Способ изготовления изделий с резьбой из армированного длинномерными волокнами пластического материала

 

Использование: изготовление резьбовых изделий из армированного волокнами пластика. Сущность изобретения: для изготовления центральной части заготовки изделия используют волокна, имеющие относительное удлинение менее величины, равной отношению разности периметра профиля резьбы изделия и ее длины к длине резьбы изделия. Для изготовления периферийных частей заготовки используют волокна, имеющие относительное удлинение не менее указанной величины. Заготовку помещают в пресс-форму с заданным профилем резьбы таким образом, что, после приложения давления, волокна периферической части заготовки образуют резьбу изделия и располагаются вдоль периметра ее профиля. Волокна центральной части заготовки образуют центральную часть изделия и располагаются вдоль его продольной оси. 2 ил.

Изобретение относится к области изготовления изделий из комбинационных материалов, а именно, к изготовлению резьбовых изделий из армированного волокнами пластика.

Известны способы изготовления резьбовых изделий из армируемого волокнами пластика на основе термопластичных смол методами накатки [1] или сочетания нарезки и накатки [2] Недостатками этих способов является невозможность использования для армировки резьбы длинномерных волокон из-за их обрыва или перерезания, что снижает прочность резьбы и всего изделия при нагружении на разрыв вдоль его оси. Ближайшим к предложенному является известный способ изготовления изделий с резьбой из армированного волокнами пластического материала, при котором изготавливают заготовку изделия из навитого в одном направлении пучка длинномерных волокон, пропитанного термореактивной смолой, и формуют изделие в пресс-форме при нагреве с последующим охлаждением [3] Указанная технология не позволяет изготавливать резьбовые изделия с армировкой всего объема резьбы вдоль периметра ее профиля длинномерными высокомодульными волокнами, имеющими величины относительно удлинения при разрыве (от 1 до 10%) менее величины отношения разности периметра профиля резьбы изделия и ее длины к длине резьбы изделия. При больших величинах относительного удлинения армирующих волокон при изготовления изделий известным способом между волокнами центральной части изделия и волокнами, образующими резьбу, возникают напряжения, способствующие сдвиговому характеру разрушения изделий.

Техническим результатом изобретения является изготовление резьбовых изделий повышенной прочности, армируемых длинномерными (в том числе высокомодульными) волокнами вдоль периметра профиля резьбы изделия.

Для достижения указанного технического результата в способе изготовления изделий с резьбой из армированного длинномерными волокнами пластического материала, при котором изготавливают заготовку изделия из длинномерных волокон и связующего и формуют изделие в пресс-форме при нагреве с последующим его отверждением, для изготовления центральной части заготовки используют волокна, имеющие относительное удлинение менее величины, равной отношению разности периметра профиля резьбы изделия и ее длины к длине резьбы изделия, а для изготовления периферических частей заготовки используют волокна, имеющие относительное удлинение не менее указанной величины, при этом заготовку помещают в пресс-форму с заданным профилем резьбы таким образом, что после приложения давления волокна периферической части заготовки образуют резьбу изделия и располагаются вдоль периметра ее профиля, а волокна центральной части заготовок образуют центральную часть изделия и располагаются вдоль ее продольной оси.

Предлагаемый способ поясняется фиг. 1,2. На фиг.1 показано расположение волокон в пресс-форме до прессования, на фиг. 2 то же, после прессования.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Заготовку изделия изготавливают из волокон или комбинированного пучка волокон с относительным удлинением более и менее величины ε_p отношения разности периметра профиля резьбы изделия и ее длины к длине резьбы изделия. При этом волокна с относительным удлинением менее величины ε_p находятся в центральной части 1 заготовки, а волокна с относительным удлинением не менее величины ε_p в периферической части 2 заготовки. Соотношение объемов центральной и периферической части определяется соотношением объемов центральной части изготавливаемого изделия и его резьбы.

Высокомодульные волокна с относительным удлинением менее ε_p и менее 10% вводят в состав комбинированного пучка волокон совместно с волокнами, имеющими относительное удлинение более ε_p, путем крутки и/или плетения, и/или обмотки, получая тем самым необходимое значение относительного удлинения комбинированного пучка волокон.

Заготовку изделия помещают в пресс-форму, пуансон 3 и матрица 4 которой образуют необходимую резьбовую поверхность, и формуют при нагреве с последующим отверждением.

Заготовка изделия может быть также сформирована непосредственно в пресс-форме намоткой или укладкой волокон или их препрегов в последовательности: препрег периферической части препрег центральной части - препрег периферической части.

Укладка волокон вдоль периметра профиля резьбы изделия осуществляется непосредственно в момент приложения давления. При этом волокна периферической части заготовки растягиваются, заполняя профиль резьбы, а их относительное удлинение в готовом изделии снижается до величины относительного удлинения волокон центральной части; волокна центральной части также растягиваются за счет выдавливания материала по открытым торцам пресс-формы и их относительное удлинение в готовом изделии снижается. При этом, некоторое количество волокон с относительным удлинением менее ε_p, оказавшееся при помещении заготовки в пресс-форму в периферической части, вытесняется в центральную часть.

Пример 1.

Винты для остеосинтеза с величиной ε_p 39% изготавливают из заготовки, состоящей в центральной части из препрега комбинированных волокон относительным удлинением 6-10% и в периферической части из препрега комбинированных волокон с относительным удлинением 40-45% Волокна периферической части получены обкруткой капроновой нити с относительным удлинением 40-45% армидной нитью Терлон СБК с относительным удлинением 2,8% с нагоном 40% Волокна центральной части получены обкруткой капроновой нити с относительным удлинением 18-20% арамидной нитью Терлон СБК с относительным удлинением 2,8% с нагоном 6% Волокна центральной и периферической части перед намоткой пропитывают раствором сополимера N-винилпирролидона и метилметакрилата и высушивают.

Намотка препрега на пресс-форму со специальным профилем резьбы осуществляется в последовательности: препрег периферической части препрег центральной части препрег периферической части в соотношении, равном соотношению объемов центра и периферии.

Прессование осуществляют при температуре 170^oC.

Относительное удлинение волокон центральной и периферической части в готовом изделии составляет 3-5% Пример 2. Изделия с метрической резьбой с величиной ε_p 53% изготавливают из заготовки, сформированной из препрега комбинированных волокон, полученных обкруткой крученой капроновой нити армидной нитью Кевлар 49 с величиной относительного удлинения 2,5% Центральную часть заготовки составляет препрег волокон с относительным удлинением 7-12% а периферическую часть препрег волокон с относительным удлинением 45-53% Препрег получают пропиткой волокон раствором сополимера полиметилметакрилата.

Заготовку собирают из кусочков препрега необходимой длины в последовательности центр-периферия, затем целиком укладывают в пресс-форму.

Прессование осуществляют при температуре 160^oC.

Пример 3. Изделия с метрической резьбой с величиной 53% изготавливают из заготовки, сформированной из препрега комбинированных волокон, сплетенных из лавсановых нитей и углеродных волокон Т-101 F с величиной относительного удлинения 2,4% Центральную часть заготовки составляет препрег волокон с относительным удлинением 8-10% а периферическую часть препрег волокон с относительным удлинением 50-56% Препрег получают покрытием волокон расплавом полиэтилена высокой плотности. Изделия изготавливают укладкой препрега по частям в последовательности примера 1 в пресс-форму с метрическим профилем резьбы.

Прессование осуществляют при температуре 140^oC.

Пример 4. Изделия с трапецеидальной резьбой с величиной ε_p 96% изготавливают из заготовки, сформированной из препрега комбинированных волокон, полученных обкруткой лавсановой плетеной нити армидной нитью Терлон с величиной относительного удлинения 2,6% Центральную часть заготовки составляют волокна с относительным удлинением 9-12% а периферическую часть - волокна с относительным удлинением 90-100% Изделия изготавливают совместной намоткой армирующих комбинированных волокон с капроновыми волокнами в качестве связующего в последовательности примера 1 на пресс-форму с трапецеидальным профилем резьбы.

Прессование осуществляют при температуре 220^oC.

Пример 5. Винты по примеру 1 изготавливают из заготовки, сформированной из препрега капроновых волокон. Центральную часть заготовки составляют волокна с относительным удлинением 17-29% а периферическую часть волокна с относительным удлинением 40-45% Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет изготавливать изделия с резьбой из пластического материала, армируемого длинномерными волокнами, относительное удлинение которых до 37 раз меньше отношения разности периметра профиля резьбы изделия и ее длины к длине резьбы изделия.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий с резьбой из армированного длинномерными волокнами пластического материала, при котором изготавливают заготовку изделия из длинномерных волокон и связующего и формуют изделие в пресс-форме, отличающийся тем, что для изготовления центральной части заготовки используют волокна, имеющие относительное удлинение менее величины, равной отношению разности периметра профиля резьбы изделия и ее длины к длине резьбы изделия, а для изготовления периферических частей заготовки используют волокна, имеющие относительное удлинение не менее указанной величины, при этом заготовку помещают в пресс-форму с заданным профилем резьбы таким образом, что после приложения давления волокна периферической части заготовки образуют резьбу изделия и располагаются вдоль периметра ее профиля, а волокна центральной части заготовки образуют центральную часть изделия и располагаются вдоль его продольной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2