Способ получения композиционных длинномерных изделий сложного профиля

 

Использование: для получения профильных длинномерных изделий из композиционного материала. Сущность изобретения: со шпулярников нити укладывают на оправку в продольном направлении и по спирали, пропитывают связующим, протягивают через профильные элементы и отбирают. После профилирования заготовку в пластическом состоянии скручивают вдоль оси и калибруют протяжкой через насадку. 4 ил.

Изобретение относится к оборудованию для получения конструкционных материалов и может быть использовано для получения разнообразных профильных композиционно-волокнистых длинномерных изделий.

Известен способ получения композиционных длинномерных изделий сложного профиля, включающий подачу волокнистого материала, его пропитку связующим, протяжку через профильную фильеру, отверждение и отбор готового изделия. Известно, что профильные изделия, полученные таким способом, плохо работают на сжатие и еще хуже на сжатие и срез.

Известен способ, включающий укладку слоев нитей в продольном направлении и намотку нитей по спирали, пропитку, профилирование и отверждение. Известный способ предполагает расположение слоев по сечению согласно их укладке, что может привести к расслоению при нагрузке.

В данном способе получения композиционных длинномерных изделий сложного сечения, включающем укладку слоев нитей в продольном направлении и намотку нитей по спирали, пропитку, профилирование и отверждение, после профилирования заготовку в пластическом состоянии скручивают вдоль оси и калибруют протяжкой через насадку.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для получения профильных изделий; на фиг. 2-4 полые и профильные сечения композиционных длинномерных изделий.

Способ осуществляют следующим образом.

Установка содержит экструдер 1 с головкой 2, шпулярники 3 и 4, кассейные доски 5 и 6, диски 7, 8 и 9, калибр 10, фильеру 11, профилирующее устройство 12 и тянущее устройство 13. Перед началом работы осуществляют подготовку установки, заключающуюся в загрузке и разогреве полимера, а также зарядке шпулярников 3, 4 и дисков 7, 8 и 9 катушками 14 и 15 с нитями. В шпулярники 3 и 4 устанавливают продольно армирующие нити, а на диски 7, 8 и 9 спиралеобразного армирования. Нити с катушек 14 и 15 заправляют в кассейные доски 5 и 6, в которых нитепроводники располагаются по концентрическим окружностям вокруг головки 2. Это позволяет распределить их по всему периметру изделия в определенном заданном порядке. Нити и с катушек 16, 17 и 18, помещенных на держатели, которые закреплены на вращающихся дисках 7, 8 и 9, заправляют непосредственно в калибр 10 и фильеру 11. Сначала все нити, собранные в жгут, закрепляют на тянущем устройстве 13. При его включении одновременно сообщается вращательное движение дискам 7, 8 и 9, вследствие чего продольные нити сходят с катушки 14, обкручиваются по спирали нитями с катушек 16 и 17. Если диски 7 и 8 имеют взаимно противоположные направления вращения, то нити укладываются по винтовым линиям правого и левого направлений, т.е. перекрещиваются между собой. Калибр 10 обеспечивает регулярность шага винтовых линий укладки нитей, уплотнение слоев в волокнистой трубке и равномерность толщины ее стенки. Величина шага винтовых линий, также как и толщина стенки определяется соотношением линейной скорости движения трубки и угловой скорости вращения дисков. По мере движения трубка с катушкой 15 через кассейную доску 6 и еще один слой 18 продольных нитей обкручивается описанным выше способом с образованием пористой трубки. Все свободные пространства этой трубки при прохождении ее над кольцевой прорезью головки 2 заполняются расплавом полимера, имеющем температуру плавления ниже температур плавления каждой из используемых нитей. Степень наполнения композиционного изделия или массовое соотношение нить полимер матрицы при постоянной производительности экструдера и постоянном суммарном объеме используемых нитей регулируют величиной зазора между головкой 2 и фильерой 11, а также плотностью укладки нитей в пористой трубе. За тянущим устройством 13, которое условно изображено в виде вальцев, производят мерную резку трубы. Смену катушек со шкулярников производят в процессе изготовления композиционного изделия.

Описание работы установки основано на способе получения простейшего изделия композиционной трубе круглого сечения, армированной продольно и спиралеобразно расположенными нитями. Для изготовления этого профиля сразу за головкой 2 помещают охлаждающее устройство, а для исключения деформации стенок внутрь ее подают из канала головки сжатый воздух или инертный газ (например азот). В тех случаях, когда внутрь полого изделия необходимо подать полимер другой природы, отличный от полимера матрицы, в головке 2 выполняют дополнительный канал и соединяют его с другим экструдером.

П р и м е р 1. Проводили изготовление полого композиционного изделия шестигранного сечения. В качестве полимера матрицы использовали полиамид по ТУ 0-05-1077-76, а в качестве волокнистого армирующего материала армос линейной плотности 100 текс по ТУ 6-06-31-432-86, катушки которого устанавливали на шпулярники 3 и 11 и диски 6, 9 и 14. К концу головки 2 присоединяли профильную насадку с отверстием для сжатого газа длиной 50 мм, круглый контур которой (поверхность соединения с головкой 2) плавно переходит в шестигранник. Подготовку и пуск устройства проводили описанным выше способом. Изготовление полого композиционного изделия шестигранной формы проводили со скоростью 5 м/мин при температуре расплава 230^оС и удельном давлении 80 МПа. В качестве сжатого газа использовали азот. После отверждения получали композиционное изделие с толщиной стенки 3,5 мм и степенью наполнения 55% П р и м е р 2. Получали композиционное изделие по примеру 1 с отличиями: использовали специальное устройство 12 для получения зубчатого профиля. На вращающийся диск 14 устанавливали катушки с нитью полифен линейной плотности 33 текс и через головку 2 внутрь профильного изделия подавали расплав полиамида. Получили профильное изделие, которое может быть использовано для изготовления шестерней, имеющих рабочую поверхность с высокими антифрикционными свойствами.

П р и м е р 3. Изготавливали полое изделие по примеру 1 с отличием катушки с электропроводящими углеродными нитями устанавливали на шпулярник 3. Получили полое профильное изделие с обогреваемой внутренней поверхностью, которое с большим эффектом может быть использовано для транспортировки вязких жидкостей (нефтепродукты и т.п.) в условиях низких температур окружающей среды.

П р и м е р 4. Получали монолитное изделие круглого профиля с отличием вместо профилирующего устройства 12 использовали калибровочное устройство, имеющее возможность вращаться относительно оси получаемого изделия. Получили композиционное изделие, в котором все используемые нити находятся под углом к оси изделия.

Использование данного способа получения композиционных длинномерных изделий профильного сечения обеспечивает получение изделия, отличающегося высокой устойчивостью к сдвиговым и срезающим поперечным и продольным нагрузкам, превышающим аналогичные свойства традиционных композиционных материалов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ, включающий укладку слоев нитей в продольном направлении и намотку нитей по спирали, пропитку, профилирование и отверждение, отличающийся тем, что после профилирования заготовку в пластическом состоянии скручивают вдоль оси и калибруют протяжкой через насадку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4