Способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционных материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано для непрерывного изготовления профильных изделий из композиционных материалов способом пултрузионного формования, которые могут найти применение в качестве конструкционного материала в различных областях промышленности и в строительстве. Способ включает ориентирование непрерывных армирующих волокон, пропитку полученного жгута полимерным связующим, вакуумирование, формирование профиля изделия, отверждение и отбор готового изделия. Вакуумированию подвергают неформированный жгут, который затем дополнительно пропитывают связующим. В качестве связующего используют смесь мономеров с отвердителем, не содержащую растворитель. Устройство для осуществления способа содержит шпулярник с непрерывным армирующим волокном, узел ориентирования волокон, пропиточную ванну с отжимным устройством, по меньшей мере одну камеру вакуумирования, узел формирования профиля изделия, камеру отверждения и протяжный механизм. Камера вакуумирования установлена после пропиточной ванны. После камеры вакуумирования установлен узел дополнительной пропитки связующим и узел формирования профиля изделия. Изобретение позволяет упростить технологию изготовления и уменьшить пористость получаемых изделий. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано для непрерывного изготовления профильных изделий из композиционных материалов способом полтрузионного формования, которые могут найти применение в качестве конструкционного материала в различных областях промышленности и в строительстве.

Известен способ получения длинномерных профильных изделий из композиционного материала (полимерных арматурных стержней), включающий формирование жгута из непрерывных армирующих волокон, их пропитку полимерным связующим, формирование профиля изделия, оплетку и отвержение в нескольких обогреваемых полимеризационных камерах в режиме ступенчатого нагрева и охлаждения (а.с. СССР 1735533, кл. Е 04 С 5/07, опубл. 1992 г.).

Известен способ изготовления длинномерных профильных изделий из полимерных композиционных материалов включающий, ориентирование непрерывных армирующих волокон, их пропитку полимерным связующим, формирование профильного изделия путем протяжки через нагретую фильеру и спиральную навивку обмоточного материала перед входом в формующую фильеру (патент РФ 2009037, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1994 г.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения стеклопластиковой арматуры, включающий операции ориентирования армирующих стеклонитей, пропитки связующим, содержащим растворитель, отжим связующего, формование профильного изделия протяжкой в несколько стадий через обогреваемые фильеры с уменьшающимися по ходу изделия проходными сечениями, вакуумированием после каждой стадии формования профильного изделия и отвержение изделия с последующим его отбором (а.с. СССР 937207, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1982). Особенностью указанного способа является использование полимерного связующего, содержащего растворитель, который удаляется с использованием нескольких стадий формирования профиля и последующего вакуумирования, что усложняет процесс и повышает пористость получаемых изделий.

Известна установка для изготовления неметаллической арматуры, включающая шпулярник с установленными на нем бобинами с армирующим волокном, камеру отжига, пропиточную камеру, формовочный узел с блоком фильер, камерой предварительной полимеризации и обмотчиком, камеры отвержения, протяжный и отрезной механизмы (Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции. М., Стройиздат., 1980).

Известна установка для изготовления арматуры на основе полимерных материалов, включающая шпулярник с установленными на нем бобинами с армирующим волокном, узел ориентирования армирующих волокон, камеру отжига, пропиточную ванну с отжимным устройством, устройство поперечной обмотки, камеры отвержения, снабженные инфракрасным источником нагрева, протяжный и отрезной механизмы (полезная модель RU 14443, кл. Е 04 С 5/07, опубл. 27.07.2000).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для изготовления стеклопластиковой арматуры, включающее шпулярник с армирующим волокном, узел ориентирования, пропиточную ванну, узел отжима связующего, несколько последовательно расположенных обогреваемых формующих фильер, после каждой из которых установлены камеры вакуумирования, камеру отвержения и узел отбора изделий (а.с. СССР 937207, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1982).

К недостаткам известного устройства можно отнести сложность установки.

Техническим результатом предлагаемых способа и устройства является упрощение технологии и уменьшение пористости получаемых изделий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающем ориентирование непрерывных армирующих волокон, пропитку полученного жгута полимерным связующим, формирование профиля изделия, вакуумирование, термооотверждение и отбор готового изделия, отличающееся тем, что жгут дополнительно пропитывают связующим после вакуумирования, а формирование профиля осуществляют после дополнительной пропитки связующим, либо путем продольно поперечной обмотки изделия, либо термоотверждением, путем протяжки изделия через обогреваемую фильеру. При этом в качестве полимерного связующего используют смесь мономеров с отвердителем, не содержащую растворитель, например смесь эпоксидной или полиэфирной смолы с соответствующим отвердителем.

Устройство для осуществления способа, содержащее шпулярник с непрерывным армирующим волокном, узел ориентирования армирующего волокна, пропиточную ванну с отжимным устройством, узел формирования профиля изделия, хотя бы по одной камере вакуумирования и камере термоотверждения и протяжный механизм, дополнительно содержит узел дополнительной пропитки связующим, установленный после камеры вакуумирования перед узлом формирования профиля изделия. При этом в зависимости от используемого связующего узел формирования профиля представляет собой устройство продольно-поперечной обмотки или обогреваемую фильеру. Кроме того, устройство может дополнительно содержать камеру предварительного обогрева, установленную после пропиточной ванны, при этом камеры отвержения и предварительного обогрева снабжены инфракрасным источником нагрева или камера отверждения может быть выполнена в виде обогреваемой фильеры.

Вакуумирование неутвержденного жгута позволяет удалить пузырьки воздуха из него, что снижает пористость изделия, в итоге повышает прочность получаемого изделия и стойкость к воздействию агрессивных сред.

На фиг. 1 схематично представлена установка для изготовления арматуры с использованием связующего на основе полиэфирной смолы.

На фиг.2 изображена установка для изготовления арматуры с использованием связующего на основе эпоксидной смолы или полиэфирной смолы.

Установка включает последовательно установленные шпулярник 1, узел ориентирования армирующих волокон 2, камеру отжига 3, снабженную нагревателем, пропиточную ванну 4 с отжимным устройством 5, камеру вакуумирования 6, представляющую собой герметичную камеру с вакуумным отсосом, узел дополнительной пропитки связующим 7, выполненный в виде кольцевой проточной камеры со штуцером для подачи связующего, камеру отвержения 8, выполненную в виде удлиненной металлической фильеры и снабженную нагревательными элементами, диаметр и форма отверстия фильеры обусловливаются диаметром и профилем получаемого изделия, длина фильеры обуславливается диаметром получаемого изделия: чем больше диаметр изделия, тем длиннее требуется фильера. Установка также включает протяжный механизм 9.

Установка работает следующим образом.

Армирующие волокна (ровинги) с нескольких бобин протягивают через устройство ориентирования армирующих волокон 2 и получают жгут, который протягивают через устройство 3 для отжига. На этом участке происходит частичное удаление замасливателя и подогрев жгута для облегчения пропитки полимерным связующим. Далее жгут протягивают через пропиточную ванну 4 с полимерным связующим, через отжимное устройство 5, снимающее излишки связующего, которые возвращаются в пропиточную ванну 4. Далее пропитанный связующим жгут поступает в камеру вакуумирования 6, где происходит удаление пузырьков воздуха из жгута. Затем жгут протягивают через узел 7 дополнительной пропитки жгута полимерным связующим, затем через обогреваемую фильеру (камера отвержения) 8 и открытое воздушное пространство, где происходит охлаждение до температуры окружающей среды и окончательное отвержение изделия, после чего оно подается на протяжный механизм 9, затем на режущий механизм или направляется на намоточный узел.

Длину камеры отвержения и скорость протяжки жгута выбирают из расчета обеспечения полного отвержения связующего.

Установка, изображенная на фиг.2, дополнительно содержит камеру предварительного нагрева 10 с источником нагрева, например галогенной лампой, и устройство продольно-поперечной обмотки 11, а камера отвержения 8 разделена на две части, первая из которых также снабжена источником инфракрасного или высокочастотного нагрева.

Эта установка работает следующим образом.

Ровинги с нескольких бобин протягивают через узел ориентирования армирующих волокон 2, полученный жгут протягивают через устройство 3 для отжига, через пропиточную ванну 4 с полимерным связующим, через отжимное устройство 5, камеру предварительного нагрева 10, где жгут нагревают до температуры ниже температуры отвержения связующего. В дальнейшем жгут протягивают через вакуумную камеру 6, через узел 7 дополнительной пропитки связующим и через устройство продольно-поперечной обмотки 11 и через камеру отвержения 8, и далее процесс ведут аналогично работе на установке по фиг.1.

Формула изобретения

1. Способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающий ориентирование непрерывных армирующих волокон, пропитку полученного жгута полимерным связующим, вакуумирование, формирование профиля изделия, отверждение и отбор готового изделия, отличающийся тем, что вакуумированию подвергают неформированный жгут, который затем дополнительно пропитывают связующим, а в качестве связующего используют смесь мономеров с отвердителем, не содержащую растворитель.

2. Устройство для изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, содержащее шпулярник с непрерывным армирующим волокном, узел ориентирования волокон, пропиточную ванну с отжимным устройством, по меньшей мере, одну камеру вакуумирования, узел формирования профиля изделия, камеру отверждения и протяжный механизм, отличающееся тем, что камера вакуумирования установлена после пропиточной ванны, а после камеры вакуумирования установлен узел дополнительной пропитки связующим и узел формирования профиля изделия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2