Экспериментируем с литьем композитных материалов
В погоне за жесткостью и технологичностью конструкций для будущих разработок, в частности ЧПУ станков, решил освоить литье композитных составов - эпоксидной смолы (ЭД-20, отвердитель ПЭПА дозированный "на глазок") наполненной всякой всячиной. Для начала не дозировал компоненты точно, а смешивал на глазок, чтобы посмотреть, что вообще получится.
Первый эксперимент - наполняем эпоксидку песком (не промытым, не просеянным, просто зачерпнутым горстью на стройке). Получилось гораздо прочнее, чем я предполагал. Кусочки при ударе друг о друга издают звук подобный камням, что говорит о том что они весьма жесткие. При значительном усилии - ломаются. Сложилось впечатление, что эпоксидка не прилипла к поверхности песчинок и они играют просто роль пузырей (надо было, наверное, все же их хотя бы промыть). Но я могу и ошибаться.
Во втором эксперименте вместо песка использовалась кварцевая пыль и нарезанное ножницами стекловолокно. Опасаясь за качество перемешивания, я сначала разводил смолу с отвердителем, а потом уже добавлял наполнители. Залил все это на донышко пластикового стаканчика. Получившийся монолит удалось не с первого раза разбить молотком. Туда был заделан болт, головкой вниз (чтобы практически проверить как себя ведут металлические вставки в эпоксид). Болт был намертво зафиксирован, хотя при разбиении образца откололся обнажив аккуратную отпечатавшуюся резьбу. Вывод такой, что резьбу таким образом получать можно (не знаю насколько прочную), а стационарные вставки лучше тоже предварительно обезжирить, а может и химически обработать для лучшего сцепления. Кстати, для предотвращения прилипания отливки к форме, я пользовался популярной жидкостью WD-40. В этом качестве она проявила себя как-то не очень - такое ощущение, что местами эпоксидка оттеснила ее, что затрудняло потом отрыв отливки.
Третий образец был сделан из того же состава, только побольше стекловолокна, а еще добавил мелкий порошок магния (немного) чтобы проверить как ведет себя порошковый металлический наполнитель. Вообще-то собирался использовать алюминий, но не нашел. А потом все же выяснил что наполнять эпоксидку металлическими порошками экономически не целесообразно. Зато целесообразно эстетически - получился красивый эффект "металлик". Лепешка, образованная смесью между пластинами оргстекла обрела ребра жесткости (в одной из пластин были профрезерованы канавки, в которые, как видно, смола недозатекла) и вообще выглядела очень жестко и солидно. Ее раскололи бросанием об каменный тротуар.
Четвертая пластинка была наполнена стекловолокном и мелом, без кварцевой пыли. Часть мела была просеяна сквозь мелкое сито и дала беловатый цвет, а потом мне надоел этот непроизводительный процесс, и в смеси появилась фракция мела грубого помола, давшая белые пупырышки. В этом образце был большой процент стекловолокна и это приятно чувствовалось при изломе. Пластинка получилась довольно тонкой (2 мм не считая ребер жесткости), и можно было оценить разницу в усилиях сгиба вдоль ребер и поперек. Она прилипла к оргстеклу, несмотря на WD-40, и пришлось разбить камнем форму чтобы извлечь образец, который тоже получил трещины.
Вывод: механические качества всех этих образцов, даже песчаного, вполне хороши для литья машиностроительных деталей типа станин и рам станков. Надо теперь проработать нюансы технологии и отлить какую-нибудь осмысленную деталь. В качестве наполнителей на будущее я думаю использовать готовое рубленое стеклволокно (его замешивают в некоторые сорта бетона и оно недорого) и гранитную пыль (ее мешают туда же, и вобще она видимо представляет собой отход чего-то судя по мизерным на нее ценам). Итоговый композит должен обходиться порядка 100 рублей за килограмм.
Кроме того, выяснил в Сети три физических метода повышения качества и равномерности отливки - вибрация, вакуум и нагрев. Надо будет постепенно реализовать какие-то из них, а то и все.
Напоследок скажу, что полиэфиры я отмел сразу - хоть они и дешевле, но чувствительны к объемным отливкам (из-за склонности к цепной полимеизации), а главное, издают пары стирола, которые не только противны, но и вредны. Лично у меня от них болит горло, и это может быть еще не самое вредное их последствие. Эпоксид в этом плане дружелюбнее, можно хоть дома химичить.
Первый эксперимент - наполняем эпоксидку песком (не промытым, не просеянным, просто зачерпнутым горстью на стройке). Получилось гораздо прочнее, чем я предполагал. Кусочки при ударе друг о друга издают звук подобный камням, что говорит о том что они весьма жесткие. При значительном усилии - ломаются. Сложилось впечатление, что эпоксидка не прилипла к поверхности песчинок и они играют просто роль пузырей (надо было, наверное, все же их хотя бы промыть). Но я могу и ошибаться.
Во втором эксперименте вместо песка использовалась кварцевая пыль и нарезанное ножницами стекловолокно. Опасаясь за качество перемешивания, я сначала разводил смолу с отвердителем, а потом уже добавлял наполнители. Залил все это на донышко пластикового стаканчика. Получившийся монолит удалось не с первого раза разбить молотком. Туда был заделан болт, головкой вниз (чтобы практически проверить как себя ведут металлические вставки в эпоксид). Болт был намертво зафиксирован, хотя при разбиении образца откололся обнажив аккуратную отпечатавшуюся резьбу. Вывод такой, что резьбу таким образом получать можно (не знаю насколько прочную), а стационарные вставки лучше тоже предварительно обезжирить, а может и химически обработать для лучшего сцепления. Кстати, для предотвращения прилипания отливки к форме, я пользовался популярной жидкостью WD-40. В этом качестве она проявила себя как-то не очень - такое ощущение, что местами эпоксидка оттеснила ее, что затрудняло потом отрыв отливки.
Третий образец был сделан из того же состава, только побольше стекловолокна, а еще добавил мелкий порошок магния (немного) чтобы проверить как ведет себя порошковый металлический наполнитель. Вообще-то собирался использовать алюминий, но не нашел. А потом все же выяснил что наполнять эпоксидку металлическими порошками экономически не целесообразно. Зато целесообразно эстетически - получился красивый эффект "металлик". Лепешка, образованная смесью между пластинами оргстекла обрела ребра жесткости (в одной из пластин были профрезерованы канавки, в которые, как видно, смола недозатекла) и вообще выглядела очень жестко и солидно. Ее раскололи бросанием об каменный тротуар.
Четвертая пластинка была наполнена стекловолокном и мелом, без кварцевой пыли. Часть мела была просеяна сквозь мелкое сито и дала беловатый цвет, а потом мне надоел этот непроизводительный процесс, и в смеси появилась фракция мела грубого помола, давшая белые пупырышки. В этом образце был большой процент стекловолокна и это приятно чувствовалось при изломе. Пластинка получилась довольно тонкой (2 мм не считая ребер жесткости), и можно было оценить разницу в усилиях сгиба вдоль ребер и поперек. Она прилипла к оргстеклу, несмотря на WD-40, и пришлось разбить камнем форму чтобы извлечь образец, который тоже получил трещины.
Вывод: механические качества всех этих образцов, даже песчаного, вполне хороши для литья машиностроительных деталей типа станин и рам станков. Надо теперь проработать нюансы технологии и отлить какую-нибудь осмысленную деталь. В качестве наполнителей на будущее я думаю использовать готовое рубленое стеклволокно (его замешивают в некоторые сорта бетона и оно недорого) и гранитную пыль (ее мешают туда же, и вобще она видимо представляет собой отход чего-то судя по мизерным на нее ценам). Итоговый композит должен обходиться порядка 100 рублей за килограмм.
Кроме того, выяснил в Сети три физических метода повышения качества и равномерности отливки - вибрация, вакуум и нагрев. Надо будет постепенно реализовать какие-то из них, а то и все.
Напоследок скажу, что полиэфиры я отмел сразу - хоть они и дешевле, но чувствительны к объемным отливкам (из-за склонности к цепной полимеизации), а главное, издают пары стирола, которые не только противны, но и вредны. Лично у меня от них болит горло, и это может быть еще не самое вредное их последствие. Эпоксид в этом плане дружелюбнее, можно хоть дома химичить.