Способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционных материалов

Авторы патента:

Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич (RU)

B29C55/30 - протягивание через штамп

Владельцы патента RU 2336169:

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова (RU)

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано для непрерывного изготовления профильных изделий из композиционных материалов, которые могут найти применение в качестве конструкционного материала в различных областях промышленности и в строительстве. Способ включает ориентирование непрерывных армирующих волокон, нагрев полученного жгута, пропитку жгута полимерным связующим, формование профиля изделия путем протяжки жгута через обогреваемую фильеру. Далее осуществляют продольно поперечную обмотку изделия, отверждение и отбор готового изделия. Нанесение связующего на жгут осуществляют в псевдоожиженном состоянии. Связующее дополнительно содержит трифениловый эфир фосфорной кислоты в количестве 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего. Пропитку жгута осуществляют в процессе формования профиля изделия при температуре плавления связующего. Изобретение позволяет сократить количество операций, упростить конструкцию устройства, а также повысить механическую прочность стержней. 1 табл.

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано для непрерывного изготовления профильных изделий из композиционных материалов.

Известен способ получения длинномерных профильных изделий (полимерных арматурных стержней) из композиционного материала, включающий нагрев базальтового ровинга до 150-200°С, пропитку его полимерным связующим при 30-50°С, формование профиля стержня путем протягивания ровинга через отжимное устройство и фильеру, установленные на выходе из пропиточной ванны, и далее - через вторую и третью фильеры, установленные после первой термокамеры до и после оплеточного устройства. Отверждение стержня осуществляют в 8-ми термокамерах в режиме ступенчатого подъема температур и охлаждения (а.с. СССР №1735533, кл. Е04С 5/07, опубл. бюл. №19, 1992 г.).

Недостатком метода является многостадийность (15 стадий) и сложность процесса, а также низкие механические свойства арматурных стержней.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления длинномерных профильных изделий (стеклопластиковой арматуры), включающий ориентирование непрерывных армирующих волокон, нагрев полученного жгута до температуры 95-100°С, пропитку жгута связующим, содержащим растворитель, при 30°С, отжим связующего, нагрев жгута до 100-120°С для удаления летучих, формование профильного изделия протяжкой в несколько стадий через обогреваемые фильеры с уменьшающимися по ходу изделия проходными сечениями, вакуумирование после каждой стадии формования профильного изделия и отверждение изделия с последующим отбором его «а.с. СССР №937207, кл. В29С 55/30, опубл. бюл. №23, 1982 г..

Недостатком способа является многостадийность (13 стадий) и низкая механическая прочность арматурных стержней.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение технологии (сокращение стадийности) и повышение механической прочности изделий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в предложенном нами способе изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающем ориентирование непрерывных армирующих волокон, нагрев полученного жгута, пропитку жгута полимерным связующим, формование профильного изделия протяжкой жгута через обогреваемую фильеру, продольно поперечную обмотку изделия, отверждение и отбор готового изделия, отличие состоит в том, что нанесение связующего на жгут осуществляют в псевдоожиженном состоянии, при этом связующее дополнительно содержит трифениловый эфир фосфорной кислоты в количестве 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего, а пропитку жгута осуществляют при температуре плавления связующего в процессе формования профиля изделия.

Нанесение на жгут в псевдоожиженном состоянии порошкообразного высокодисперсного связующего, каким являются, например, фенольные связующие марок СФП-011Л, СФП-012А и другие, способные отверждаться, в сочетании с трифениловым эфиром фосфорной кислоты при его содержании 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего позволяет совместить процесс пропитки жгута связующим и формование профиля изделия в одну стадию. При протяжке жгута через нагретую до температуры плавления связующего фильеру происходит пропитка жгута расплавом, но при этом нет выделения летучих продуктов, содержание которых в способе прототипа составляет 15-25% массы. В предлагаемом способе не требуется многократно нагревать, профилировать, отжимать связующее и вакуумировать жгут. Количество стадий сокращается с 13 до 6. Количество летучих продуктов при отверждении связующего составляет менее 1% массы, что обеспечивает получение плотных стержней с высокой механической прочностью благодаря более быстрому и полному отверждению связующего и меньшим остаточным напряжениям.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Армирующие волокна (базальтовые ровинги) с нескольких бобин шпулярника протягивают через устройство ориентирования армирующих волокон и получают жгут, который протягивают через устройство для нагрева. На этом участке происходит подогрев жгута до температуры 60-70°С, благодаря чему при протягивании жгута через емкость со связующим СФП-012 В, содержащим 3 мас.ч. трифенилового эфира фосфорной кислоты на 100 мас.ч. связующего, находящимся в псевдоожиженном состоянии, частички порошка трифенилового эфира фосфорной кислоты плавятся на поверхности жгута и обеспечивают равномерное прилипание порошка связующего к жгуту. Затем жгут протягивают через металлическую обогреваемую фильеру, в которой происходит плавление связующего, пропитка жгута расплавом при 130°С и формование профиля изделия. В дальнейшем сформованное изделие проходит продольно поперечную обмотку, камеру отверждения, где оно отверждается при температуре 170-180°С, открытое воздушное пространство, где происходит охлаждение его до температуры окружающей среды, после чего оно подается на протяжный и на режущий механизмы.

Длину камеры отверждения, температуру и скорость протяжки жгута выбирают из расчета обеспечения полного отверждения связующего.

Состав и свойства полученных стержней диаметром 6 мм, изготовленных по способу, описанному в примере 1, приведены в таблице.

Примеры 2-4 выполнены аналогично примеру 1 и отличаются содержанием трифенилового эфира фосфорной кислоты в связующем (таблица).


Способ изготовления	Предлагаемый	Прототип
Тип связующего	Связующее фенольное порошкообразное СФП-012В	Раствор фенолоформальдегидной смолы (лак) ЛБС-20
Примеры	1	2	3	4
Содержание ТФФ, мас.ч на 100 мас.ч связующего	3,0	5,0	7,5	10,0	-
Содержание базальтового волокна, мас.%, об.%	55	69	77	73	77
37	50	60	55	60
Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа	1000	1200	1350	1150	800

Таким образом, предлагаемый нами способ изготовления длинномерных профильных изделий (арматурных базальтопластовых стержней) позволяет сократить количество операций (стадий) с 13 до 6, упростить конструкцию устройства, исключив отжимное устройство, термокамеру, многократные фильеры и вакуумирующие устройства, а также повысить механическую прочность стержней в 1,5-1,7 раза. В качестве преимуществ предлагаемого способа следует учесть улучшение экологической атмосферы производства благодаря исключению применения легколетучих пожароопасных растворителей, уменьшение требуемых производственных площадей и снижение энергетических затрат.

Способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающий ориентирование непрерывных армирующих волокон, нагрев полученного жгута, пропитку жгута полимерным связующим, формование профиля изделия путем протяжки жгута через нагретую фильеру, продольно-поперечную обмотку изделия, отверждение и отбор готового изделия, отличающийся тем, что нанесение связующего на жгут осуществляют в псевдоожиженном состоянии, при этом связующее дополнительно содержит трифениловый эфир фосфорной кислоты при его содержании 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего, а пропитку жгута осуществляют в процессе формования профиля изделия при температуре плавления связующего.

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.

Установка для непрерывного изготовления длинномерных профильных изделий из композиционных материалов // 2185287

Изобретение относится к оборудованию для переработки композиционных материалов, в частности для изготовления длинномерных профильных изделий, и может найти применение в химической, электротехнической и других отраслях промышленности и строительства.

Установка для непрерывного изготовления длинномерных профильных изделий из композиционных материалов // 2170175

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано в устройствах для непрерывного изготовления длинномерных профильных изделий из композиционных материалов способом экструзионного формования термовытяжкой через фильеру.

Устройство для формования наполненных профильных изделий // 2152307

Изобретение относится к машиностроению и касается переработки волокнистых материалов на основе высокомолекулярных связующих и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве профильных изделий.

Способ и устройство для изготовления двухосно ориентированного трубопровода из термопластичного материла // 2135361

Способ изготовления профильных изделий из полимерных композиционных материалов и установка для его осуществления // 2133670

Изобретение относится к изготовлению профильных изделий из полимерных композиционных материалов пултрузией и позволяет изготавливать стержни и трубы, работающие при нагрузках на растяжение и сжатие, изгиб и кручение, внутреннее избыточное давление.

Тянущее устройство // 2112651

Изобретение относится к оборудованию для непрерывного изготовления изделий из полимерных композиционных материалов типа профилей, а именно к тянущим устройствам.

Способ формования наполненных профильных изделий // 2112650

Изобретение относится к способам формования наполненных профильных изделий методом полтрузии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве профильных изделий.

Устройство для формования наполненных профильных изделий // 2112649

Способ изготовления профильных изделий и полимерная композиция для их изготовления // 2098278

Изобретение относится к технике получения полимерных композиционных материалов, используемых в различных областях народного хозяйства, преимущественно в авиастроении, и может найти применение при непрерывном изготовлении трудногорючих профильных изделий, в первую очередь стеклопластиков, методом пултрузии.

Процесс выполнения вдавленного узора на композитной вентилируемой планке // 2337835

Изобретение относится к пультрузии и может быть использовано при финишной отделке планки для огнестрельного оружия

Способ изготовления композитной арматуры // 2371312

Изобретение относится к способу изготовления композитной арматуры периодического профиля

Способ изготовления арматурной сетки // 2404892

Изобретение относится к способу изготовления арматурной сетки из композитных материалов

Установка для непрерывного изготовления стержня из композиционного материала // 2412813

Изобретение относится к области изготовления стержня из композиционного материала

Способ изготовления трубчатых изделий из полимерных композиционных материалов // 2502600

Изобретение относится к способам изготовления трубчатых изделий из полимерных композиционных материалов методами протягивания и намотки и может быть использовано для получения термостабильных композитных труб для машиностроительной, авиационной, судостроительной, нефтегазовой и строительной отраслей промышленности. Способ осуществляется следующим образом. Армирующие волокна сматываются со шпулярника 1 и пропускаются через пропиточную ванну 2. В качестве полимерной композиции используется смесь эпоксидиановой смолы ЭД-20 с аминным отвердителем. Армирующими материалами являются стеклянные, углеродные и органические волокна. Пропитку ведут при температуре 30-40°C. Далее пропитанные полимером волокна пропускаются через преформовочное устройство 3 и профилирующую фильеру 4, в которой приобретают форму изделия. Температура нагрева профилирующей фильеры 230°C. Скорость протяжки 0,05-0,1 м/мин. Для изготовления трубы используется профилирующая фильера с установленным внутри цилиндрическим дорном. Из профилирующей фильеры 4 заготовка вытягивается тянущим устройством 5 и подается в устройство 6 нанесения металлизированного слоя. Устройство 6 представляет собой металлический корпус, на 0,2-0,3 объема заполненный мелкодисперсным медным или алюминиевым порошком. В верхней части устройства 6 установлен осевой вентилятор 7, создающий вихревой поток порошка и поддерживающий его во взвешенном состоянии. Скорость воздушного потока от осевого вентилятора 7 составляет 0,5-1,0 м/сек. Металлический порошок в турбулентном состоянии оседает на поверхность заготовки и удерживается на ней электростатическими силами. Толщина термического слоя соизмерима с размером фракции металлического порошка - 0,1-0,45 мм. Далее обработанная заготовка поступает в устройство 8 намотки, в котором с помощью вертлюга 9 со шпулей 10 на ее поверхность наматывается ленточный препрег 11. Скорость вращения вертлюга 9 составляет 0,1-30 об/мин, скорость осевого перемещения согласуется со скоростью протяжки. После намотки изделие поступает в термокамеру 12 для окончательного отверждения. Из термокамеры 12 изделие подается вторым тянущим устройством 13 в отрезное устройство 14, в котором разрезается на элементы заданной длины. При реализации изобретения обеспечивается возможность непрерывного изготовления термостабильных трубчатых изделий из полимерных композиционных материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления изделий из композиционного материала // 2505403

Изобретение относится к изготовлению профильных изделий из композиционных полимерных материалов. Повышение физико-механических свойств изделий достигается за счет приготовления связующего непосредственно перед процессом пропитки волокнистого наполнителя. Эпоксидно-новолачное связующее со среднечисленной молекулярной массой 300 у.е. и массовой долей эпоксидных групп 8-11 получают загружая в вакуумный реактор 10-28 мас.% продукт, полученный эпоксидированием олигомера гидроксифенилена из алкирезорцина, 47-80 мас.% диановой эпоксидной смолы и 10-25 мас.% модификатора, и проводя варку при температуре 60-250°С в течение 30-180 мин. Форму изделию придают протягиванием волокнистого наполнителя, пропитанного связующим и отвердителем, через сменную фильеру и спиральной намоткой на образовавшийся стержень усиливающего жгута.

Способ изготовления стержневых изделий // 2528265

Изобретение относится к способу получения стержневых изделий из композиционных материалов методом пултрузии и может быть использовано, например, для изготовления арматурных стержней. Способ включает пропитку волокон или ровинга связующим, образование из волокон пучка, формирование на его поверхности сцепных элементов и уплотнение пучка, а затем термообработку с полимеризацией, охлаждением и одновременным перемещением полученного стержня тянущим устройством. При этом образование из волокон пучка, формирование на его поверхности сцепных элементов и уплотнение пучка выполняют предварительно в собирающем устройстве формованием из волокон пучка некруглого профиля, а окончательно - скручиванием некруглого профиля со стороны собирающего устройства вращением полученного стержня вокруг оси тянущим устройством. Данный способ позволяет обеспечить повышение надежности изготавливаемых с его использованием изделий. 2 ил.

Способ изготовления композитной арматуры // 2620803

Изобретение относится к производству арматуры для армирования бетона. Изобретение направлено на повышение прочности арматуры и ее несущей способности. Согласно способу изготавливают сердечник арматуры из нитей ровинга, для чего нити ровинга сушат нагретым воздухом, пропитывают связующим, формируют из нитей ровинга сердечник арматуры. Путем навивки на сердечник жгута формируют на сердечнике зацепы арматуры. Полученную заготовку арматуры нагревают в печи до момента полимеризации связующего. После выхода арматуры из печи ее охлаждают. Каждую нить пропитывают связующим в разделенном положении нитей. Натягивают каждую нить после пропитки и отжимают от нее связующее. Продольно соединяют пропитанные нити в пучок нитей. Натягивают пучок нитей и отжимают излишки связующего от пучка нитей. При натяжении пучка нитей придают пропитанным нитям положение, параллельное по отношению к другим нитям. Одновременно с изготовлением сердечника арматуры изготавливают из сухих нитей ровинга сухие жгуты, для чего скручивают каждый сухой жгут вокруг его продольной оси и одновременно его растягивают в продольном направлении, одновременно повышают момент скручивания жгута и усилие растяжения и придают жгуту твердость, большую в сравнении с твердостью сердечника. Каждый сухой жгут наматывают на сердечник. Формируют сухими жгутами округлую форму сердечника и выступающие над ним зацепы арматуры. Одновременно при намотке каждого жгута на сердечник жгут вдавливают в сердечник до образования в нем канавки, в которой располагают меньшую часть жгута путем регулировки глубины вдавливания жгута в сердечник. Выдерживают полученную заготовку арматуры до момента пропитки жгутов связующим от контакта с сердечником и, одновременно с указанной выдержкой заготовки, ее перемещают в печи, в которой волнообразно осуществляют ее нагрев и полимеризацию, при этом проводят постепенное охлаждение изготовленной арматуры. 8 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ изготовления клюшки из полимерных композиционных материалов // 2635137

Изобретение относится к способу изготовления полых профильных изделий из полимерных композиционных материалов и может найти применение, в частности, при изготовлении хоккейной клюшки, строительных каркасов. Способ включает операции: берут листы препрега из пропитанного связующим углеродного волокна и раскраивают их на заготовки элементов клюшки в виде рукоятей и крючков. Далее отдельно формируют пакет для рукоятей путем послойной укладки нарезанных заготовок на повторяющую внутреннюю полость изделия неподвижную оправку. Затем соединяют крюки и рукояти в клюшки, удаляя из рукоятей оправки, при этом в освободившуюся полость в заготовке рукояти помещают нейлоновый пакет. Помещают заготовки клюшек в пресс-формы и производят их полимеризацию посредством прямого прессования нагревом пресс-форм и подачи для формирования в изделии внутренней полости в нейлоновый пакет заданного давления и последующего охлаждения сформованных клюшек. Затем извлекают сформованные клюшки из пресс-форм и подвергают их внешней отделке. Технический результат, достигаемый способом по изобретению, заключается в получении более простой формы будущей клюшки и обеспечивании возможности получения высокого качества клюшки в виде таких физико-механических свойств, как прочность и изгибаемость.

Способ изготовления стержневых изделий // 2646930

Изобретение относится к технологии изготовления арматурных элементов для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций и может быть применено в химической, металлургической, теплоэнергетической, строительной индустрии, области машиностроения, пищевой и других отраслях промышленности, где необходимо получать материалы с заданными свойствами и улучшенными характеристиками. Способ изготовления стержневых изделий включает при непрерывном перемещении материала тянущим устройством пропитку волокон связующим (например, эпоксидной смолой), образование из волокон пучка и его уплотнение. При пропитке волокон и образовании пучка на обрабатываемый материал изделия воздействуют скрещенными электрическими и магнитными полями и стоячей электромагнитной волной. Затем коронным разрядом модифицируют поверхность изделия. После чего изделие попадает на термообработку с полимеризацией. При проведении термообработки с полимеризацией вновь воздействуют на структурные составляющие материала изделия стоячей волной, порожденной вихре-волновым резонансом, созданным системой продуцирования полей, включающей различные типы волноводов. Затем полученное изделие охлаждают. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в обеспечении возможности изменения свойств обрабатываемых материалов в заданных диапазонах путем многопараметрического режима воздействия на обрабатываемый материал с учетом его свойств и получении изделий с заданными свойствами. 1 табл., 2 ил.