Реактопласты полимерных изделий автомото

Реактопласты

Реактопласты – твердые полимерные материалы, которые были созданы в результате химической реакции между двумя компонентами. После завершения химической реакции полимер нельзя расплавить (под воздействием тепла он может быть разрушен, но нельзя его размягчить иизменить его форму, как в случае с термопластами), его также нельзя разделить на составляющие компоненты. Создание реактопластов является односторонним процессом. Вотличие от них термопласты можно размягчить под воздействием тепла, их форму можно изменить.

Реактопласты часто используются при производстве автомобилей, но, к счастью, их достаточно просто отремонтировать в большинстве случаев. Основным различием между реактопластами итермопластами в плане ремонта является то, что реактопласты нельзя варить плавлением, так как они не плавятся. Поэтому клей является единственным способом ремонта реактопластов. Двухкомпонентный клей является наиболее распространенным средством ремонта реактопластов. Цианоакрилатный и метакрилатный клеи также будут достаточно эффективными на прочных реактопластах. Стоит отметить, что можно также использовать безвоздушную сварку пластика, чтобы нанести термоплавкий клей на пластичные реактопласты.

В следующем подразделе мы с вами поговорим о типах реактопластов, которые чаще всего можно встретить в автомобилях, мотоциклах и транспортных средствах для отдыха и развлечений, атакже о наиболее подходящих методах ремонта каждого полимерного материала.

Стекловолокно

Стекловолокно является более простым названием пластика, армированного волокнами (FRP). Это композитный материал, состоящий из упрочняющих волокон, размещенных вреактопластовом полиэфире или эпоксидной смоле. Из-за низкой стоимости стеклянные волокна являются наиболее распространенными упрочняющими волокнами, которые используются в подобных структурах, поэтому и название эти полимерные материалы получили такое – «стекловолокно». Однако структуры с использованием упрочнительных элементов из кевлара и углерода также используются для создания материалов, когда стремление кповышенной прочности перевешивает желание сократить затраты. Композитные материалы суглеродными волокнами часто используются при создании таких важных компонентов, как шасси гоночных автомобилей.

Стекловолокно отличается от других типов полимерных материалов особенным процессом изготовления. Стекловолокно создается в основном вручную. Обычно технология создания стекловолокна заключается в том, что сначала на внутреннюю поверхность вогнутой формы наносится гелевое покрытие. Гелевое покрытие помогает сделать внешнюю сторону готовой детали гладкой. Оно чаще всего представляет собой краску на основе полиэфирной смолы, которая одновременно является и внешним косметическим слоем, и слоем смолы, в который вводятся упрочнительные волокна. После нанесения гелевого слоя стекловолокно или другое упрочнительное волокно выкладывается в верхней части гелевого слоя. На небольших компонентах лист стеклоткани обычно выкладывается вручную. На компонентах больших размеров, например на корпусах лодок, волокна могут выкладываться с использованием пистолета для напыления рубленного стекловолокна. После того как волокна нанесены на форму, на обратную сторону стеклоткани распыляется или наносится полиэфирная или эпоксидная смола.

Прочность композитной структуры определяется степенью обволакиваемости стеклянных волокон смолой. Во время процесса производства особое внимание уделяется тому, чтобы смола обволакивала все волокна в равной мере. При использовании прозрачной смолы это достаточно просто установить, так как стекловолокнистый мат из белого станет прозрачным, если смола обволакивает все волокна. Сатурационный ролик используется для вдавливания смолы встекловолокнистый мат.

Для обеспечения прочности структуры важно удалить все пузырьки воздуха, которые могут образоваться в ламинате. Если речь идет о высокопрочных структурах, например о шасси гоночного автомобиля или деталях для самолетов, пузырьки воздуха выталкиваются под воздействием давления во время процесса формования методом вакуумного мешка. Это дополнительный этап, который обычно не применяется при производстве деталей для легковых автомобилей и мотоциклов.

За исключением ранних моделей автомобилей Corvette, производители оригинального оборудования не изготавливают детали из стекловолокна для автомобилей и мотоциклов. Это объясняется тем, что процесс создания деталей из стекловолокна слишком трудоемкий, чтобы быть оправданным при больших объемах производства. Производители оригинального оборудования часто используют композиты листового формования, которые можно назвать отличным заменителем стекловолокна при больших объемах производства. Более подробно окомпозитах листового формования мы поговорим в следующем подразделе. Если вы обнаружили деталь из стекловолокна на вашем автомобиле или мотоцикле, скорее всего, этот компонент был куплен на рынке послепродажного обслуживания. На автомобилях можно увидеть рестайлинговые комплекты, приобретенные на рынке послепродажного обслуживания, например обвесы, спойлеры, диффузоры и обтекатели.

Стекловолокно достаточно легко идентифицировать, так как на обратной стороне его поверхность будет шероховатой, при этом лицевая сторона будет гладкой. С обратной стороны вы увидите текстуру стеклоткани – волокна будут расположены волнообразно или в хаотичном порядке. Также, если деталь потрескается, вы увидите стеклоткань.

Стекловолокно достаточно легко отремонтировать, так как можно использовать различные виды клея. Наиболее популярным является стекловолоконная смола, которую можно приобрести влюбом специализированном магазине. Обычно это прозрачная жидкая полиэфирная смола, скорее всего, того же типа, как та, что использовалась при производстве детали. Стекловолоконная смола обладает относительно низкой вязкостью, что позволяет ей впитаться встекловолоконный мат – требование процесса производства. Однако клей с низкой вязкостью сложно использовать при выполнении ремонтных работ, особенно на вертикальных поверхностях, так как смола будет стекать вниз, прежде чем вулканизируется.

При выполнении ремонта детали из стекловолокна проще и быстрее использовать двухкомпонентный эпоксидный или уретановый состав. Эти соединения имеют более высокую вязкость, что позволяет им оставаться на месте даже на вертикальной поверхности, пока происходит химическая реакция. Адгезия этих ремонтных материалов на стекловолокне просто поразительна. Если ремонтируемый участок упрочнить дополнительной стеклотканью, а также использовать в достаточных количествах опорный материал, ремонтируемая область на самом деле станет прочнее, чем оригинальный материал.

Цианоакрилатный клей также отлично ложится на стекловолокно и подходит для соединения отломавшихся деталей. Однако, если вы хотите получить сверхпрочное соединение, я бы порекомендовал использовать двухкомпонентные материалы. Метакрилатный клей отлично ложится на стекловолокно и подойдет для приклеивания недостающих деталей или заполнения отверстий.

Единственный клей, который не может склеить стекловолокно, – это термоплавкий клей. Хотя он и прилипнет к поверхности, он не подходит для структурного ремонта, так как этот клей по природе своей пластичен.

В таблице 3.2 приведены некоторые общие эмпирические правила, которые позволят вам подобрать подходящий клей для различных видов повреждений.

Таблица 3.2. Методы ремонта деталей из стекловолокна

Композиты листового формования, или SMC

С 1980-х годов ХХ века производители автомобилей, особенно в Северной Америке, начали широко использовать композиты листового формования, заменив ими стальные панели кузова. Композиты листового формования часто используются для создания дверей багажного отделения, капотов, крыльев, дверей и погрузочных платформ пикапов. На минивэнах компании GM первого поколения все панели кузова были изготовлены из композитов листового формования, как ипанели кузова Corvette, Dodge Viper и Chrysler Prowler.

Композиты листового формования обладают некоторыми преимуществами по сравнению слистовым металлом. Прежде всего, композиты листового формования легче, чем такие же компоненты, изготовленные из листовой стали, а также дают большую стилистическую свободу благодаря способности образовывать острые углы и сложные изгибы. Во-вторых, оборудование иагрегаты для создания композитов листового формования намного дешевле, чем оборудование, использующееся для создания листового металла, поэтому вполне оправданным можно считать использование композитов листового формования для автомобилей, особенно если объемы производства не слишком большие.

К недостаткам композитов листового формования можно отнести более высокую стоимость деталей по сравнению со сталью, а также трудности при вторичной переработке. Несмотря на эти слабые стороны, композиты листового формования набирают все большую популярность, так как производители оригинального оборудования все глубже изучают эти материалы и, следовательно, стремятся усовершенствовать оборудование, чтобы использовать в полной мере их преимущества.

В композитах листового формования создается сложная структура наподобие стекловолокна, то есть оба материала состоят из стеклянных волокон, покрытых реактопластовой смолой. По химическому составу композиты листового формования отличаются от стекловолокна тем, что его смола отверждается при термической обработке, что позволяет унифицировать процесс производства. В общем композиты листового формования первоначально создаются в форме листов, а затем скручиваются в рулоны, как и листовой металл. На данном этапе смола композитов листового формования достаточно мягкая, чтобы свернуть лист в рулон. После этого рулоны направляются на заводы для окончательной обработки и придания им необходимой формы. Двухэтапный процесс является уникальным и несвойственным для реактопластов.

Листы-заготовки разворачиваются, обрезаются и прессуются в необходимую форму под воздействием тепла. Деталь фиксируется в этом положении на несколько минут, чтобы тепло не привело к полимеризации смолы и ее отверждению. Затем готовую деталь извлекают из формы исрезают все неровные края.

Как и стекловолокно, композиты листового формования очень пластичны. Вся деталь может сгибаться по большому радиусу, однако небольшой участок детали не будет сгибаться по небольшому радиусу. В отличие от стекловолокна композиты листового формования имеют гладкую поверхность с обеих сторон, поэтому их легко отличить от стекловолокна. Более того, если композиты листового формования потрескались или повреждены, вы сможете идентифицировать этот материал по большому количеству стеклянных волокон, выступающих из поврежденного участка.

Благодаря прочности и высокой поверхностной энергии композиты листового формования легко поддаются ремонту с использованием двухкомпонентного клея. Но хочу предупредить вас: ни вкоем случае не используйте стандартную полиэфирную стекловолоконную смолу для ремонта композитов листового формования. Смолы несовместимы. В лучшем случае ремонтируемая поверхность будет видна под краской, а в худшем случае деталь может отклеиться. Лучше всего ремонтировать детали из композитов листового формования при помощи двухкомпонентного эпоксидного или уретанового клея.

Цианоакрилатный клей отлично справляется с ремонтом трещин на деталях из композитов листового формования. Если все волокна стекла в области трещины можно плотно друг к другу прижать, вы создадите поверхность, на которую можно нанести цианоакрилатный клей, чтобы придать соединению прочность. Даже если вы планируете упрочнить ремонтируемую поверхность двухкомпонентным клеем, я рекомендую использовать цианоакрилат, чтобы сначала склеить поврежденные части. Двухкомпонентные клеи слишком вязкие, чтобы проникать между волокнами в трещине, поэтому шов не будет таким прочным, как при использовании эпоксидного клея вместе с цианоакрилатным.

Метакрилатный клей также отлично ложится на композиты листового формования, к тому же он отлично подходит для приклеивания недостающих выступов или фланцев. Метакрилаты также можно использовать для ремонта сорванной резьбы в композитах листового формования. Это особенно удобно в случае с опорами радиатора и решеток, изготовленными из композитов листового формования. Метакрилатный клей является идеальным средством для восстановления поврежденной резьбы.

В таблице 3.3 приведены некоторые общие правила ремонта в зависимости от повреждения.

Таблица 3.3. Методы ремонта деталей из композитов листового формования

Полиуретан

Полиуретан, или уретан, как его иногда называют, является уникальным материалом, так как он единственный из реактопластов является пластичным. В зависимости от химического состава уретан может быть пластичным или прочным, но чаще всего он используется в автомобилях впластичной форме.

На данный момент полиуретан чаще всего используется в качестве пластичной облицовки бампера. В начале 1970-х годов ХХ века, когда получили широкое распространение системы безопасности в автомобилях, полиуретан стал первым материалом, который использовался вкачестве покрытия энергопоглощающих компонентов. Уретан легко отливается в сложные формы с изгибами и острыми углами, поэтому он обеспечивает большую свободу дизайнерской мысли. Corvette 1973года, имевший сначала уретановый бампер, не соответствовал стандартам безопасности того времени и сохранил свой «лощеный» вид без использования пластичных уретановых крышек.

Хотя в наши дни большая часть бамперов производится из термопластичного полиолефина, полиуретан до сих пор не потерял популярность и используется примерно в 20% автомобилей. Полиуретан чаще используется на автомобилях премиум-класса или на других автомобилях, объемы производства которых невелики, по нескольким причинам. Во-первых, уретановые поверхности лучше поддаются покраске, несмотря на значительные успехи, которых смогли добиться стермопластичными полиолефинами в последние годы. Во-вторых (и это наиболее важный фактор), стоимость оборудования для создания уретановых деталей ниже, чем затраты на оборудование для создания термопластичных компонентов.

Полиуретан также может использоваться для создания крыльев, спойлеров, воздухозаборников, обвесов, каркасов грузовых платформ пикапов и двойных крыльев. В последних двух случаях будет использоваться более прочный уретан, скорее всего, армированный стекловолокном. Процесс создания подобных полимерных материалов называется реактивным инжекционным формованием с армированием.

Уретан обычно не используется при производстве мотоциклов, однако его довольно часто применяют при производстве капотов снегоходов, особенно это касается компании Ski Doo. Уретан является популярным материалом потому, что степень его пластичности можно изменять, затраты на оборудование при этом будут минимальными, к тому же краска отлично ложится на уретановую поверхность. В завершение стоит отметить, что уретан достаточно прочный иударостойкий.

Естественным цветом уретана является прозрачный или желтый, но теоретически его можно отлить в любом цвете. На некоторых последних моделях крышки бамперов отлиты в сером цвете, поэтому иногда некоторые ошибочно полагают, что это термопластичный полиолефин. Чтобы отличить полиуретан от термопластичного полиолефина, попробуйте расплавить обратную сторону бампера при помощи горелки сварочного агрегата. Если прикоснуться горелкой креактопластовому уретану, материал начнет дымиться и пузыриться, а термопластичный олефин расплавится.

Из-за относительно высокой поверхностной энергии уретан отремонтировать достаточно легко, используя различные виды клея. Однако его пластичность может затруднить использование материалов для покраски и чистовой обработки поверхности. Ксчастью, в свободной продаже есть большое количество различных видов клея для ремонта уретана. Наиболее популярным является двухкомпонентный клей. Часто используют и термоплавкий клей, так как у него есть некоторые преимущества по сравнению с двухкомпонентным клеем. Цианоакрилатный иметакрилатный клеи также подходят для ремонта уретана, однако они несовместимы спластичными формами материала.

Конечно же, сварка плавлением в данном случае не может использоваться для ремонта, так как восновном полиуретановые полимеры являются реактопластами и не подлежат плавлению.

В таблице 3.4 приведены некоторые общие эмпирические правила, которые позволят вам подобрать оптимальный метод ремонта в соответствии с видом повреждений.

Таблица 3.4. Методы ремонта деталей из полиуретана

В завершение стоит сказать, что оптимальным выбором для ремонта реактопластового полиуретана будет двухкомпонентный клей, если только у вас в наличии нет горелки для сварки полимеров, поскольку в таком случае вы также можете использовать термоплавкий клей. Если вам часто приходится ремонтировать детали из полиуретана, разумнее использовать термоплавкий клей, так как он стоит дешевле, чем двухкомпонентный. Цианоакрилат отлично подходит для соединения потрескавшихся участков, пока вы наносите двухкомпонентный или термоплавкий клей.

Другие реактопласты

Существуют также другие виды реактопластов, кроме тех, которые мы с вами обсудили. Однако из всего разнообразия, пожалуй, только один реактопласт используется достаточно часто, чтобы упомянуть о нем в данном руководстве. Это дициклопентадиен, или DCPD. Двумя популярными торговыми марками этого полимерного материала являются Metton и Telene. Причем наиболее распространен Metton.

Как упоминалось в предыдущем разделе, Metton используется для производства капотов снегоходов (например, компании Arctic Cat). Этот материал почти везде заменили термопластичным полиолефином, однако вы все еще можете увидеть его на более ранних моделях. Metton также используется для производства капотов тяжелых грузовиков исельскохозяйственного оборудования.

Иногда сложно определить, изготовлена ли деталь из полимера Metton или другого прочного реактопласта. На самом деле не столь важно знать точный химический состав полимера. Если деталь изготовлена из прочного пластика и вы знаете, что это реактопласт, в таком случае оптимальным решением будет именно реактопласт. Вы также можете рассматривать эту деталь как изготовленную из композитов листового формования и выполнить ту же процедуру ремонта. Втаблице3.5 приведены базовые эмпирические правила, которые помогут вам выполнить ремонт полимера Metton и других прочных реактопластов.

Таблица 3.5. Методы ремонта деталей из прочных реактопластовых полимеров