек для крепления шахтных выработок.

Стойки типа ОШС-1 представляли собой пустотелый стержень сечением 155X160 мм, длиной 2-3 м. Стойки армированы четырьмя продольными стальными стержня­ми периодического профиля диаметром 12 мм и попе­речными хомутами в виде непрерывной спирали из холод­нотянутой проволоки диаметром 4 мм с шагом 50 мм у опор и 100 мм на остальной длине. Для облегчения мас­сы в стойке было устроено сквозное отверстие диамет­ром 110 мм. При испытании на центральное сжатие раз­рушение произошло при нагрузке 40 т в результате кон­центрации напряжений в торцевых частях, т. е. стойки данной конструкции обладали примерно той же несущей способностью, что и железобетонные центрофугирован - ные, используемые для крепления пород средней твердо­сти. В то же время масса их была в 2 раза меньше.

Верхние перемычки таврового сечения длиной 2300- 2500 мм для опирання на стойки имели на концах плос­кие усиленные участки. Продольная арматура выполня­лась из двух стержней периодического профиля диамет­ром 16 мм. Применение более легких стоек и перемычек позволило значительно облегчить условия работы и по­высить производительность труда при проходке штреков.

На основе накопленного опыта изготовления конст­рукций из сталеполимербетона в г. Коммунарске был построен цех для серийного выпуска стоек и перемычек. За сравнительно короткий срок в этом цехе было изго­товлено более 21 тыс. элементов крепи для Донбасса .

Опытные образцы сталеполимерных опор контактной сети длиной 13,6 м, изготовленные на Батайском ЗЖБИ по проекту МИИТа, предназначались для эксплуатации в условиях почвенной и атмосферной коррозии. При из - готовлений таких опор учитывали не только высокую хи­мическую стойкость полимербетона, но и его диэлектри­ческие свойства.

На Киевском ЗЖБИ были изготовлены шпалы из полимербетона, армированного предварительно напря­женной стальной арматурой. На одном из участков сор­тировочной горки железной дороги было уложено 40 таких шпал. Испытания показали, что трещиностойкость сталеполимербетонных шпал по сравнению с железобе­тонными оказалась выше на 20-30%, через 6 лет экс­плуатации была отмечена их высокая надежность в ус­ловиях интенсивного движения .

Сталеполимербетониые плиты размером в плане 1200X5680 мм выпущены трестом Запхимремстроймон - таж для перекрытия технических тоннелей Светлогорско­го завода искусственного волокна .

Днепропетровский инженерно-строительный институт разработал для одного из целлюлозно-бумажных ком­бинатов вихревые очистители из полимербетона вместо традиционных очистителей из износостойких сплавов.

В цехе электролиза одного из химических комбинатов четвертая часть подванных эстакад выполнена из армо­полимербетонных сборных коррозионностойких конструк­ций. Балки пролетом 6 м представляют собой комбини­рованные конструкции из железобетона и армированно­го полимербетона, а колонны изготовлены целиком из сталеполимербетона .

Хорошие результаты получены при изготовлении плит для предприятий полиграфической промышленности из полимербетонов на ацетоноформальдегидных смолах, отверждение которых происходит в щелочной среде под действием аминных отвердителей .

Водоскаты плотин на Беш-Алышском, Сары-Курган - ском, Караспанском и других гидроузлах вместо базаль­товых или чугунных плит, стального или деревянного настила были облицованы полимербетоном ФА толщи­ной 100-150 мм. Общая площадь покрытия на пяти пло­тинах ирригационных сооружений составила около 900 м2. Более чем 20-летний опыт эксплуатации этих плотин по­казал их высокую износостойкость, долговечность и эко­номическую целесообразность .

В НИИЖБе совместно с Гипроцветметом и ВИСИ разработана, изготовлена и испытана опытная партия несущих химически стойких конструкций из сталеполи - мербетонов ФАМ для промышленных зданий с интенсив­ным воздействием жидких агрессивных сред. Колонны подванных эстакад сечением 300X300, длиной 3500 мм имели продольную арматуру в виде четырех стержней периодического профиля диаметром 16 мм и поперечные хомуты из холоднотянутой проволоки диаметром 8 мм.

При испытании на центральное сжатие в прессе (мощ. ностыо 120 Н) разрушающая нагрузка на колонну со­ставила (~50 Н). При внецентренном сжатии с эксцент­риситетом 75 мм разрушающая нагрузка составила 20 Н. Как в первом, так и во втором случае отношение расчет­ной нагрузки к разрушающей дает значительный запас прочности.

Испытания натурных конструкций сталеполимербе - тонных колонн, а также фундаментных башмаков, бло­ков и плит подтвердили принятые при проектировании основные расчетные предпосылки. Гипроцветмет на ос­новании полученных данных разработал рабочие черте­жи этих конструкций, крупная серия которых была из­готовлена и смонтирована на Джезказганском горно­металлургическом комбинате (ГМК). Внедрение армо­полимербетонных конструкций подванных эстакад по­зволило отказаться от дорогостоящих и дефицитных фу - теровочных материалов, снизить стоимость строитель­ства, улучшить защиту от воздействия электрокоррозии, сократить трудоемкость изготовления в 3 раза, увеличить срок службы конструкций в 5 раз и получить годовой экономический эффект около 480 тыс. руб. После 15 лет эксплуатации колонны каких-либо признаков разруше­ний не имеют.

Трестом Казмедьстрой освоено изготовление химиче­ски стойких полимербетонных плит для футеровки полов у лнвненакоаителей. Всего при строительстве объектов на Джезказганском ГМК изготовлено и смонтировано более 5000 м3 армополимербетонных конструкций.

Первые опытные участки химически стойких монолит­ных полов на основе полимеррастворов и полимербето­нов выполнены в начале 60-х годов. Проверка показала, что для монолитных покрытий полов обычные составы на фурановых, полиэфирных и даже эпоксидных смолах не могут обеспечить требуемой надежности и долговеч­ности. Были разработаны специальные составы моди­фицированных композиций, в том числе в НИИЖБе ти­на эластокрил, слокрил и др. В период с 1974 по 1980 г. только при непосредственном участии сотрудников НИИЖБа и КТБ НИИЖБ было изготовлено 125000 м2 монолитных химически стойких полов.

Вреди химически стойких армополимербетонных конструкций особое место занимают трубы, емкости и различная баковая аппаратура.

Первые опытно-промышленные канализационные кольца из полимербетона ФА были изготовлены на Ску - ратовском экспериментальном заводе (1961 г.), Внутрен­ний диаметр кольца 1680 мм, толщина стенок 150 и длина 1200 мм, его масса 2270 кг, в том числе арматур­ной стали-252 кг. Арматура колец состояла из двух цилиндрических сеток из горячекатаной проволоки диа­метром 5 мм с размером ячейки 100x 100 мм, соединен­ных между собой поперечными стержнями. Полимер­бетонные коллекторные кольца изготовляли в специаль­ной оснастке методом вертикального виброформования. При испытании колец первые трещины появились при нагрузке, в 1-2 раза большей, чем у аналогичных колец из железобетона класса В40. Разрушающая нагрузка для этих колец достигала 2,5-3 Н/м.

Первая опытная проходка коллектора длиной 38 м способом проталкивания полимербетонных колец была осуществлена под насыпью Новорязанского шоссе. При помощи проталкивающей установки был выложен ана­логичный участок коллектора длиной 72 м в районе Царицыно-Видное в 1962 г. Через месяц после проходки опытный участок на всю длину был подвергнут испы­таниям на эксфильтрацию. Однослойный кольцевой коллектор из полимербетона вполне удовлетворительно выдержал испытания. При этом герметичность его была в 2 раза лучше, чем у железобетонного коллектора с футеровочной защитой.

В САНИИРИ (Аликулов П. У.) совместно с НИИЖБ выполнены большие работы по подбору и исследованию составов и технологии изготовления дренажных и водо - водных полимербетонных труб на основе карбамидных смол. Был разработан полимербетон следующего соста­ва, % по массе: щебень фракции 5-10 мм - 47-49; пе­сок фракции 0,15-5 мм - 15-17; наполнитель 10-12; фосфогипс 5-6; карбамидная смола УКС 13-16; отвер - дитель - солянокислый анилин (СКА) 0,6-0,8.

Технология изготовления полимербетонных труб за­ключается в приготовлении полимербетонной смеси в бетономешалке принудительного действия, в которую загружается дозированное количество смолы, наполни­теля, фосфогипса и СКА, смесь перемешивается 2-Змин. Затем загружается песок и щебень и вся масса переме­шивается еще 3-4 мин. Общее время перемешивания 5-7 мин. Готовая смесь подается в бункер ленточного питателя. При этом подвижность ее по одадке стандар - тііого конуса должна составлять 3-5 см. Жизнеспособ­ность смеси указанного состава 30-40 мин при темпе­ратуре окружающего воздуха в пределах 15-25°С.

Для изготовления труб применяются ременные центри­фуги, предназначенные для изготовления железобетон­ных труб. Формтвание производится в стандартных ме­таллических разъемных формах, состоящих из двух полуформ и раструбных колец. Подготовленная форма при помощи траверсы и подъемного механизма устанав­ливается на ремни центрифуги раструбной частью к питателю. Полимербетониая смесь загружается в форму в два приема с помощью ленточного питателя. Распре­деление смеси по периметру формы происходит в течение 2-3 мин при частоте вращения формы 150-200 об/мин для малых диаметров и 75-100 об/мин для больших диаметров, уплотнение длится 4--5 мин при скорости 800-850 об/мин для малых диаметров и 500-550 для больших. Остановка формы осуществляется при посте­пенном снижении оборотов центрифуги в течение 1-1,5 мин. Форма со свежесформованной трубой снимается с центрифуги и переносится в горизонтальном положении в камеру термообработки. Термообработка производится по следующему режиму: выдержка 0,5-1 ч, подъем температуры до 80°С со скоростью 0,5°С/мин, изотерми­ческий прогрев при 80°С-6-8 ч. Охлаждение до 20иС - 2 ч. Распалубку труб производят на специальном стенде, па котором после освобождения от формы производят зачистку торцов и контроль ОТК.

Принципиальная особенность формования методом центрифугирования полимербетонных труб на основе смолы УКС заключается в том, что в процессе уплотне­ния происходит частичное удаление свободной воды и отсутствует выделение связующего иа внутренней поверх­ности. Частичное удаление воды улучшает структуру полимербетона и его физико-механические свойства, а отсутствует выделение связующего на внутренней поверх­ности трубы не требует продувки горячим воздухом.

Трубы полимербетонные УКС предназначены для строительства оросительных систем в закрытых кол­лекторах. Такие трубы могут применяться в агрессивных средах с рН or 3 до 10, водоводах с напором до 0,2 МПа при глубине заложения до 5 м. Опытные участки труб диаметром (>00 мм, заложенные на территории Сырдарь-

Рис. 64. Фрагмент трубы с теплоизоляцией из вспененного полимербе­тона

Инской области в 1977 г. после 5 лет эксплуатации на­рушений не имели.

Известен опыт изготовления партии труб диаметром 600 мм на Светлогорском опытном цехе полимербетонов из полимербетона ФАМ. Технологический процесс изго­товления таких труб принципиально не отличается от вышеописанного .

В НИИЖБе при участии Н. А. Азистаева получен новый вид легкого вспененного полимербетона на основе полиизоцианата марки К для теплоизоляции трубопро­водов горячего теплоснабжения . Такой полимер­бетон плотностью 400-500 кг/м3 и прочностью на сжа­тие 3-4,5 МПа имеет в поперечном сечении переменную (интегральную) плотность, увеличенную в периферийных слоях, что позволило отказаться от антикоррозионного покрытия стальных труб и нанесения гидроизоляционного покрытия на наружную поверхность теплоизоляции (рис. 64). Теплоизоляционный слой прочностью 3-4 МПа, обеспечивая хорошую антикоррозионную защиту сталы - ной трубы, делает возможным использование таких трубопроводов для бесканальной прокладки.

На опытно-промышленной установке «Узремстрой - треста» (г. Ташкент) труба диаметром 114 мм и длиной 12 м укладывается в металлическую форму с внутренним диаметром 219 мм. Полимербетонная смесь готовится в турбулентном циклическом растворосмесителе типа СБ-43Б. Розлив смеси в форму осуществляется с по­мощью передвижной металлической рамы, установленной вдоль формы. Вспенивание и отверждение смеси проис­ходит в форме при нормальных воздушных условиях.

На этой установке выпущено более 700 м теплоизо­лированных труб, которые уложены бесканальным спо­собом в засоленных грунтах на участке теплотрассы в г. Янги-Ер.

Институтом сейсмостойкого строительства Госстроя СССР (г. Ашхабад) разработана технология серийного производства аналогичной теплоизоляции трубопроводов вспененным полимербетоном, но на основе фенольных смол. Теплоизоляция может наноситься на трубы дна,- метром от 80 до 400 мм, длиной до 12 м (рис. 65) Производительность линии 10 тыс. м в год.

Большой интерес представляет опыт применения полимербетона ФА для крепления шахтных стволов, проходимых в замороженных породах. На Михайловском железорудном комбинате был забетонирован эксперимен­тальный участок шахтного ствола высотой 20 м при толщине стенки 500 мм. После бетонирования заданного объема проверялась температура разогрева уложенного полимербетона. Через 20-30 мин после укладки на рас­стоянии 250 мм от замороженной стенки грунта темпера­тура полимербетона поднималась до 50-52°С, что указы­вало на нормальный ход процесса полимеризации. Все­го в ствол было уложено 118 м3 полимербетона. Спустя месяц после прекращения работы замораживающей уста­новки полимер бетонная крепь имела плотную и однород­ную структуру без раковин и трещин. Контрольные об­разцы-кубы показали прочность 40-45 МПа, что пример­но в 2-2,5 раза выше, чем у образцов из цементного бетона.

Полимербетонную смесь готовили в смесительном узле на поверхности и по шарнирным трубам подавали к месту укладки. Хорошая удобоукладываемость обусло­вливалась большим расходом фурановой смолы (15- 16% по массе). Высокий расход смолы, хотя и обеспе­чивал высокую подвижность смеси, одновременно суще­ственно повышал стоимость полимербетона. В дальней­шем полимербетон ФА использовали при бетонировании затюбингового пространства многих шахтных стволов калийных рудников в Солигорске и Березниках. В эти стволы было уложено несколько тысяч кубических мет­ров полимербетона.

Производство тюбингов для крепи в угольных шах-

Тах из полимербетона на основе фенолоформальдегидных смол было налажено в объединении «Прокопьевскуголь» в цехе производительностью 1,5 тыс. м3 в год.

Баковая аппаратура занимает особое место во мно­гих отраслях промышленности, в особенности в цветной металлургии, химической, нефтехимической и многих других. Весьма интересен опыт изготовления емкостей на основе полиэфирных смол на Калушском ПО «Хлор­винил». Такие емкости собираются из отдельных поли­мербетонных царг диаметром 1,6-2 м, армированных преднапряженной стальной арматурой, что позволяет существенно упростить технологию изготовления круп­ных химически стойких емкостей.

Следует отметить, что конструкции баковой аппара­туры эксплуатируются в очень тяжелых условиях как по агрессивному воздействию среды, так и по воздейст­вию различных температур и нагрузок. Проблема усу­губляется тем, что многие конструкции баковой аппара­туры имеют очень большие размеры. Диаметр сгусти­телей составляет от 9 до 18 мм при высоте более 4 м. Увлажнительные башни при диаметре до 6 м имеют вы­соту 14-68 м и выше.

Первые опытно-промышленные полимербетонные ван­ны для электролиза меди, армированные стальной арма­турой, изготовлены в 1960 г. на Московском медепла­вильном и медеэлектролитпом заводе, Балхашском и Алмалыкском горно-металлургических комбинатах.

На Московском медеплавильном и медеэлектролит­пом заводе изготовляли монолитные электролизные ван­ны размером 2,46X1,02X1,2 м из полимербетона на осно­ве смолы ФАМ, а также сборные полимербетонные ван­ны, с вкладышами из винипласта или полипропилена. Высокая коррозионная стойкость таких ванн обеспечи­вала длительный срок их эксплуатации без ремонта.

Однако опыт эксплуатации монолитных сталеполи- мербетонных ванн показал, что они имели ряд сущест­венных недостатков. Как в процессе изготовления, так и при эксплуатации в них появлялись трещины, раскры­тие которых приводило к просачиванию электролита и потере эксплуатационной пригодности конструкции. ■

Были установлены следующие причины появления трещин в монолитных ваннах: первые сталеполимербе- топные ванны изготовляли в той же опалубке, что и же­лезобетонные. Из-за усадочных процессов и возникно­
вения значительных сжимающих усилий после формо­вания было трудно вынуть внутреннюю часть опалубки. При снятии опалубки появились микротрещины, которые во время эксплуатации расширялись. Возникали высо­кие напряжения в стенках и днище и углах ванны из-за высокой жесткости опалубки и стальной арматуры. Бы­ла отмечена также недостаточная жесткость конструк­ции ванны в целом и отсутствие методики расчета таких конструкций.

Для избежания образования трещин была изготовле­на специальная опалубка с податливым сердечником и откидывающимися бортами и разработана методика рас­чета . Конструкция занны была усилена, для уменьшения напряжений внутренние углы ванны выпол­нены с радиусом 125 м.

Применение стальной арматуры для армирования электролизных ванн также связано с возможностью об­разования трещин. При диффузионной проницаемости электролит со временем вступает в контакт со стальной арматурой и при наличии электрического потенциала на стальной арматуре осаждается цветной металл (медь, цинк), который приводит к нарушению целостности по­лимербетона и образованию трещин .

Армирование электролизных ванн преднапряжен- ной стеклопластиковой арматуры повышает трещино - стойкость конструкции в процессе изготовления и экс­плуатации. Предварительное напряжение стеклопла­стиковой арматуры составляет 630 МПа, т. е. 45% ее кратковременной прочности.

Таким образом, была создана надежная конструк­ция монолитных электролизных ванн, серийный выпуск которых был налажен в тресте Казцветметремонт. С 1976 г. изготовляют ванны только со стеклопластиковой арматурой. Такие ванны по многим показателям зна­чительно лучше, чем армированные стальной армату­рой.

Осваивается производство различных армополимер­бетонных емкостей и баковой аппаратуры - сборников кислот, мешалок и др., проводятся работы по изготовле­нию несущих конструкций подваиной этажерки цехов электролиза ципка .

Внедрение баковой аппаратуры и строительных кон­струкций из армополимербетона дало возможность от­казаться от различных химически защитных футеровок,

&* Зак. 251"
сэкономить 1500 т свинца, значительное количества гра­фитовых блоков и других дефицитных материалов и, что не менее важно, повысить качество получаемых цветных металлов.

Общий объем внедрения армополимербетонных кон­струкций на предприятиях цветной металлургии соста­вляет более 20 тыс. м3, а годовой экономический эффект от их внедрения около 10 млн. руб. .

Крупногабаритные травильные ванны длиной около 12 м и массой до 80 т действуют на Днепропетровском трубопрокатном заводе имени В. И. Ленина. При изго­товлении таких емкостей внутренняя часть опалубки имела податливые компенсаторы усадочных деформа­ций. Толщину и количество эластичных прокладок оп­ределяли расчетным путем с учетом линейной усадки полимербетона. Кроме того, для снижения усадочных напряжений в состав полимербетона вводили пластифи­каторы.

Для предотвращения образования трещин между фундаментом и днищем травильной ванны предусмат­ривался разделительный слой из двух слоев рулонного гидроизоляционного материала и графитового порошка между ними. Графитовый порошок обеспечивает сво­бодное скольжение днища ванны по основанию во вре­мя усадочных деформаций и в результате температур­ных деформаций в процессе эксплуатации .

В травильном отделении завода все травильные ван­ны с металлическими корпусами и многодельной футе­ровкой из кислотоупорного кирпича на андезитовойза­мазке были заменены на полимербетонные. Эксплуата­ция травильных полимербетонных ванн, содержащих 20%-ную серную кислоту с температурой 45-50°С по­казала, что полимербетон принятого состава обладает высокой химической стойкостью, хорошей сопротивля­емостью истиранию и ударным воздействиям. На этом же заводе внедрены технологические резервуары для горячей (до 70°С) серной кислоты до 40%-ной концен­трации.

Иа Солпгорском калийном комбинате более 3 лет успешно jknviyaтируются загрузочные бункера из ар - мополнмербетона размерами 3X1 и 2x1,5 м при тол­щине стенок 80 мм. Ранее использовались металличес­кие бункера из стали толщиной 8 - 10 мм. Из-за интеп-

Рис. 66. Измерительные п, шты щ полные; беюпа на основе ФАЭД (.

Зарубежный опыт. Промышленное по­лимербетонных изделий и конструкций в зарубежных странах сначала развивалось в направлении выпуска декоративно-отделочных и облицовочных материалов и изделий, применяемых в строительстве жилых и обще­ственных зданий. При этом изготовление декоративно - отделочных плит, подоконных досок, лестничных маршей и тому подобных изделий осуществлялось несколькими, принципиально различными способами: 1) приготовле­ние полимербетонпой смеси, непрерывное формование плоской лепты заданной толщины, термообработка, об­резка продольных кромок по ширине и разрезка па заданную длину с последующей шлифовкой и полиров­кой лицевой стороны плитки; 2) приготовление поли- мербетопноіі смеси, формование плит в вертикальных многосекциоиных кассетах, термообработка, шлифовка и полировка лицевой поверхности; 3) приготовление полимербетонпой смеси в смесителях периодического действия, формование блоков длиной 1500-2000 мм с заданными геометрическими размерами по сечению, термообработка, распиловка блоков на многоиильных станках на необходимую толщину плиток с последую­щей шлифовкой и полировкой лицевой поверхности.

В настоящее время третий способ находит все боль­шее распространение. При этом некоторые фирмы для снижения пористости и улучшения физико-механических свойств блоков и соответственно готовых плиток при­меняют новый способ формования, заключающийся в том, что в опалубку загружают сухую смесь заполните­лей с последующим нагнетанием в закрытую форму по-

Рис. 67. Станина станка из полимербетона на основе смолы ЭД-22

Лимерного связующего, состоящего из смолы, отверди­теля и наполнителя.

Представляет интерес опыт французской фирмы «Перодо», которая спроектировала и изготовила полуав­томатическую линию (рис. 68) для массового производ­ства листового полимербетона толщиной от 8 до 25 мм, имеющего фирменное название «Берок». Листовой по­лимербетон при толщине 8-10 мм используется в ка­честве наружного облицовочного слоя трехслойных па - нелеп, а при толщине от 12 мм и выше - для простран­ственных несущих конструкций таврового или коробча­того сечения, склеиваемых из плоских элементов.

Промытый кварцевый песок со склада 1 конвейером подается в сушильный барабан 2 (/=150°С), а затем в охладительный барабан 3 (г=80°С). Из второго ба­рабана песок элеватором направляется в бункер-накопи­тель 4. Во втором бункере 5 хранится кварцевая мука. Песок и кварцевая мука (73% по массе песка и 20% по массе кварцевой муки) при помощи весовых дозаторов 8 подаются в специальный смеситель 9. Сюда же одно­временно поступает эпоксидная смола (5%) и амииный

Отвердитель (2%), которые хранятся в бункерах 6 и 7. Перемешанная масса выгружается в распределительный бункер 10, из которого она равномерно шириной при­мерно 3 м распределяется на бумажном листе, уклады­ваемом на стальные плиты конвейера. Затем масса ка­либруется двумя парами валков 11 и обжимается третьей парой валков 12 с удельным давлением 16 МПа. Сформованный лист попадает в камеру термообработки 13. Термообработка проводится при 80°С в течение 1,5- 2 ч. После камеры термообработки алмазными пилами обрезаются боковые кромки. Далее лист разрезают па нужные размеры и с помощью вакуумных захватов сни­мают с конвейера. Скорость движения конвейера 1 - 2 м/мші. Меньшая скорость предусмотрена для плит тол­щиной более 12 мм. Производительность линии при ши­рине листа 2,7 м 160-320 м-/ч.

Техническая характеристика листового полимербетона «Перок»

Плотность, кг/м3 . . . ............................. 2200

Предел прочности, МПа:

При сжатии ] 20-150 "

» изгибе. ...-...„,., 27-(40

» растяжении......,„,. 12 - 27

Модуль упругосїн при сжанін................... 45-101

Коэффициент температурных деформаций.(12.5--15.6) 10~е Долговечноеіь (но данным ускоренных ІІС - иыташш), год:>1 .......................................................... 20

В последние годы фирмы Японии, США, ФРГ н дру­гих высокоразвитых зарубежных стран приступили к промышленному производству полимербетонных строи­тельных конструкций . Так, японские фирмы «Мепхаи резин копкрнт иидусгрнз», «11уо козап». «Ппшинихон козап» и др. организовали промышленный выпуск колодцев для кабельных линий из полимер­бетонов па полиэфирных смолах (рнс. 69, а). Их суммар­ное производство составляет 20 000 т в год. Полимербе­тонные трубы (69,6) выпускают фирмы «Хокусан Резин - коп», «Куримато айрон уорикс» п др. Піні этом произ­водство полимербетонных груб осуществляется двумя способами: центрифугированием и методом экструзии. Трубы, изготавливаемые методом экструзии, предста­вляют в поперечном сечении слоистую конструкцию из полимерраствора, армированного стекловолокном . Выпуск таких труб достигает 30 000 т в год.

В Японии построены три станции для измерения земного магнетизма с использованием полимербетонных панелей, армированных стеклопластиковой арматурой.

Осваивается также производство лотков, крышек для люков колодцев телефонных кабелей и водосточных же­лобов, тротуарных плиток, черепицы и других изделий и конструкций из полиэфирных полимербетонов.

Западногерманская фирма «Гралитбетон» разрабо­тала новый вид мелкозернистого полимербетона с рас­ходом полимерного связующего около 5% и освоила промышленное производство строительных изделий и конструкций довольно широкой номенклатуры, начиная от стеновых блоков, панелей и перегородок и кончая тротуарными и отделочными плитками и другими изде­лиями.

Технологический процесс получения изделий и кон­струкций ил і"ралптбетона состоит из следующих основ­ных операции: песок, полимерное связующее и, при не­обходимости, красители смешиваются в турбулентном смесителе. Затем. в специальных формах, имеющих на-

Гревательпые устройства, смесь виброформуетси и прес­суется. Время термообработки после виброформоваиии составляет 20-30 мин. Гралитбетои имеет следующие основные характеристики; плотность 1600 кг/м3, проч­ность на сжатие 35-40 МПа, прочность па изгиб 11 - 12 МПа. Недостаток этого вида полимербетона - вы­сокое водопоглощепие - до 16% и, как следствие, низ­кая морозостойкость, поэтому фирма в основном ориен­тируется на производство изделий и конструкций из гралитбетона в странах Ближнего Востока (Саудовская Аравия, Кувейт, Израиль и др.). Гралитбетон предста­вляет несомненный интерес для использования на юге

Советского Союза и, в первую очередь, в Туркмении и Узбекистане.

В США полимербетоны применяются во многих от­раслях строительства, но наиболее распространены по­лимербетоны на нолнэфирных и фепольных смолах и мономерах винилового ряда [ 157, 161 166J. Например, фирма «Амоко Течейт» выпускает полимербетонные тру­бы диаметром от 300 до 3000 мм с толщиной стенки 8- 15 мм. Исходными материалами для труб являются полиэфирная смола с соответствующими отвердителями (26-35%), кварцевый песок фракции 0,2-0,5 мм (40-45%) и стекловолокнистые армирующие материа­лы- стекложгут, стеклохолст и др. (30-35% по массе).

Основная операция при производстве труб фирмы «Амоко Течейт» - процесс послойного нанесения на вращающийся стальной сердечник в поперечном напра­влении стекложгутов и в продольном-стеклохолста, предварительно пропитанных полиэфирным связующим. В процессе намотки полиэфирная смола наполняется сухим песком путем его непрерывной посыпки из спе­циального бункера. В качестве противоадгезиониого слоя на стальной сердечник перед намоткой стеклоар - матуры навивают целлофановую или лавсановую пленку.

Термообработка труб осуществляется в течение 60- 90 мин при 160-170°С в термокамерах вместе состаль - ными сердечниками. После термообработки металличес­кие сердечники извлекают с помощью гидродомкратов с предварительной подачей во внутреннюю полость сердечника сжатого воздуха при давлении 3-5 МПа, через отверстия, имеющиеся в цилиндре, для отрыва внутренней стенки трубы от сердечника.

Готовые трубы проходят гидравлические испытания при давлении до 20 атм. При гидравлическом испытании до разрушения трубы выдерживают от 4 до 6 МПа.

В зависимости от диаметра и напорности стоимость труб колеблется примерно от 30 до 100 долларов за 1 м.

В среднем в пересчете на трубы диаметром 1500 и длиной 6100 мм производительность завода составляет 100 м труб в смену. По данным фирмы, долговечность таких труб не менее 50 лет. Выпускаемые трубы успеш­но конкурируют со стальными, асбестоцементными и железобетонными. Трубы этой фирмы используются в напорных магистралях, для сброса агрессивных стоков в очистные сооружения и перекачки рапы (рис. 70),

Рис. 70. Трубы, выпускаемые американскими фирмами для перекачки солевых растворов (рапы)

Как обсадные трубы при бурении скважин, в трубопро­водах для перекачки нефти.

Компания «Бондейт» разработала и выпускает от­делочные плиты и стеновые панели из полимербетона на основе фснольных смол и органических наполните­лей в виде древесных опилок, скорлупы орехов, шелухи риса и т. п. Полимербетоны на органических наполни­телях имеют небольшую плотность при прочности на сжатие до 40 МПа. В этой же фирме разработаны тех­нология и специализированное оборудование для про­изводства полимербетонных дренажных труб, радио - иепрозрачных плиток и блоков с углеродсодержащими наполнителями, а также полимербетона на основеММА для объектов военного назначения, в том числе для строительства спецпомещений и оперативного ремонта взлетно-посадочных полос аэродромов.

Электроизоляторы из полимербетонов на основе по­лиэфирных смол взамен фарфоровых выпускает компа­ния «Лиидеей Ипдастрис». Испытания таких изоляторов показали, что они выдерживают напряжение до 250кВ, в то время как у фарфоровых изоляторов аналогичных размеров при 235 кВ наблюдается электропробой.

В Брукхейвенской нациоЕіальной лаборатории разра­ботаны новые термостойкие составы полимербетона на основе комплексного связующего следующего состава, %: стирол - 50, акрилонитрил - 35, акрилоамид -5 и

Цившшлбензол ~ 10. В качестве наполнителя попользо­вали песок. Такие полимербетоны обладают высокой прочностью и термостойкостью. После выдерживания в солевом растворе при 23!W. п течение 240 гут образцы не только пс снизили прочноег. ных характеристик, по даже увеличили. Контрольные образцы имели прочность на сжатие 181 МГІа после испытаний 204 МПа.

Американские специалисты считают, что одной из рациональных областей применения термостойких по­лимербетонов могут быть трубы для геотермальных установок с температурой подземных вод, содержащих большое количество минеральных солей, до 350°С .

Во многих странах большой интерес вызывает при­менение полимербетонов в электротехнической промыш­ленности, машино - и станкостроении для замены фарфора и других изоляционных материалов, серого чугуна или стальных сварных конструкций. Например, в электротехнической промышленности полимербетон как материал, обладающий высокими диэлектрическими ха­рактеристиками, используют для изготовления различ­ного вида изоляторов, кабельных муфт, смотровых ко­лодцев, плит для распределительных щитов, шкафов для разводки электрических сетей, ящиков для счетчиков и др.

В машиностроении из полимербетона на основе по­лиэфирных смол изготовляют корпуса редукторов, центробежных насосов и других корпусных конструкций взамен серого чугуна . При достаточно высоком качестве оснастки гнезда под подшипники формуются с высокой точностью и не требуют дополнительной ме­ханической обработки. Использование полимербетонов в машиностроении существенно упрощает технологию, позволяет резко сократить трудоемкость, так как отпа­дают операции механической обработки, а использова­ние 1 т полимербетона обеспечивает экономию около 4 т литейного чугуна.

Однако наибольший эффект был получен при исполь­зовании полимербетонов для изготовления станин вы­сокоточных- прецизионных станков. Это объясняется тем, что при значительном увеличении скорости резания и соблюдении, а во многих случаях и значительном повышении точности обрабатываемых деталей одним из сдерживающих факторов является низкая демпфирую-

Іцая характеристика чугунных или стальных станиіі станков .

Многочисленные исследования швейцарских и запад­но-германских специалистов показали, что многие виды полимербетонов обладают очень высокими демпфирую­щими характеристиками (рис. 71), а их использование в корпусных деталях станков позволяет резко повысить точность и производительность.

Швейцарская фирма «Штудер» одна из первых орга­низовала изготовление станин шлифовальных станков из полимербетонов на основе эпоксидных смол. Затем полимербетоны на различных смолах стали использо­ваться для изготовления базовых деталей шлифоваль­ных, фрезерных, координатно-расточных и других точных станков, а также измерительных плит в ФРГ, Англии и Японии .

Комплексные исследования полимербетонов для ис­пользования в станкостроении проводятся в ФРГ в сле­дующих основных направлениях: разработка и совер­шенствование полимерных материалов для полимербе­тонов (фирма «Рем»); совершенствование машин и оборудования для приготовления качественного полимер­ (фирмы «Респекта» АДМ и др.); исследования различных видов полимербетонов (технологические ин­ституты в Дармштате и Ахене).

Различные фирмы и организации, участвующие в этих работах, довольно тесно связаны между собой на основе научно-технических и коммерческих интересов.

По данным вышеуказанных институтов ФРГ, наибо­лее перспективны полимербетоны на основе полиэфир­ных смол и особенно на основе мономера метилметакри­лате. Эти виды полимербетонов имеют по сравнению с цементными и другими видами полимерных бетонов сле­дующие преимущества: более высокий предел прочности на сжатие и растяжение, возможность изготовления ба­зовых деталей без стальной арматуры, более краткий цикл изготовления деталей; возможность использования полимербетонов непосредственно на рабочих поверхно­стях, например, в измерительных плитах, высокую стой­кость к воздействию внешней среды (масла, смазочно - охлаждающих жидкостей и т. д.) и, как следствие, от­сутствие их специальной защиты; возможность крепле­ния стальных направляющих и закладных деталей как в процессе формования базовых деталей, так и путем при-

Рис. 71. Демпфирующие характеристики чугунной (а) и полимербетонной (б) станины станка

Клеивания к готовым станинам, высокие демпфирующие характеристики.

Фирма «Респекта» приступила к серийному выпуску второго поколения машин типа ДВ-31, ДВ-71 и ДВ-101, для непрерывного приготовления полимербетонных сме­сей, в которых учтен многолетний опыт эксплуатации ра­нее выпускавшихся машин, технологические особенно­сти новых видов полимербетонов и последние техниче­ские достижения. Эти машины в наибольшей степени отвечают возможности качественного изготовления ба­зовых деталей станков .

В отличие от ранее выпускавшихся у этих машин пульт управления упрощен и смонтирован в верхней части, что позволило существенно уменьшить габарит­ные размеры. Шнековое устройство выполнено из спе­циальных сталей и твердых сплавов, позволяющих ис-

Пользовать горные породы высокой твердости ВПЛОТЬ до корунда, карбида кремния и стальных фибр длиной до 30 мм. Кроме того, машины типа ДВ-71 снабжены спе­циальным устройством для резки стекложгутов и подачи стеклофибр в шнековое устройство, что обеспечивает возможность при необходимости осуществлять дисперс­ное армирование полимербетона. Производительность машин ДВ-31, ДВ-71 и ДВ-101-30, 70 и 100 кг/мин соот­ветственно.

Значительное внимание полимербетонам уделяется и в странах социалистического содружества Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Чехословакии и др. Например, в Болгарии исследовались легкие и тяжелые полимер­бетоны на полиэфирных смолах, в Румынии - мелкозер­нистые полимербетоны на основе фурановых смол и по - лнмеррастворы для монолитных химически стойких по­лов на основе модифицированных эпоксидных смол, в Че­хословакии- полимербетоны на основе фурановых смол и фурилового спирта. К наиболее интересным работам в Чехословакии относят изготовление трубопроводов для сброса агрессивных промышленных стоков из полимер­бетонных колец диаметром 1350, длиной 3000 и толщи­ной стенки 40 мм, а также двухслойных труб диаметром 1800 и длиной 2000 мм с внешним слоем из цементного бетона и внутренним слоем толщиной 20-30 мм из по­лимербетона, выполненных методом последовательного центрифугирования или вертикального виброформова­ния.

Полимербетон был применен при строительстве но­вого магистрального канализационного коллектора, пере­секающего Прагу с юга на север . Общая длина этого коллектора более 11 км. Внутренний диаметр кол­лектора на различных участках 2000-3600 мм. На спе­циализированном предприятии методом вибропрессова­ния изготовляли сегменты заданной кривизны из поли­мербетона на фурановых смолах длиной 1490 и шириной 900-1000 мм. Масса каждого сегмента 60-70 кг.

Эти сегменты собирали на специально разработан­ной сборно-разборной металлической опалубке длиной до 3000 мм, наружный диаметр которой соответствовал внутреннему диаметру заданного участка коллектора. Сегменты стягивали проволокой, стыки между сегмента­ми заделывали временными резиновыми прокладками. Затем опалубку вместе с сегментами устанавливали па место монтажа краном, если коллектор проходил в от­крытой траншее, или перемещали с номощыо специаль­ных тележек, если коллектор прокладывали в туннеле. Смонтировав две-три секции опалубки, производили бе­тонирование коллектора цементным бетоном.

После набора бетоном достаточной прочности конст­рукцию опалубки переводили в транспортное положение и с помощью автокара вывозили из коллектора. Затем резиновые прокладки убирали и стыки между сегмента­ми заделывали полимерраствором на основе эпоксидных смол.

По сравнению с первоначальным вариантом проекта, в котором защитная облицовка внутренней поверхности коллектора предусматривалась из кислотоупорного кир­пича, в принятом варианте трудоемкость строительства уменьшилась в 3 раза при прокладке коллектора в тун­неле и в G раз при прокладке в траншеях. Экономия ра­бочей силы составила 70%.

Далеко не полный обзор применения полимербетонов в Советском Союзе и в развитых зарубежных странах показывает, что эти новые и прогрессивные материалы используются в различных областях строительства. При этом номенклатура изделий из полимербетонов непрерыв­но расширяется.

(иначе, литьевой камень) – материал, соединивший в себе прочность и красоту натурального камня с доступной ценой (благодаря дешевым минеральным добавкам) и простотой изготовления. Возможность применения практически любого заполнителя (песка, гранитной и мраморной крошки, стекла и многих других) гарантирует разнообразие . А наличие полимерного связующего делает их долговечными, воздействию воды и перегреву.

Давайте расммотрим типовые технологические процессы изготовления полимербетонов, а также возможность его создания своими руками.

Что потребуется?

Для получения продукта требуются:

• Наполнитель достаточно крупной фракции (песок, щебень, крупно измельченное стекло).
• Заполнитель более тонкого помола, уменьшающий стоимость материала. Это порошок из графита, кварца или андезита.
• Связующее вещество — его понадобится порядка 5 процентов. В этом качестве используют одну из полимерных смол. Например, полиэфирную (ненасыщенную), карбамидоформальдегидную, фурановую, эпоксидную.
• Отвердители, пластификаторы, специальные модифицирующие добавки, красители.
• Смазка для разделения форм и гелькоут для наружного покрытия.

Способы производства

Процесс производства может происходить по периодической или непрерывной технологии.

• В первом случае емкости, используемые для изготовления материала, нужно после каждого законченного цикла отмывать. Зато сделать полимербетон возможно в самом обычном ведре или бетономешалке.
• Непрерывная технология применяется в основном на крупных производствах. При этом слаженно трудятся, организуя единую цепочку, специальные литьевые машины, дозаторы и автоматические смесители.

Следующее видео рассказывает об изготовлении и напылении облегченного полимербетона:

Процесс

Для изготовления литьевого камня понадобится форма, хорошо покрытая особой разделительной смазкой (иначе готовое изделие вынуть будет невозможно). Форма может быть выполнена из силикона, стеклопластика, металла или даже ДСП (бюджетный вариант).

1. На разделительную пасту наносится слой гелькоута нужного цвета.
2. Внутрь формы закладывается композиционная смесь, состоящая из вышеперечисленных ингредиентов, предварительно хорошо перемешанных в бетоносмесителе. На крупных производствах, где объемы весьма солидные, смесь закладывают в форму с помощью бетоноукладчика. Если изделия небольшие, а технологический процесс является периодическим, то это делается вручную.
3. Теперь необходимо, чтобы уложенная смесь подверглась воздействию вибрации (виброуплотнению). Время данной процедуры составляет примерно две минуты. На заводе для этого служит резонансная виброплощадка, на небольшом производстве – вибростол.

В условиях производства на заводе по изготовления полимербетона при необходимости осуществляют термообработку для более быстрого затвердевания деталей. В остальных случаях ждут естественного завершения этого процесса.

Про станки, формы и другое оборудование для производства изделий из полимербетона расскажем далее.

Необходимое оборудование

Особенности выбора и затраты

Тем, кто мечтает замахнуться на непрерывную технологию и солидные объемы, организовав крупное промышленное производство, потребуется специальное конвейерное оборудование. Которое будет включать в себя автоматы для дозировки, смешивания, литья, доводки, а также механизированный склад.

Обойдется всё это в кругленькую сумму, составляющую несколько миллионов долларов. Если ограничиться лишь фирменным оборудованием «под ключ», то расходы будут значительно меньше – от 30 до 50 тысяч долларов.

Но всё равно не всегда имеется возможность найти деньги на покупку, особенно в наше сложное время. Впрочем, можно обойтись еще меньшими затратами. Если приобретать все необходимые машины и прочие вещи по отдельности. А кое-что и самостоятельно смастерить. Далее – подробнее об этом варианте.

Перечень техники и приспособлений

Итак, вот перечень техники и приспособлений, без которых не обойтись:

• Вибростол – готовый будет стоить около 27 тысяч рублей. Если хотите сэкономить, сварите стол самостоятельно, используя двухмиллиметровые уголки из металла (60-ми). К столу привариваем вибратор промышленного типа – готово.
• Мешалка, которая соединит в однородную смесь все компоненты. Если приобретать вакуумный мощный прибор европейского качества, то придется выложить порядка 10 тысяч долларов. Но можно использовать и отечественную бетономешалку или строительный миксер. Выйдет гораздо дешевле – стоимость зависит от объема и мощности. Еще дешевле – сделать смеситель самому из железной бочки и электропривода с редуктором.
• Также понадобится компрессорная система с пистолетом. Без нее не получится ровно нанести гелькоут. Пистолет стоит от 50 до 100 долларов. Компрессоры можно взять автомобильные – двух штук от ЗИЛа будет достаточно. Их соединяют параллельно и крепят к установленным на крепкую раму металлическим площадкам.
• Формы из стеклопластика или силикона в широкой продаже пока не распространены. Их можно заказать под конкретные изделия (например, подоконники) в специализированной фирме. Или изготавливать формы самостоятельно, начав с более дешевого материала – ДСП с ламинацией.
• В обязательном порядке будет нужна вытяжка – на этапе литья производство отличается вредными испарениями. Соответственно, приобретем и индивидуальную защиту: перчатки, респираторы.
• Для отделочных работ понадобятся электрические инструменты: шлифовальная и полировочная машинки. А еще дрель, лобзик, болгарка, фрезер (по необходимости).

Про выбросы в атмосферу от производства полимербетона расскажем далее.

О еще одном способе изготовления полимербетона расскажет и этот видеосюжет:

Выбросы в атмосферу от такого производства

Как уже упоминалось чуть выше, во время литья выделение вредных составляющих присутствует.

• В частности, это стирол, который содержится в смолах, используемых в качестве связующего вещества. Как только мы открываем герметично закрытую емкость с такой смолой, начинается испарение ядовитого газа.
• Кроме того, крайне опасен и отвердитель (как правило, это метилэтилкетоновый пероксид). Впрочем, он не летуч и требует лишь защиты рук резиновыми перчатками.

Эти факты заставляют производителей полимербетона тщательно оборудовать литьевое помещение, делая его герметичным, устанавливая над столом мощную вытяжку, не забывая о собственной защите (респираторе). И если все эти меры соблюдены, а выходящий в вытяжку воздух очищается, то выбросов в атмосферу не будет (ведь помещение герметичное).

О том, как самому (своими руками) сделать эластичный полимербетон, читайте ниже.

Создание своими руками

А сейчас мы поговорим о том, как делать небольшие изделия из модного литьевого камня самостоятельно, затратив минимум средств. К примеру, это могут быть горшки для цветов, столешницы, подоконники (особенно популярные, так как они теплее мраморных или гранитных).

Выбор помещения и его обустройство

Для начала нужно подумать о помещении – понадобится метров 80 квадратных общей площади. Желательно где-то на отшибе подходящий домик присмотреть. И 12 квадратных метров сразу же надо будет отгородить для литьевого помещения, причем придется постараться максимально загерметизировать все щели. Чтобы стирол не утекал.

В центре этой комнаты мастерим стол на раме из железных уголков, покрыв его столешницей из ДСП. Выставляем его поверхность по уровню – это важно! Над столом устанавливаем вытяжку – металлический короб с электродвигателем.

Чтобы было светло, крепим сверху лампы дневного света. В соседнем помещении ставим такой же стол – для отделочных и прочих работ. Здесь же разместим инструмент и емкости для сушки мела и песка (металлические низкие короба).

Необходимое сырье

Необходимое сырье:

• Речной кварцевый песок (расфасован по 20 килограммов). Его надо высушить хорошо.
• Просеянный мел – его также сушим.
• Смола полиэфирная – в ведерках по 20 литров покупается.
• Отвердитель, гелькоут, разделительная паста.

Процесс изготовления

1. Понадобится чистое пластиковое ведро для размешивания, перфоратор на 450 ватт и строительный миксер (к нему приделаем перфоратор, приварив сверло для перфорирования — получим смеситель).
2. Форму мастерим из ламинированных древесных плит, делая ее разборной. Разделительную пасту удобно наносить кистью, растирая капроновым чулком.
3. Гелькоут разбавляем смолой (добавив ее 10 процентов) и наносим флейцевой кистью. Делаем это дважды. Следим, чтобы волоски с кисти не прилипли.
4. Смешав в чистом ведерке смолу с отвердителем, добавляем 15 процентов мела, а затем – порциями песок. Масса должна стать вязкой. Чтобы удалить пузырьки воздуха, время от времени постукиваем ведерком по полу.
5. После готовности заливаем раствор в форму. Теперь разгладим поверхность: два человека берутся руками за форму (непременно снабженную ручками) и, приподняв, постукивают ее о стол. Смесь оставляют (минут на 40) и выходят из литьевой комнаты.
6. После застывания до «резинового» состояния — можно это определить по очень горячей поверхности и особому звуку при постукивании — вынимаем изделие из формы (разобрав ее) и переворачиваем заливочной стороной вниз. Даем полностью затвердеть, затем шлифуют и полируют.

Меры безопасности: взвешивая смолу, а также работая с ней, с гелькоутом и с залитой в форму смесью, трудимся только в респираторе, под вытяжкой. Отвердитель добавляем шприцом, надев резиновые перчатки.

О том, как изготовить своими руками полимербетон с разводами, расскажет следующее видео:

Проблема обеспечения соответствующего технического уровня и экономичности производства станков является составной частью об­щей проблемы технологии машиностроения и должна рассматриваться в органичной взаимосвязи со всеми ее элементами от заготовительно­го производства до сборки и испытаний готовых машин. В частности, для эффективного решения проблемы необходимы конструкционные материалы принципиально нового технического уровня с сочетанием различных эксплуатационных свойств (механических, физических, триботехнических и др.) Особое значение приобрели также технологичес­кие свойства материалов как объектов автоматизированной обработки.

Рис. 1 Структурная схема работ в области применения перспективных конструкционных материалов (ПКМ) для деталей суперпрецизионных и сверхскоростных станков

Для прогресса в области материалов и технологий формирования их эксплуатационных свойств характерны два общих направления:

l совершенствование традиционных материалов и технологических про­цессов с целью повысить их эксплуатационные свойства, технологич­ность и экономичность, а также максимально приспособить к конкрет­ным условиям применения (при этом на основе последних достиже­ний науки удается разрешить давние противоречия между эксплуата­ционными и технологическими свойствами материалов);

l создание принципиально новых материалов, таких как конструкцион­ная керамика (оксидная, нитридная и др.), композиционные матери­алы (композиты) на основе высокомодульных волокон (в частности, углеродных), композиты на основе дискретных наполнителей (напри­мер, гранитной крошки) и других.

Применение указанных материалов является весьма сложной техни­ческой и экономической задачей. Для иллюстрации этого на рис. 1 приведена принципиальная схема комплекса работ по освоению пер­спективных конструкционных материалов в станкостроении.

Не случайно в промышленно развитых странах реализуются круп­ные национальные программы по проблеме применения перспек­тивных конструкционных материалов в станкостроении.

В частности, в 90­е годы в Германии реализована специальная нацио­нальная программа по применению перспективных конструкционных материалов в станкостроении, на финансирование которой было выде­лено 1,2 млрд. долларов.

Одним из таких материалов является минерал­полимерный компо­зит , который широко осваивается в станкостроении промышленно раз­витых стран.

Минерал­полимерный композит (МПК) или полимерный бетон прин­ципиально отличается от традиционного цементного бетона связующим материалом, а именно полимером вместо цемента. Фирменные названия МПК в станкостроении – гранитан, синтегран и другие.

В состав МПК в качестве наполнителя входит крошка твердокамен­ных пород (гранита или габродиабаза) нескольких фракций по зако­ну плотной упаковки и полимерное, в данном случае эпоксидное, свя­зующее холодного отверждения.

Полимерное связующее является многокомпонентной системой, со­держащей смоляную часть (смола, разбавитель, пластификатор и т.д.) и отверждающий агент. От качества и количества связующего в соста­ве МПК зависят ползучесть и склонность к короблению, определяю­щие размерную стабильность деталей в процессе эксплуатации станков, а также технологические свойства, в частности, жидкотекучесть смеси и возможность формования деталей.

Важнейшим эксплуатационным свойством МПК является также термоустойчивость эпоксидного связующего. В результате интенсивных работ последних лет удалось повысить предел текучести эпоксидного связующего в 1,5 раза, а термостойкость довести от 40 до 100°С.

Основные физико­механические свойства чугуна, МПК и гранита приведены в Таблице 1. Из приведенных данных следует, что МПК и гранит имеют свойст­ва одного порядка. Однако МПК значительно превосходит гранит по технологическим возможностям формообразования деталей.

Свойства МПК и чугуна различаются радикально. И оценивать их нужно, как любой конструкционный материал, применительно к конкретной области использования, в данном случае - к станкостроению. Прочностные свойства МПК на порядок хуже, чем чугуна. Одна­ко, как известно, базовые детали станков рассчитываются на жесткость, а не на прочность. Поэтому эксплуатационные нагрузки в них не пре­вышают 5–10% прочности чугуна. Зато демпфирующая способность МПК в 3 раза выше, чем чугуна. Модуль упругости и плотность МПК в 3 раза меньше, чем чугуна. В результате, при прочих равных усло­виях детали из МПК и чугуна могут иметь примерно одинаковую массу. Теплопроводность МПК на 1,5 порядка меньше, чем чугуна, что обеспечивает его высокую термостабильность в условиях кратковре­менных колебаний температуры. Преимуществом МПК является также высокая коррозионная стой­кость.

Применение МПК для базовых деталей станков обеспечивает суще­ственное повышение их технического уровня:

• повышение точности и чистоты обрабатываемых поверхностей;
• повышение стойкости режущего инструмента, особенно керамичес­кого;
• повышение производительности обработки.

Технология производства деталей из МПК относительно проста и включает следующие основные операции:

• подготовка щебня, его рассев по фракциям и подача в смеситель че­рез дозаторы;
• смешивание щебня с полимерным связующим;
• заливка смеси в форму, в которой закреплены металличес­кие заклад­ные элементы детали;
• виброуплотнение смеси в форме;
• выдержка в форме 10–15 часов и извлечение детали из формы.

Значительная экономическая эффективность произ­водства деталей из МПК по сравнению с чугунными отливками дости­гается за счет таких основных факторов, как снижение трудоемкости, экономия энергетических ресурсов, сокращение производственных пло­щадей, снижение загазованности и запыленности.

Однако есть и дополнительные затраты, связанные с изготовлением закладных металлических элементов, использованием более дорогих полимерных материалов и другими факторами.

В итоге общий баланс таков, что себестоимость деталей из МПК и чугунных отливок одного порядка. Поэтому главным преимуществом МПК по сравнению с чугуном безусловно является возможность по­вышения технического уровня станков.

Как отмечалось выше, применение нового конструкционного мате­риала, в данном случае МПК, для базовых деталей станков является весьма сложной технической и экономической задачей. Например, фирма Carl Zeiss (Германия) изготовила измерительную ма­шину, в которой станина и стойка представляет собой 5­тонный мо­ноблок из полимерного бетона. Чтобы эта машина стала технически совершенной, а ее производст­во экономически выгодным, фирме потребовалось порядка 10 лет упорного труда. Однако, в конечном итоге, станкостроительные фирмы, освоившие применение новых конструкционных материалов, получают значитель­ный технико­экономический эффект. Так, например, швейцарская фирма STUDER, первой освоившая производство станин шлифовальных станков из полимерного бетона, обеспечила высокую конкурентоспособность своих станков и кроме того получает значительную прибыль (порядка 30% всей прибыли фирмы) от производства деталей из полимербетона для сторонних за­казчиков.

Таким образом, на основе всего изложенного можно заключить, что МПК является весьма перспективным конструкционным материа­лом для станкостроительной отрасли.

Д.т.н. Шевчук С.А., д.э.н. Смайловская М.С.
ОАО«ЭНИМС», тел. (495) 955­5235, 952­3602, [email protected]