Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов


 


Владельцы патента RU 2488486:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю оболочку, выкладывают на нее армирующий наполнитель и связующее, наносят на армирующий наполнитель со связующим наружную дополнительную оболочку из упругого материала в виде ленты, отверждают связующее и удаляют внутреннюю и наружную оболочку. Внутренняя оболочка является формообразующей, выполнена из упругого материала, размещенного в калиброванном армированном гибком рукаве. Перед выкладкой на внутреннюю оболочку армирующего наполнителя и связующего внутреннюю оболочку размещают на стапеле, придающем полому изделию заданную кривизну. В качестве связующего используют полимерную композицию холодного отверждения. Пропитку армирующего наполнителя связующим осуществляют после его выкладки на внутреннюю поверхность оболочки. После отверждения связующего и удаления наружной дополнительной оболочки осуществляют формирование последующих слоев из армирующего наполнителя и связующего до достижения заданной толщины полого изделия. Изобретение обеспечивает изготовление длинномерных изделий заданной кривизны и постоянного диаметра сечения по всей длине изделия. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

 

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов на основе армирующих волокнистых наполнителей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в качестве формующей опалубки и основного несущего элемента при изготовлении быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций.

Известен способ получения полого композитного конструкционного элемента, используемого в качестве строительного материала, который включает нанесение на трубообразную стенку надувной камеры армирующей тканой оплетки и гибкого воздухонепроницаемого слоя. Затем армирующую тканую оплетку пропитывают придающим жесткость материалом - связующим методом инфузии (заявка США №2011/0012282).

Недостатком изобретения является необходимость использования специализированного оборудования для изготовления тканой армирующей оплетки (в виде чулка). Армирующий наполнитель в виде оплетки имеет фиксированную ориентацию армирующих жгутов и реализует одну возможную структуру армирования, зависящую от диаметра используемого чулка и диаметра конечного изделия. Невозможно изготовление полых конструкционных элементов с различными схемами армирования для компенсации напряжений действующих на полую конструкцию при изменении конструкционных нагрузок.

Известен способ изготовления полых изделий из термопластичной смолы, упрочненной волокнами (углеродными, стеклянными, арамидными, SiC и др.).

Способ включает изготовление препрега на основе матрицы из термопластичной смолы, размещение его между расширяемым сердечником и внешней формой, окружающей этот сердечник. Сердечник представляет собой твердую или полую оправку или композитные терморасширяемые элементы, расположенные на металлическом стержне. После размещения препрега на оправке узел нагревается до температуры равной или большей температуры пластификации термопластичной смолы и сердечник расширяется.

Недостатком изобретения является то, что надувная оснастка содержит жесткий сердечник и не способна принимать необходимую дугообразную форму. Формование производится при повышенной температуре и требует специального оснащения оправки нагревательными элементами (заявка WO 9009272).

Наиболее близким техническим решением и принятым за прототип является способ изготовления полых изделий из композиционных материалов, включающий заполнение газом внутренней надувной оболочки через центральный стержень, выкладку на нее армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим, нанесение на армирующий наполнитель наружной дополнительной оболочки из упругого материала в виде ленты, намотанной виток к витку, прессование пакета армирующего наполнителя путем повышения давления во внутренней оболочке и отверждение связующего путем нагрева до заданной температуры. После отверждения внутреннюю и наружную оболочки удаляют (патент РФ №2083367).

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа изготовления полых изделий из композиционных материалов, не требующий специального дорогостоящего оборудования для его осуществления, позволяющего изготавливать длинномерные изделия заданной кривизны и с постоянным диаметром сечения по всей длине изделия.

Для выполнения указанной технической задачи предложен способ изготовления полых изделий из композиционных материалов, включающий заполнение газом надувной внутренней оболочки, выкладку на нее армирующего наполнителя и связующего, нанесение на армирующий наполнитель со связующим наружной дополнительной оболочки из упругого материала в виде ленты, отверждение связующего и удаление внутренней и наружной оболочек, в котором внутренняя оболочка является формообразующей, выполнена из упругого материала, размещенного в калиброванном армированном гибком рукаве, перед выкладкой на внутреннюю оболочку армирующего наполнителя и связующего внутреннюю оболочку размещают на стапеле, придающем полому изделию заданную кривизну, в качестве связующего используют полимерную композицию холодного отверждения, пропитку связующим армирующего наполнителя осуществляют после его выкладки на внутреннюю поверхность оболочки, а после отверждения связующего и удаления наружной дополнительной оболочки осуществляют формирование последующих слоев из армирующего наполнителя и связующего до достижения заданной толщины полого изделия.

Внутренняя надувная формообразующая оболочка имеет штуцер для заполнения ее газом.

На калиброванном армированном гибком рукаве располагают антиадгезионный слой из упругого полимерного материала.

В качестве армирующего наполнителя используют жгутовые и тканые волокнистые материалы из стекла, углерода, арамида, асбеста, карбида кремния и др.

В качестве полимерной композиции холодного отверждения используют двухкомпонентную композицию из смеси эпоксидной диановой смолы с молекулярной массой от 340 до 540 и эпоксиуретановой смолы и отверждающей системы на основе ароматического амина.

В качестве упругого материала для внутренней оболочки используют любой эластичный воздухонепроницаемый материал, в частности: резину, полиуретан, полиэтилен, полиамид и другие.

В качестве упругого материала для наружной дополнительной оболочки используют любые полимерные пленочные ленты, например из полиэтилена, полиамида, полиуретана и другие материалы, обладающие низкой адгезией к применяемой полимерной композиции холодного отверждения.

После нанесения армирующего наполнителя его закрепляют жгутом из волокнистого материала.

На фиг.1 изображено полое изделие из композиционного материала, установленное в стапеле.

Примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1. Внутреннюю надувную формообразующую оболочку 1 выполненную из резины (техпластина 1 мм МБС-1, ГОСТ 7338-90), размещали в калиброванном армированном гибком рукаве 2 и заполняли газом через штуцер 3, создавая давление 0,2-0,4 кгс/см2, затем размещали ее на стапеле 4. На поверхность калиброванного армированного гибкого рукава 2 наносили антиадгезионный слой 5 из полиэтилена (пленка полиэтиленовая, ГОСТ 10354-82), выполненного в виде ленты шириной 100 мм, намотанной виток к витку с нахлестом 30 мм. Далее размещали тканевый армирующий наполнитель 6 из углеродного волокна (ткань углеродная УТ-900, ТУ 1916-001-75969440-2007) на поверхности антиадгезионного слоя 5 и закрепляли его жгутом 7 из углеродного волокна (жгут углеродный УКН/5000, ГОСТ 28008-88).

Связующее в виде двухкомпонентной полимерной композиции холодного отверждения (марка ВСЭ-25, ТУ 1-595-12-1245-2011) готовили порционно и сразу наносили кистью на армирующий наполнитель, после чего наносили наружную дополнительную оболочку 8 из полиэтилена (пленка полиэтиленовая, ГОСТ 10354-82) в виде ленты шириной 100 мм виток к витку с нахлестом 30 мм и выдерживали при комнатной температуре до полного отверждения связующего.

После отверждения удаляли наружную оболочку 8 и наносили последующие слои армирующего наполнителя и связующего (8 слоев).

После отверждения последнего слоя снимали наружную дополнительную оболочку 8, сбрасывали давление во внутренней оболочке 1 и удаляли ее совместно с антиадгезионным слоем 5. Снимали готовое полое изделие со стапеля 4.

Получали полое изделие дугообразной формы длиной 10 м с хордой 7 м заданной кривизны и с постоянным диаметром сечения 315 мм по всей длине изделия.

Пример 2. Способ аналогичен примеру 1, но внутреннюю надувную формообразующую оболочку 1 выполняли из полиуретана (пленка полиуретановая, импортная), а антиадгезионный слой 5 и наружную дополнительную оболочку 8 из полипропилена (пленка полипропиленовая, ТУ 2245-001-55279928-2001), применяли связующее в виде двухкомпонентной полимерной композиции холодного отверждения (марка ЭТАЛ-1445, ТУ 2257-3570-18826195-2003).

Пример 3. Способ аналогичен примеру 1, но внутреннюю надувную формообразующую оболочку 1 выполняли из полиэтилена (пленка полиэтиленовая, ГОСТ 10354-82), а антиадгезионный слой 5 и наружную дополнительную оболочку 8 из полиуретана (пленка полиуретановая, импортная), применяли связующее в виде двухкомпонентной полимерной композиции холодного отверждения (марка Зикадур-330, импортное).

Пример 4. Способ аналогичен примеру 1, но внутреннюю надувную формообразующую оболочку 1 выполняли из полиамида (пленка полиамидная, импортная), а антиадгезионный слой 5 и наружную дополнительную оболочку 8 из поливинилхлорида (пленка ПВХ «ПГВ», ГОСТ 9998-86), применяли связующее в виде двухкомпонентной полимерной композиции холодного отверждения (марка ВСЭ-25, ТУ 1-595-12-1245-2011).

Использование в качестве связующего полимерной композиции холодного отверждения позволило исключить операцию нагрева и соответственно использование специальных печей.

Использование для нанесения связующего кистей, шпателей, пульверизаторов и др. позволило упростить применяемое аппаратурное обеспечение и отказаться от использования специального вакуумного оборудования, такого как для процесса инфузии. Кроме того это позволило изготавливать полые изделия с любой толщиной стенки без применения дополнительного давления.

Использование калиброванного рукава позволило значительно повысить точность выполнения и постоянство диаметра полого изделия.

Использование гибкого рукава, не содержащего жестких элементов, как у прототипа, позволило изготовить длинномерное дугообразное полое изделие.

Наличие антиадгезионного слоя способствует свободному отделению готового полого изделия от внутренней оболочки.

В зависимости от состава используемого волокнистого армирующего наполнителя и его укладки (тканый наполнитель, однонаправленная ткань, жгутовой наполнитель и др.) можно добиться заданной высокой прочности и жесткости конструкции, что позволит использовать ее в качестве формующей опалубки и основного несущего элемента при изготовлении быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Длинномерные полые изделия из композиционных материалов могут быть изготовлены непосредственно на месте проведения работ.

1. Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов, включающий заполнение газом надувной внутренней оболочки, выкладку на нее армирующего наполнителя и связующего, нанесение на армирующий наполнитель со связующим наружной дополнительной оболочки из упругого материала в виде ленты, отверждение связующего и удаление внутренней и наружной оболочек, отличающийся тем, что внутренняя оболочка является формообразующей, выполнена из упругого материала, размещенного в калиброванном армированном гибком рукаве, перед выкладкой на внутреннюю оболочку армирующего наполнителя и связующего, внутреннюю оболочку размещают на стапеле, придающем полому изделию заданную кривизну, в качестве связующего используют полимерную композицию холодного отверждения, пропитку связующим армирующего наполнителя осуществляют после его выкладки на внутреннюю поверхность оболочки, а после отверждения связующего и удаления наружной дополнительной оболочки осуществляют формирование последующих слоев из армирующего наполнителя и связующего до достижения заданной толщины полого изделия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внутренняя надувная формообразующая оболочка имеет штуцер для заполнения ее газом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на калиброванном армированном гибком рукаве расположен антиадгезионный слой из упругого полимерного материала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве армирующего наполнителя используют жгутовые и тканые волокнистые материалы из стекла, углерода, арамида, асбеста, карбида кремния.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерной композиции холодного отверждения используют двухкомпонентную композицию из смеси эпоксидной диановой смолы с молекулярной массой от 340 до 540 и эпоксиуретановой смолы и отверждающей системы на основе ароматического амина.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нанесения армирующего наполнителя его закрепляют жгутом из волокнистого материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к многослойной термоформуемой пленке для защиты подложек и к получаемым при этом изделиям. .

Изобретение относится к области изготовления физических носителей формы по геометрической или математической модели, в частности к изготовлению трехмерных объектов сложной формы из отверждающейся под воздействием излучения жидкой среды.

Изобретение относится к изготовлению эластомерной пленки, которая содержит поверхностные участки по меньшей мере двух эластомерных материалов, в частности двух различно окрашенных полиуретановых материалов.

Изобретение относится к оборудованию для изготовления изделий из композиционных материалов методом послойной выкладки. .

Изобретение относится к оборудованию для изготовления изделий из армированных материалов, а именно для прикатки наматываемых на оправку профильных оболочек. .

Изобретение относится к слоистому материалу, включающему покрытие печатной краской или печатным лаком. Печатная краска или печатный лак включает в качестве связующего по меньшей мере один нерадиационно отверждаемый ароматический поликарбонат на основе геминально дизамещенного дигидроксидифенилциклоалкана и в качестве растворителя связующего по меньшей мере один радиационно отверждаемый мономер, выбранный из группы, включающей акрилаты, метакрилаты, простые виниловые эфиры и азотсодержащие соединения с этиленовой двойной связью. Указанное связующее растворено в растворителе, при этом растворитель после отверждения остается в печатной краске или печатном лаке в химически сшитом состоянии. Изобретение обеспечивает повышенную адгезию печатной краски или печатного лака к подложке, исключение их высыхания на сетке трафаретной формы в процессе печати, необходимости их разбавления растворителем и нежелательного вымывания краски из отпечатка в процессе литья под давлением. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 табл., 11 пр.
Группа изобретений относится к способу получения формованных изделий с покрытием с полностью или частично структурированными поверхностями, установке для осуществления этого способа и формованному изделию, изготовленному этим способом. Способ включает впрыск формовочной массы при температуре 220-330°С, в пресс-форме образуется промежуточное пространство. Образованное пространство заполняют реакционной смесью посредством жидкостного впрыскивания. Пресс-форму герметизируют и нагревают в заданных режимах, а затем охлаждают пресс-форму и извлекают отформованное изделие. Кроме того, в настоящем изобретении описывается установка для осуществления этого способа, содержащая пресс-форму. Посредством способа и установки по изобретениям получают формованное изделие с заданным покрытием. Технический результат, достигаемый при использовании способа и установки по изобретениям, заключается в получении формованных изделий с превосходными механическими свойствами, а именно обеспечении высокой устойчивости к царапанию и высокой жесткости. 3 н. и 11 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к оргтехнике и может быть использовано в производстве устройств для изготовления трехмерных моделей последовательным нанесением слоев твердеющих материалов. Принтер для создания трехмерной модели путем последовательного нанесения слоев твердеющего материала включает плиту для изготавливаемой модели и термопечатающую головку. Корпус головки связан со стационарным основанием посредством механизма ее перемещения относительно плиты для изготавливаемой модели, выполненного в виде управляющих штанг, связанных в параллелограмм шаровыми шарнирами с корпусом головки и ползунами с подшипниками скольжения или качения. По первому варианту изобретения в принтере механизм перемещения термопечатающей головки установлен на стационарном основании в виде замкнутой рамки или плоской платформы, расположенной над плитой для изготавливаемой модели. По второму варианту изобретения стационарное основание для механизма перемещения термопечатающей головки выполнено в виде плоской опорной платформы для изготавливаемой модели, а направляющие ползунов выполнены за одно целое с боковыми сторонами опорной платформы. Технический результат, достигаемый при использовании принтера по изобретению, заключается в упрощении конструкции механизма управления исполнительным органом и возможности изготовления с более высокими размерами моделей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх