Способ горячего формования композиционных изделий (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)


 


Владельцы патента RU 2535223:

Староверов Николай Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к изготовлению композитных изделий высокого качества, например, для авиационно-космической промышленности. Для этого заготовка, содержащая в качестве армирующего материала углеволокно или комбинацию углеволокна с другим волокном, нагревается в поле СВЧ-излучателей. Конфигурация поля СВЧ-излучения должна повторять контуры заготовки. Можно локально менять и мощность излучения в зависимости от толщины заготовки. Или через двойные стенки или через систему труб в оснастке пропускают жидкий теплоноситель, которым может быть вода, или соляной раствор, или гликоли, или минеральное сырье, или растительное масло. Устройством является металлическая или металлизированная камера с установленными в ней в шахматном или в сотовом порядке СВЧ-излучателями. Изобретение обеспечивает повышение скорости технологического процесса изготовления композитных изделий. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к изготовлению композитных стеклопластиковых, углепластиковых и т.п. изделий высокого качества, например, для авиационно-космической промышленности.

Известны подобные способы, состоящие в нагреве уложенного в формообразующую оснастку материала будущего композита путем атмосферного или автоклавного конвекционного нагрева, и/или путем нагрева оснастки путем пропускания горячего воздуха через двойные стенки оснастки, и/или путем нагрева оснастки с помощью пропускания тока через углеволоконный или металлический электропроводник, следует отметить трудность получения стабильного надежного контакта подводящих электропроводов с углеволокном (cм., например, полезную модель России №126283).

Однако все эти способы в отдельности и в совокупности не обеспечивают технологически быстрого и равномерного нагрева материала будущего композита.

Задача и технический результат изобретения - повышение скорости технологического процесса и повышение качества изделия путем более равномерного нагрева заготовки без появления термических напряжений.

ИЗОБРЕТЕНИЕ 1. Для этого заготовка, содержащая в качестве армирующего материала углеволокно или комбинацию углеволокна с другим волокном, нагревается в поле СВЧ-излучателей.

Так как углеродное волокно электропроводно, то в поле СВЧ-излучения оно нагревается, причем в более толстых местах, где больше углеволокна, энергии выделяется больше, и заготовка в толстых местах нагревается до той же температуры, что и в тонких местах заготовки.

Конфигурация поля СВЧ-излучения должна повторять контуры заготовки.

При необходимости можно локально менять мощность излучения в зависимости от толщины заготовки.

ИЗОБРЕТЕНИЕ 2. Заготовка, содержащая в качестве армирующего материала неэлектропроводное волокно, содержит в связующем электропроводные включения и нагревается в поле СВЧ-излучателей.

Такими включениями могут быть графены, и/или астролены, и/или фуллерены, и/или графитовый или угольный мелкодисперсный порошок, и/или алюминиевая, магниевая или другая металлическая пудра, и/или рубленое углеволокно, и/или любое металлизированное волокно (например, арамидное волокно Дайнима).

Следует отметить одну особенность технологического процесса при применении в качестве электропроводных включений графита или угля - смешение их с пластифицированным связующим должно производиться до смешения с отверждающей композицией, причем в краскотерке для лучшего перемешивания и дальнейшего измельчения порошка графита или угля. Не следует также долго хранить приготовленное связующее, так как присутствие графита или угля может спровоцировать каталитический процесс желатинизации связующего.

ИЗОБРЕТЕНИЕ 3. Способ нагрева оснастки путем пропускания через нее горячего воздуха имеет существенный недостаток - воздух как теплоноситель обладает малой удельной теплоемкостью. В результате чего технологический процесс получается затянутым, а заготовка нагревается неравномерно - на входе горячего воздуха она нагревается существенно быстрее. Это может привести к короблению оснастки и готового изделия.

Чтобы этого избежать, следует вместо воздуха применить воду или при необходимости достижения температуры выше 100 градусов С - другой жидкий теплоноситель - соляной раствор (например, жидкость Клеричи или аналогичная), или гликоли (тормозная жидкость для автомобилей), или минеральное сырье («солярка»), или растительное масло.

В четырех последних случаях можно выбрать жидкость с температурой кипения, равной максимальной температуре технологического процесса, тогда можно полностью устранить риск перегрева заготовки.

То есть способ состоит в том, что через двойные стенки или через систему труб в оснастке пропускают жидкий теплоноситель.

Способы по вариантам 1 и 2 можно сочетать со способом 3, или с электроподогревом оснастки, а также со способом конвекционного атмосферного или автоклавного нагрева.

ИЗОБРЕТЕНИЕ 4. Для реализации способов по вариантам 1 и 2 требуется металлическая или металлизированная камера с установленными в ней в шахматном или в сотовом порядке СВЧ-излучателями.

Излучатели могут индивидуально отключаться, а также могут вращаться для более равномерного распределения излучения по объему камеры.

ИЗОБРЕТЕНИЕ 5. Для реализации способа по варианту 3 оснастка имеет двойные стенки, соединенные с коллекторами, или систему труб внутри оснастки, соединенные входом и выходом с системой нагрева жидкости.

ПРИМЕР 1: Оптимальной установкой для получения композиционных изделий высокого качества может быть, например, автоклавная установка конвекционного принудительного (то есть с помощью вентиляторов) нагрева, снабженная СВЧ-излучателями, с применением оснастки, имеющей внутренний подогрев с помощью нихромовых тепловыделяющих токоносителей, а еще лучше - с помощью циркуляции жидкого теплоносителя. В этом случае будет обеспечен равномерный нагрев заготовки и равномерное ее остывание без остаточных термических напряжений.

Работает установка так: оснастка с уложенной заготовкой загружается в камеру, герметично закрывается, и в ней создается избыточное давление по закону

Р:р=Т:т

где р - начальное давление (атмосферное),

Р - конечное давление,

т - начальная абсолютная температура,

Т - конечная абсолютная температура.

Атмосфера в камере принудительно перемешивается вентилятором. Включаются СВЧ-излучатели и одновременно включается электроподогрев оснастки с помощью нихромовых электропроводящих элементов, или с помощью жидкого теплоносителя.

После достижения заданной температуры и технологической выдержки все нагреватели отключаются и заготовке дают медленно остыть. При необходимости ускорения охлаждения установки и заготовки можно управлять температурой воздуха в камере путем наличия водоохлаждаемых панелей (батарей) и путем управления температурой циркулирующего теплоносителя.

ПРИМЕР 2. Допустим, заготовка выполнена из комбинации углеродного волокна с любым другим волокном, например со стекловолокном (в любом соотношении). Нагрев заготовки происходит в СВЧ-поле за счет нагрева углеродного волокна и дальнейшего распределения тепла по всему объему заготовки.

ПРИМЕР 3. Допустим, заготовка содержит неэлектропроводное волокно, например, стекловолокно. Тогда для возможности нагрева в СВЧ-поле связующее содержит, например, алюминиевую или бронзовую пудру (применяются в декоративных целях), или наноэлементы - фуллерены, астролены, углеродные трубки, или рубленое углеволокно в количестве 0,1-3%. Нагрев происходит в СВЧ-поле за счет нагрева перечисленных электропроводящих элементов и дальнейшего распределения тепла по всему объему заготовки.

ПРИМЕР 4. Допустим, заготовка содержит неэлектропроводное волокно, например высокомодульное волокно из модифицированного полиэтилена. Тогда для возможности нагрева в СВЧ-поле связующее содержит, например, рубленое металлизированное стекловолокно (технология покрытия стеклянных и других поверхностей слоем металла, например алюминия, давно известна и широко применяется). Нагрев происходит в СВЧ-поле за счет нагрева слоя металла на стекловолокне и дальнейшего распределения тепла по всему объему заготовки.

1. Способ горячего формования композиционных изделий, состоящий в нагреве оснастки и заготовки или только оснастки, отличающийся тем, что заготовка и/или оснастка, содержащая в качестве армирующего материала углеволокно или комбинацию углеволокна с другим волокном, нагревается в поле СВЧ-излучателей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что конфигурация поля СВЧ-излучения повторяет контуры заготовки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что локально меняют мощность СВЧ-излучения в зависимости от толщины заготовки.

4. Способ горячего формования композиционных изделий, отличающийся тем, что заготовка, содержащая в качестве армирующего материала неэлектропроводное волокно, содержит в связующем электропроводные включения и нагревается в поле СВЧ-излучателей.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что такими включениями могут быть графены, и/или астролены, и/или фуллерены, и/или графитовый или угольный мелкодисперсный порошок, и/или алюминиевая, магниевая или другая металлическая пудра, и/или рубленое углеволокно, и/или любое металлизированное волокно.

6. Способ горячего формования композиционных изделий, состоящий в нагреве оснастки и заготовки, отличающийся тем, что через двойные стенки или через систему труб в оснастке пропускают жидкий теплоноситель.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что таким теплоносителем является вода, или соляной раствор, или гликоли, или минеральное сырье, или растительное масло.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что выбирают жидкость с температурой кипения, равной максимальной температуре технологического процесса.

9. Устройство для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что этим устройством является металлическая или металлизированная камера с установленными в ней в шахматном или в сотовом порядке СВЧ-излучателями.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что излучатели индивидуально отключаются, а также излучатели вращаются для более равномерного распределения излучения по объему камеры.



 

Похожие патенты:

Создание формы для вулканизации шины, обеспечивающей стабильное удаление газа при плотном введении лопатки в формирующую шину поверх- ность и способа изготовления такой формы.

Настоящее изобретение относится к пресс-форме для покрышки, покрышке и способу изготовления покрышки. Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик покрышки на льду и на снегу.

Сборная форма с нагревательным устройством, используемая в термопластических или термореактивных процессах, содержит верхнюю форму с верхней контактной поверхностью, нижнюю форму, две проводящие пластины и два провода.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении одновинтовых насосов. Пресс-форма для изготовления статора одновинтового насоса состоит из металлического остова и запрессованного в него эластомера с внутренней винтовой поверхностью, а также включает установленную на плоское основание матрицу с кольцевой загрузочной камерой и формующим блоком, пуансон, литниковую систему, знак, формирующий внутреннюю винтовую поверхность эластомера статора, и выталкиватель готового изделия.

Изобретение относится к конструкции пневматической шины, способной разряжать статическое электричество транспортного средства на поверхность дороги. .

Изобретение относится к пресс-форме для первичного формообразования или пластической деформации деталей из поддающихся термическому воздействию материалов. .

Изобретение относится к автомобильной промышленности. .

Изобретение относится к способу изготовления шины, при котором: производят и собирают конструктивные элементы шины на тороидальной опоре для получения невулканизированной шины, и предварительно вулканизируют, по меньшей мере, внутреннюю поверхность невулканизированной шины путем нагревания тороидальной опоры.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. .

Настоящее изобретение относится к многослойному изделию, не имеющему оси симметрии и изготовленному путем компрессионного формования в форме многослойной дозы термопластичных полимеров в расплавленном состоянии.

Изобретение относится к изготовлению лопатки вентилятора газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к вариантам способа получения формованного продукта и к вариантам устройств для получения формованного продукта. .

Изобретение относится к изготовлению резиновых технических изделий и может быть использовано при изготовлении мячей. .

Изобретение относится к области изготовления резиновых технических изделий и предназначено для изготовления листовой резиновой смеси. .

Изобретение относится к форме лопасти ротора для изготовления лопасти ротора ветроэнергетической установки или ее части, к способу изготовления лопасти ротора ветроэнергетической установки или ее части. Форма лопасти ротора содержит нагреваемый участок формы с формообразующей поверхностью для формования поверхности лопасти ротора. Нагреваемый участок формы содержит, по меньшей мере, два участка нагрева. Каждый участок нагрева включает в себя расположенный на/под формообразующей поверхностью, по меньшей мере, один электрический резистивный нагревательный элемент и блок питания для снабжения, по меньшей мере, одного резистивного нагревательного элемента электрическим током для нагрева. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических свойств получаемых изделий. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх