Способ изготовления элемента остекления с противоабразивной защитой

 

Изобретение относится к авиастроению и предназначено для использования при изготовлении элементов остекления вертолетов. Способ изготовления элементов остекления с противоабразивным покрытием включает изготовление заготовки элемента и наклеивание на заготовку полиэтилентерефталатной пленки с клеевым слоем, в котором заготовку изготавливают из органического стекла, а затем вымачивают ее в воде в течение 1,5-8 часов, далее подвергают термообработке в термостате при 60-80°С в течение 2-5 часов и затем наклеивают на нагретую заготовку полиэтилентерефталатную пленку. Технический результат позволяет повысить теплоустойчивость остекления из органического стекла с противоабразивной защитой, устраняет затирание остекления при эксплуатации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к авиастроению и предназначено для использования при изготовлении изделий остекления из органического стекла (полиметилметакрилата) для вертолетов.

Известен способ изготовления элемента остекления с противоабразивной защитой, включающий изготовление заготовки элемента остекления из органического стекла и наклеивание на заготовку защитного слоя (М.М.Гудимов и Б.В.Перов. Органическое стекло. - М.: Химия, 1981 г., 216 с. - С.165, 168, 169). Защитный слой в этом способе наклеивают путем размещения между органическим и силикатным стеклом слоев склеивающей пленки из пластифицированного поливинилбутираля с последующим горячим прессованием в автоклаве полученного пакета в гетерогенный триплекс.

Этот способ не позволяет производить противоабразивную защиту остекления для вертолетов. Габариты вертолетного остекления (порядка, например, 1×1 м) не позволяют применять в этих изделиях сочетание материалов с таким различием коэффициентов термического расширения, какое имеется у органического и силикатного стекол (различие приблизительно на порядок) при имеющих место в ходе эксплуатации вертолетов значениях температуры, различие которых превышает 100°С. Относительный сдвиг слоев материалов на базе в 1 метр при изменении температуры более чем на 100°С (например, от плюс 60°С до минус 60°С в течение года) может составлять около 1 см, такой сдвиг не может быть компенсирован деформацией как склеивающего, так и основных слоев материалов вследствие хрупкости силикатного стекла.

Эти элементы остекления должны иметь минимальные толщину (например, 10-26 мм) и вес, что делает нецелесообразным применение толстых многослойных пакетов склеивающей пленки, определяющих общую толщину гетерогенных триплексов на уровне не менее 30-50 мм. Кроме того, изготовление многослойных пакетов трудоемко и требует применения дорогого оборудования. При температуре минус 60°С, которую должны выдерживать изделия авиационного остекления, пластичность поливинилбутиральной пленки снижается, и в случае изменения температуры, а также при механических воздействиях, изделие разрушается либо с отрывом органического стекла от склеивающего слоя, либо с растрескиванием силикатного стекла. Изделия типа гетерогенных триплексов могут самопроизвольно разрушаться также при хранении в неотапливаемых помещениях.

Наиболее близким к предложенному является способ изготовления элемента остекления с противоабразивной защитой, включающий изготовление заготовки элемента остекления и наклеивание на заготовку полиэтилентерефталатной пленки (технологическая инструкция ОНПП "Технология" ТИ №596.25000.1029 от 06.09.2000 г.). Заготовку элемента остекления в этом способе изготавливают из силикатного стекла, после чего осуществляют наклеивание на нее полиэтилентерефталатной пленки с клеевым слоем путем нанесения на заготовку и на клеевой слой водного раствора мыла (шампуня) с последующим наложением пленки на заготовку и их склеиванием с применением прижимных инструментов. Этот способ дает остекление с низкой устойчивостью по отношению к ударным воздействиям и толчкам - для изделий, изготовленных с одним слоем силикатного стекла, а изделия, изготовленные с несколькими слоями силикатного стекла, имеют слишком большой вес.

Недостатком этого способа является низкая устойчивость остекления на основе органического стекла по отношению к воздействию повышенной температуры.

Целью настоящего изобретения является увеличение устойчивости остекления на основе органического стекла по отношению к воздействию повышенной температуры.

Поставленная цель достигается тем, что изготовление заготовки элемента остекления осуществляют из органического стекла, затем заготовку вымачивают в воде в течение от 1,5-8 часов, далее подвергают термообработке в термостате при 60-80°С в течение 2-5 часов, после чего производят наклеивание на нагретую заготовку полиэтилентерефталатной пленки с клеевым слоем.

Как установили авторы, наиболее целесообразно, с точки зрения повышения качества остекления и производительности процесса, когда заготовку вымачивают в дистиллированной воде в течение 2,5-3,5 часов, а термообработку в термостате осуществляют в течение 2-2,5 часов при 60-70°С.

Исследование, проведенное авторами, показало, что элементы остекления, выполненные по предложенному способу на основе органического стекла с наклеенной на них полиэтилентерефталатной пленкой, имеют высокую устойчивость по отношению к воздействию истирания, влаги и низкой температуры. Полиэтилентерефталатная пленка с заранее нанесенным на нее клеевым слоем, разработанная и производимая, в частности, фирмой Courtaulds Performance Films (США), в настоящее время является перспективным материалом и находит все более широкое применение в строительстве и автомобилестроении. Однако нельзя просто наклеить пленку на органическое стекло по ранее известной технологии, разработанной для наклеивания пленки на силикатное стекло, так как при этом получающийся материал не выдерживает воздействия повышенной температуры (до 60°С, встречающейся при эксплуатации авиационной техники), вследствие возникновения под пленкой местных отслоений в виде непрозрачных пузырей и непрозрачных участков.

Авторы установили, что вымачивание органического стекла в воде в течение от 1,5 до 8 часов, преимущественно в течение 2,5-3,5 часов с последующей термообработкой в термостате при 60-70°С в течение 2-5 часов, преимущественно в течение 2-2,5 часов, позволяет полностью устранить образование на изделии отслоений и пузырей при воздействии повышенной температуры в пределах до 60°С.

Операции по изготовлению элемента остекления необходимо проводить именно в предложенном сочетании и порядке, так как проведение только вымачивания в воде или только термообработки заготовки изделия из органического стекла перед наклеиванием пленки, или применение других химических реагентов вместо воды не позволяет устранить появление на изделии отслоений и пузырей при воздействии повышенной температуры. Снижение продолжительности промывания заготовки в воде ниже 1,5 часов и продолжительности термообработки в термостате ниже 2 часов не позволяет устранить образование на изделии отслоений в виде пузырей и непрозрачных участков. Повышение продолжительности промывания более 8 часов может приводить к появлению на изделии дефектов в виде прозрачных пузырьков и, кроме того, неоправданно увеличивает продолжительность технологического процесса, как и продолжительность термообработки свыше 5 часов. Снижение температуры термообработки в термостате ниже 60°С затягивает процесс, а повышение выше 80°С может привести к короблению изделий.

Изготовление элементов остекления по предложенному способу осуществляют в следующем порядке.

Путем резки органического стекла и горячего формования изготавливают партию заготовок элементов остекления из органического стекла с заданными толщиной и размерами. Очищают и обезжиривают поверхность заготовок путем протирки поверхности изделия тканью, обильно смоченной этиловым спиртом, продолжая протирку до тех пор, пока ткань после протирки не будет оставаться совершенно чистой.

Подготавливают емкость из нержавеющей стали для вымачивания изделий, для чего промывают ее и заполняют дистиллированной водой. Воду желательно выдержать в емкости в течение суток для того, чтобы она приняла комнатную температуру и из нее вышел растворенный воздух, который может образовывать в емкости пересыщенный раствор и выделяться на органическом стекле в виде газовых пузырей, препятствующих правильной обработке изделий. Количество воды в емкости должно составлять не менее 10 л на 0,1 м² общей площади обрабатываемой поверхности. Воду в емкости необходимо менять после обработки 100 м² общей площади органического стекла в расчете на 1 м³ воды.

Заготовки элементов остекления загружают в подготовленную емкость с водой и вымачивают в течение заданного времени, например, 3±0,5 часов. В том случае, если исключить образование газовых пузырей на органическом стекле при вымачивании не удается, необходимо через каждые 15-20 мин удалять пузыри например, вынимая изделия из воды на 1-2 с и вновь опуская в воду. После вымачивания заготовки извлекают из воды, устанавливают в стеллаж и дают стечь воде в течение 10-15 мин.

Далее заготовки помещают в термостат с воздушной средой, разогретый до 65±5°С, и подвергают их термообработке в термостате в течение, например, 2,0-2,5 часов, после чего по одной передают на операцию наклеивания защитной пленки, продолжая выдерживать те, на которые пленка еще не наклеена, в термостате при 65±5°С.

За время обработки изделий в термостате приготавливают 1-1,5%-й раствор шампуня (например, детского) в дистиллированной воде из расчета 200 мл на 1 м ² общей обрабатываемой поверхности органического стекла, заливают его в пульверизатор и подогревают до 41±1°С пульверизатор с раствором щампуня на водяной бане.

Нагретую в термостате заготовку размещают на столе и наносят с избытком, до стекания с изделия, по всей площади на одну из сторон заготовки подогретый раствор шампуня. В случае наличия на заготовке пылинок или следов загрязнений нанесенный раствор снимают обрезиненным дворником, предварительно протерев его тканью, обильно смоченной раствором шампуня, и вновь наносят на обрабатываемую поверхность с избытком, до стекания с изделия, по всей площади подогретый раствор шампуня.

Далее отслаивают на заранее выкроенном листе полиэтилентерефталатной пленки (например, абразивостойкой, толщиной 100 мкм), соответствующем по форме обрабатываемой стороне заготовки, полиэтиленовую пленку, экранирующую липкий клеевой слой, и наносят раствор шампуня с избытком на клеевой слой, после чего укладывают полиэтилентерефталатную пленку на заготовку клеевым слоем к органическому стеклу и выравнивают ее положение на заготовке, затем при помощи выжимки - шабера приклеивают полиэтилентерефталатную пленку к органическому стеклу по всей площади. Операцию необходимо проводить возможно быстрее, в течение, предпочтительно, не более 5 мин в обеспыленном помещении при температуре 17-33°С.

Далее заготовку переворачивают и наклеивают пленку на вторую сторону, как описано выше, начиная с нанесения раствора шампуня на заготовку, затем полученный в результате готовый элемент остекления с наклеенной на него защитной пленкой устанавливают в стеллаж для охлаждения на воздухе в помещении при комнатной температуре, и приступают к наклеиванию полиэтилентерефталатной пленки на следующую нагретую заготовку, вынимая ее из термостата и повторяя процесс до наклеивания защитной пленки на всю партию изделий.

В результате получаем изделия, соответствующие всем требованиям, предъявляемым к остеклению, и позволяющие применять устройства типа дворников, удаляющие с остекления атмосферные осадки. Это позволяет также повысить качество поверхности изделия во время его использования.

Наклеивание защитной полиэтилентерефталатной пленки по предложенному способу можно производить только на плоские, цилиндрические, конические, параболические и другие подобные поверхности, полученные изгибанием плоских заготовок только по одной оси. В случае необходимости защиты изделий со сложной кривизной они должны быть выполнены с участком поверхности, изогнутым только по одной оси (например, в виде конуса), либо с плоским участком, на которые только и можно наклеить защитную пленку.

Примеры осуществления способа.

1. Из листов органического стекла СО-120 толщиной 3 мм вырезают 30 плоских образцов для испытаний размером 100×100 мм, из которых 10 промывают в дистиллированной воде в течение 3 часов с последующими термообработкой при 65±5°С в течение 2,25 часов и наклеиванием на 5 из них с одной стороны абразивостойкой полиэтилентерефталатной защитной пленки толщиной 100 мкм, а на другие 5 - такой же пленки, но толщиной 200 мкм. Еще 10 образцов обрабатывают аналогичным образом, но используя продолжительность промывания в дистиллированной воде 1,5 часа, и продолжительность термообработки 2 часа, а для оставшихся 10 - продолжительность промывания в дистиллированной воде 8 часов и продолжительность термообработки - 5 часов.

2. Изготавливают 5 плоских образцов изделия остекления произвольной формы, максимальным диаметром до 1 м, из органического стекла СО-120 толщиной 3 мм, и 2 образца толщиной 10 мм, промывают их в дистиллированной воде в течение 3 часов, выдерживают в термостате при 65±5°С в течение 2 часов и наклеивают на них с обеих сторон защитную абразивостойкую полиэтилентерефталатную пленку толщиной 100 мкм.

3. Изготавливают 2 образца из органического стекла толщиной 10 мм, изогнутых на форме с цилиндрической кривизной радиусом в 1 м, промывают их в дистиллированной воде в течение 3 часов, выдерживают в термостате при 70±10°С в течение 2 часов и наклеивают на один из них с обеих сторон защитную абразивостойкую полиэтилентерефталатную пленку толщиной 100 мкм, а на другой - пленку толщиной 200 мкм.

4. Для сравнения изготавливаем образцы для испытаний из органического стекла СО-120 толщиной 3 мм размером 100×100 мм, из которых: 3 образца промываем в дистиллированной воде в течение 1 часа, выдерживаем в термостате 1,8 часа при 60°С и наклеиваем на них с одной стороны полиэтилентерефталатную пленку толщиной 200 мкм, 3 образца промываем в дистиллированной воде в течение 10 часов, выдерживаем в термостате при 80°С в течение 6 часов и наклеиваем на них с обеих сторон полиэтилентерефталатную пленку толщиной 200 мкм, а еще 3 образца изготавливаем по известному способу без промывания образцов в воде и без термообработки, а только с наклеиванием на них с одной стороны абразивостойкой полиэтилентерефталатной защитной пленки толщиной 200 мкм. Дополнительно изготавливаем 3 образца только с промыванием их в воде в течение 3 часов и наклеиванием на них абразивостойкой полиэтилентерефталатной защитной пленки, а также 3 образца только с термообработкой при 65±5°С в течение 2,5 часов с последующим наклеиванием на них абразивостойкой полиэтилентерефталатной защитной пленки толщиной 200 мкм.

Изготовленные образцы используем для проведения лабораторных испытаний на абразивостойкость по отношению к истиранию (по стандартной методике истирания резиновым наконечником под нагрузкой 200 г, обернутым тканью), на влагоустойчивость (по водостойкости при погружении), на холодоустойчивость в течение 8 часов, а также на теплоустойчивость в течение 6 часов. Образцы, изготовленные по примерам 1-3, успешно выдержали без изменений лабораторные испытания:

- абразивостойкость - более 10000 оборотов;

- влагоустойчивость - более 60 суток;

- холодоустойчивость - минус 60°С;

- теплоустойчивость - плюс 60°С.

Образцы, изготовленные для сравнения по примеру 4, имели дефекты поверхности после испытаний на теплоустойчивость при воздействии повышенной температуры плюс 60°С. На образцах, пленка на которые была наклеена без вымачивания органического стекла в дистиллированной воде и его термообработки, или с проведением только вымачивания или только термообработки, дефекты начинают появляться при выдерживании образцов уже при 30-40°С. Длительное, в течение 5 месяцев, выдерживание образцов в помещении показало отсутствие изменений на образцах, изготовленных по примерам 1-3 в соответствии с предложенным способом, и постепенное появление и развитие дефектов в виде пузырей и участков отслоений на образцах, изготовленных для сравнения по примеру 4 в соответствии с известным способом.

Формула изобретения

1. Способ изготовления элемента остекления с противоабразивной защитой, включающий изготовление заготовки элемента остекления и наклеивание на заготовку полиэтилентерефталатной пленки, отличающийся тем, что изготовление заготовки элемента остекления осуществляют из органического стекла, затем заготовку вымачивают в воде в течение от 1,5-8 ч, далее подвергают термообработке в термостате при температуре 60-80°С в течение 2-5 ч, после чего наклеивают на нагретую заготовку полиэтилентерефталатную пленку.

2. Способ изготовления элементов остекления по п.1, отличающийся тем, что заготовку вымачивают в дистиллированной воде в течение 2,5-3,5 ч, а термообработку в термостате осуществляют в течение 2-2,5 ч при температуре 60-70°С.