Устройство для пропитки волокнистого длинномерного материала связующим
Владельцы патента RU 2318610:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к устройствам для пропитки волокнистого длинномерного материала связующим. Устройство для пропитки содержит пропитывающий узел, выполненный в виде емкости с отверстиями для подачи связующего на материал, патрубки для подачи связующего в пропитывающий узел. На наружной поверхности узла в зоне расположения отверстий выполнено углубление, а отверстия расположены в шахматном порядке. Под углублением с отверстиями пропитывающего узла дополнительно установлена опорная площадка с возможностью регулирования зазора, через который подается волокнистый длинномерный материал. Опорная площадка выполнена выпуклой, а обращенная к опорной площадке часть пропитывающего узла с отверстиями и углублением выполнена эквидистантно выпуклой поверхности опорной площадки. Величина зазора определяется по формуле. Устройство позволяет пропитывать материал высоковязкими связующими, в том числе их смесями с порошковыми наполнителями, с одновременной настройкой и регулировкой толщины и равномерности наноса связующего на материал. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для пропитки волокнистого длинномерного материала связующим и может найти применение в производстве полимерных композиционных материалов в аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности используемых, например, в качестве теплозащитных пожаробезопасных покрытий, обшивок и панелей интерьера.
Известно устройство для пропитки движущегося волокнистого материала связующим, содержащее резервуар для хранения пропиточных растворов, соединенных посредством патрубков с емкостью, имеющей приводной смеситель и выполненной со щелью для подачи растворов на материал, причем смеситель выполнен в виде горизонтального диска с вертикальными отверстиями с возможностью его свободного вращения и с зазором относительно плоскости перемещения материала (Авт. св. СССР №1384637).
Недостатком этого устройства является невозможность осуществления пропитки материала растворами большой вязкости, в т.ч. растворами в смеси с мелкодисперсным наполнителем, например порошковым антипиреном, т.к. смешение растворов осуществляется непосредственно в месте пропитки, что приводит к плохому качеству смешения. Кроме того, вязкие смеси попадают на материал непосредственно из отверстий диска, плохо расходятся по волокнистому материалу и поэтому возникает вероятность появления непропитанных зон на материале.
Известно устройство для пропитки волокнистых материалов, содержащее емкости с пропиточными составами, через которые проходит волокнистый материал, пропитываясь при этом, а излишек пропитывающего состава затем удаляется скребками (патент Германии №3817800)
Недостатком этого устройства является то, что оно не может быть использовано для пропитки волокнистого материала связующим содержащим дисперсный наполнитель, так как во время прохождения материала через емкость с пропитывающей смесью раствора с порошком-наполнителем в первую очередь материал поглощает менее вязкую компоненту смеси, тем самым изменяя концентрацию его в емкости, что в свою очередь приводит к неравномерной пропитке последующих порций проходящего материала, т.е. к ухудшению качества пропитки.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для пропитки волокнистого длинномерного материала - стеклотканисвязующим, содержащее пропитывающий барабан с рядом отверстий, выполненных в виде щелей и расположенных в шахматном порядке и патрубок для подачи связующего. Устройство дополнительно содержит средство для подачи в барабанную емкость инициирующего агента, связанное с емкостью сопло, установленное на патрубке, причем на наружной поверхности барабана в зоне расположения отверстий выполнено углубление (Авт. св. СССР №546671).
Недостатком известного устройства является невозможность регулирования количества нанесенного связующего, имеющего высокую вязкость, в том числе смесей связующего с мелкодисперсным наполнителем, например порошком антипирена, вследствие отсутствия зазора между материалом и поверхностью пропитывающего узла, т.к. материал огибает пропитывающий узел, прилегая к нему. Кроме того, в известном устройстве пропитка осуществляется путем продавливания связующего сквозь материал с возвратом излишков продавленного связующего обратно в подающий насос, что невозможно при применении высоковязкого связующего, в том числе его смеси с порошковым наполнителем.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для пропитки волокнистого длинномерного материала, которое позволило бы пропитывать материал высоковязкими связующими, в том числе их смесями с порошковыми наполнителями, например порошковыми антипиренами, с одновременной настройкой и регулировкой толщины и равномерности наноса связующего на материал, что в свою очередь позволяет регулировать противопожарные и теплозащитные свойства обшивок и панелей.
Для решения поставленной технической задачи предложено устройство для пропитки волокнистого длинномерного материала связующим, содержащее пропитывающий узел, выполненный в виде емкости с отверстиями для подачи связующего на материал и патрубки для подачи связующего в пропитывающий узел, причем на наружной поверхности пропитывающего узла в зоне расположения отверстий выполнено углубление, а сами отверстия расположены в шахматном порядке, отличающееся тем, что под углублением с отверстиями пропитывающего узла установлена опорная площадка с возможностью регулирования зазора, через который подается волокнистый длинномерный материал, при этом опорная площадка выполнена выпуклой, а обращенная к опорной площадке часть пропитывающего узла с отверстиями и углублением выполнена эквидистантно выпуклой поверхности опорной площадки, величина зазора определяется по формуле
D=(q/(100-q))·g/r+d1 где
D - определяемый зазор (м);
q - требуемый нанос связующего (в %);
g - масса 1 м2 пропитываемого материала (кг/м2);
r - плотность связующего (кг/м3);
d1 - толщина пропитываемого материала (м).
Теоретическое обоснование предлагаемого устройства состоит в том, что регулируемый зазор позволяет наносить на пропитываемый материал необходимое, строго расчетное количество высоковязкого связующего, в т.ч. и его смеси с мелкодисперсным наполнителем, например порошковым антипиреном, улучшающим противопожарные свойства получаемого материала. Подаваемые в полость пропитывающего узла высоковязкие связующие или его смеси с различными наполнителями заполняют полость, выходят из отверстий в углубление, заполняют его, переходят на пропитываемый материал, который, проходя в регулируемом зазоре, опирается на опорную площадку, имеющую небольшую кривизну, выпуклую в направлении пропитывающего узла. Поверхность пропитывающего узла, содержащая отверстия и углубление в районе этих отверстий, выполнена эквидистантно относительно выпуклой части опорной площадки и играет роль калибрующей поверхности в отношении величины наноса связующего или его смесей с мелкодисперсными наполнителями. Площадка, выполненная с небольшой кривизной, выпуклой в направлении пропитывающего узла, необходима, во-первых, для установления расчетного зазора, и, следовательно, для получения пропитанного материала с необходимым наносом связующего или его смесей с мелкодисперсным наполнителем на материал; во-вторых, благодаря выпуклости, создает натяжение материала, предотвращая рывки и колебания материала в зазоре при его движении под пропитывающим узлом.
На чертеже схематически представлено устройство, где
1 - пропитывающий узел;
2 - патрубки;
3 - емкость пропитывающего узла;
4 - отверстия;
5 - углубление;
6 - опорная площадка;
7 - длинномерный волокнистый материал.
Устройство работает следующим образом.
Устройство для пропитки располагают на установке для изготовления препрега, содержащей узлы размотки и приемки пропитываемого материала и узел сушки пропитанного материала (на чертеже не показаны). В пропитывающий узел 1 по подводящим патрубкам 2 в емкость 3 подводится связующее. Связующее заполняет емкость 3 и через отверстие 4 попадает в углубление 5. Под пропитывающим узлом 1 установлена опорная площадка 6, которая может менять свое положение относительно пропитывающего узла 1 по вертикали, соответственно уменьшая или увеличивая зазор между поверхностью площадки и пропитывающим узлом. Опорная площадка 6 выполнена выпуклой, а поверхность узла 1 с отверстиями 4 и углублением 5 выполнена эквидистантно поверхности площадки 6. Отверстия 4 выполнены в виде щелей, расположенных в шахматном порядке. Длина углубления 5 равна ширине пропитываемого материала 6. Материал с узла размотки пропускают через зазор между опорной площадкой и поверхностью пропитывающего узла, где на материал наносится связующее, толщина которого определяется величиной зазора и эквидистантной поверхностью пропитывающего узла. Далее пропитанный материал проходит через узел сушки (например, инфракрасный излучатель) и наматывается на узел приемки. Затем определяют микрометром толщину пропитываемого материала.
Пример осуществления 1.
При проверке работоспособности устройства использовались: стеклоткань Т15П - 76 с толщиной 0,15 мм (0,15·10-3 м).
В качестве связующего использовалось связующее ФПР-520 + антипирен ALOH)3 (в соотношении по весу 50%/50%).
По формуле определялась величина зазора D.
Плотность связующего r=1700 кг/м3:
Масса 1 м2 ткани Т15П - 76 g = 0,17 кг/м2.
Величина наноса на ткань q=50%
Толщина ткани d1=0,15·10-3 м.
Вес 1 м2 ткани r=0,17 кг/м2.
Подставляя в формулу, получим:
D=0.25 мм (0,25·10-1м).
После расчета на устройстве выставляется зазор 0,25 мм.
Пример осуществления 2.
Также работа устройства проверялась с использованием органоткани СВМ и связующего ФПС-3. В смеси с антипиреном Mg(ОН) в том же соотношении по весу.
Расчет зазора производился по следующим данным:
r=1520 (кг/м3);
g=0,1 (кг/м2);
q=60%;
d1=0,08·10-3 (м).
После расчета по формуле получим: D=0,18 мм.
Полученные по примерам 1, 2 готовые препреги разрезались на куски 600·600 мм, из которых выкладывались на форме обшивки. Обшивки отверждались в вакуумном мешке при повышенной температуре.
После изготовления обшивок определялась их толщина: для обшивки из 5 слоев стеклоткани толщина обшивки находилась в пределах 1-1,15 мм. Для обшивки из 5 слоев органоткани СВМ толщина обшивки находилась в пределах 0,625-0,675 мм. Такой разброс толщин готового материала показывает хорошую равномерность наноса связующего на материал.
При использовании в качестве устройства для нанесения на волокнистый материал подобных связующих устройства прототипа положительного результата получено не было ввиду отсутствия на устройстве калибрующего зазора.
Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения заключается в возможности осуществления пропитки волокнистых длинномерных материалов высоковязким связующим, в т.ч. в смеси его с мелкодисперсными наполнителями, например порошковыми антипиренами, причем с возможностью регулирования наноса связующего на ткань, что позволяет получать препрег с заранее заданными свойствами, например с повышенной пожаробезопасностью.
Устройство для пропитки волокнистого длинномерного материала связующим, содержащее пропитывающий узел, выполненный в виде емкости с отверстиями для подачи связующего на материал, и патрубками для подачи связующего в пропитывающий узел, причем на наружной поверхности пропитывающего узла в зоне расположения отверстий выполнено углубление, а сами отверстия расположены в шахматном порядке, отличающееся тем, что под углублением с отверстиями пропитывающего узла установлена опорная площадка с возможностью регулирования зазора, через который подается волокнистый длинномерный материал, при этом опорная площадка выполнена выпуклой, обращенная к опорной площадке часть пропитывающего узла с отверстиями и углублением выполнена эквидистантно выпуклой поверхности опорной площадки, а величина зазора определяется по формуле: D=(q/(100-q))·g/r+d1,
где D - определяемый зазор, м;
q - требуемый нанос связующего, %;
g - масса 1 м2 пропитываемого материала, кг/м2;
r - плотность связующего, кг/м3;
d1 - толщина пропитываемого материала, м.
