Способ изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов

Изобретение относится к производству гофрированных листов из композиционных материалов для высокотемпературных теплообменников перекрестного типа, используемых в авиационной и ракетно-космической технике, дизельных двигателях, бойлерах и т.д. Способ изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов включает изготовление препрега с последующим его расположением на поверхности основания с зигзагообразным профилем, точно воспроизводящим внутренний контур формуемого гофрированного листа; нанесение на поверхность профиля основания адгезионного слоя и обеспечение полного прилегания препрега к основанию по всей поверхности зигзагообразного профиля основания; выравнивание гофры по высоте ответной прижимной плитой, нагрев для карбонизации сборки из основания с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой; охлаждение сборки и извлечение из нее полученного гофрированного листа, уплотнение гофрированного листа карбидом кремния из газовой фазы метилсилана. При этом препрег изготавливают из нетканого материала на основе волокна карбида кремния или углерода толщиной от 0,1 до 0,35 мм. При этом перед формированием препрега нетканый материал со стороны профиля основания соединяют с непроницаемой при комнатной температуре для адгезионного слоя и связующего полимерной пленкой, разлагающейся без коксового остатка во время карбонизации. Изобретение позволяет уменьшить массу гофрированного листа и повысить теплосъем через гофру. 1 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству гофрированных листов из композиционных материалов для высокотемпературных теплообменников перекрестного типа, используемых в авиационной и ракетно-космической технике, дизельных двигателях, бойлерах и т.д.

Известен способ изготовления сотовых структур («Справочник по композиционным материалам» под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1988. - 584 с), в котором гофрированный лист из композиционного материала из стеклопластиков, органопластиков или углепластиков получают методом рифления в валках, причем некоторые материалы при этом термофиксируют - подвергают нагреву до 160-180°C. Данный способ не обеспечивает получения гофрированного листа для высокотемпературного теплообменника, т.к. проводится при температуре отверждения полимерного связующего, при которой не происходит его термодеструкция. При повышении температуры обработки до температур разложения полимерной матрицы (600-1000°C) точность сформированного в валках профиля гофры не обеспечивается ввиду ее неизбежной усадки.

Известен способ изготовления гофрированного листа из неметаллического материала (US 4108938 A, МПК: B01D 67/00, B29C 53/22 (2006.01), опубл. 22.08.1978 г.), включающий формование пластины с образованием гофр с последующим нагревом. Известный способ не обеспечивает получение гофрированного листа для высокотемпературного теплообменника перекрестного типа, сохраняющего прочность при высоких температурах и имеющего низкую плотность, так как рифлению в валках подвергаются стекло-, органо- или углепластики, и при последующем переводе их в неорганическое состояние путем неокислительного отжига сформованная гофра претерпевает неизбежное коробление.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов (RU 2479815 C1, МПК: F28F 3/00 (2006.01), опубл. 20.04.2013 г.), принятый за прототип, включающий изготовление препрега с последующим его расположением на поверхности основания с зигзагообразным профилем, точно воспроизводящим внутренний контур формуемого гофрированного листа, нанесение на поверхность основания адгезионного слоя и обеспечение полного прилегания препрега к основанию по всей поверхности зигзагообразного профиля основания, выравнивание гофры по высоте ответной прижимной плитой, нагрев для карбонизации сборки из основания с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой, охлаждение сборки и извлечение из нее полученного гофрированного листа, уплотнение гофрированного листа карбидом кремния из газовой фазы метилсилана, при этом препрег изготавливают из углеродной ткани, ткани из карбидных волокон или волокон карбида кремния, пропитанных термореактивным или кремнийорганическим связующим.

Недостатком прототипа является высокая стоимость тканого материала (особенно карбидокремниевого), а также обусловленная методами ткачества микронеоднородность поверхностной плотности, шероховатость и повышенная толщина ткани, которая ухудшает необходимую для теплообменных устройств теплопроводность.

В связи с необходимостью длительной эксплуатации в воздушной среде наиболее целесообразным материалом для армирующего каркаса гофрированного листа высокотемпературных теплообменников является карбидокремниевое волокно. Однако ткани из карбидокремниевых волокон имеют высокую стоимость. Кроме того, производство непрерывного карбидокремниевого волокна и тканей на его основе ограничено. Наибольшей прочностью при высоких температурах обладают углеродные волокна, имеющие низкую окислительную стойкость. Существует производство ограниченного ассортимента углеродных волокнистых наполнителей для высокотемпературных композиционных материалов, который включает ткани и ленты. При этом их толщина составляет, как правило, не менее 0,4 мм при визуально значительном макро- и микронеоднородном распределении поверхностной плотности.

Задачей изобретения является экономически эффективное получение гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов широкой номенклатуры составов, повышение ресурса высокотемпературной эксплуатации на воздухе.

Техническим результатом при использовании изобретения является снижение массы за счет снижения толщины гофрированного листа и повышение, таким образом, теплосъема через гофру. Также уменьшение производственного цикла уплотнения гофрированного листа окислительностойким компонентом за счет использования нетканого материала с однородным распределением пор в материале радиусом от нескольких микрометров до 10÷20 мкм, тогда как в тканых материалах расстояния между волокнами достигают 500 и более микрометров.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов, включающем изготовление препрега с последующим его расположением на поверхности основания с зигзагообразным профилем, точно воспроизводящим внутренний контур формуемого гофрированного листа, нанесение на поверхность основания адгезионного слоя и обеспечение полного прилегания препрега к основанию по всей поверхности зигзагообразного профиля основания, выравнивание гофры по высоте ответной прижимной плитой, нагрев для карбонизации сборки из основания с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой, охлаждение сборки и извлечение из нее полученного гофрированного листа, уплотнение гофрированного листа карбидом кремния из газовой фазы метилсилана, препрег изготавливают из нетканого материала на основе волокна углерода или карбида кремния толщиной от 0,1 до 0,35 мм, при этом перед формированием препрега нетканый материал со стороны профиля основания соединяют с непроницаемой при комнатной температуре для адгезионного слоя и связующего полимерной пленкой, разлагающейся без коксового остатка во время карбонизации.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Способ изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционного материала осуществляется следующим образом.

Для изготовления гофрированного листа 1 используют препрег, который изготавливают на основе нетканого материала толщиной от 0,1 до 0,35 мм на основе углеродных волокон или волокон карбида кремния. Нетканый материал перед формированием препрега соединяют с непроницаемой для адгезионного слоя и связующего полимерной пленкой, не склонной к циклизации при пиролизе, например полиэтиленовой или полипропиленовой, толщиной от 0,015 до 0,025 мм и выдерживают между нагретыми плитами гидравлического пресса (на чертеже не указан) до температуры, не превышающей температуру плавления полимерной пленки, затем пропитывают термореактивным или кремнийорганическим связующим. Далее на поверхность зигзагообразного профиля основания 2 наносят адгезионный слой (например, резиновый клей) и приклеивают приготовленный препрег стороной с присоединенной к нему полимерной пленкой к поверхности зигзагообразного профиля основания 2, обеспечивая полное прилегание препрега к поверхности зигзагообразного профиля основания 2 и заполнение всех углов профиля. Затем выравнивают гофру по высоте посредством прижимания препрега к зигзаобразному профилю основания 2 ответной прижимной плитой 3. Подвергают сборку из основания 2 с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой 3 нагреву для карбонизации. Нагрев последовательно производят до температур термодеструкции адгезионного слоя и полимерной пленки (300-400°C), а затем до температур карбонизации связующего в неокислительной среде (800-1000°C). Далее сборку охлаждают и извлекают из нее гофрированный лист 1, имеющий одинаковый по высоте заданный профиль гофры. Затем гофрированный лист 1 с уже сформировавшимся профилем направляют на уплотнение карбидом кремния из газовой фазы метилсилана при температуре до 700°C.

Для уменьшения разницы в термическом расширении между материалом основания 2, ответной прижимной плиты 3 и формуемого препрега основание 2 и прижимная плита 3 могут быть выполнены из графита или углерод-углеродного композиционного материала.

Пример 1.

Для изготовления гофрированного листа 1 используют препрег, который изготавливают на основе углеродного нетканого материала, который, в свою очередь, получают неокислительным отжигом до 800-1000°C из нетканого материала марки ОКСИПАН (ТУ 8397-002-45680943-2010), состоящего из штапелированных волокон длиной 40 мм на основе окисленного полиакрилонитрила, скрепленных в полимерном состоянии гидроструйной обработкой по методу «Spunlace». Перед формированием препрега углеродный нетканый материал толщиной 0,3 мм накладывают на непроницаемую для адгезионного слоя и связующего полипропиленовую пленку (по ГОСТ 10354-82) толщиной 0,015 мм и выдерживают между нагретыми плитами гидравлического пресса Г4617 до температуры, не превышающей температуру плавления полипропиленовой пленки, т.е. до 170°C. Затем остывшую в прессе до комнатной температуры заготовку пропитывают связующим - бакелитовым лаком ЛБС-1, представляющим собой раствор фенолформальдегидной смолы резольного типа в этиловом спирте (по ГОСТ 901-78). Далее на зигзагообразную поверхность профиля основания 2, выполненного из углерод-углеродного композиционного материала, наносят резиновый клей марки 88-СА (по ТУ 2513-039-23336352-99) и приклеивают приготовленный препрег стороной с присоединенной к нему полипропиленовой пленкой к поверхности зигзагообразного профиля основания 2 до полного прилегания препрега к поверхности зигзагообразного профиля основания 2 и заполнения всех углов профиля. Затем выравнивают гофру по высоте посредством прижимания препрега к зигзаобразному профилю основания 2 ответной прижимной плитой 3, выполненной из углерод-углеродного композиционного материала. Подвергают сборку из основания 2 с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой 3 нагреву для карбонизации до 1000°C. Нагрев последовательно производят до температур термодеструкции примененного резинового клея марки 88-СА и полимерной пленки (300-400°C), а затем до температур карбонизации связующего в неокислительной среде (800-1000°C). Далее сборку охлаждают и извлекают из нее полученный гофрированный лист 1, имеющий одинаковый по высоте заданный профиль гофры. Затем гофрированный лист 1 с уже сформировавшимся профилем направляют на уплотнение карбидом кремния из газовой фазы метилсилана при температуре до 700°C.

Пример 2.

Для изготовления гофрированного листа 1 используют препрег, который изготавливают на основе карбидокремниевого нетканого материала, который, в свою очередь, получают неокислительным отжигом до 800-1000°C из нетканого материала, состоящего из штапелированных волокон длиной 40 мм на основе окисленного поликарбосилана, скрепленных в полимерном состоянии гидроструйной обработкой по методу «Spunlace». Перед формированием препрега карбидокремниевый нетканый материал толщиной 0,2 мм накладывают на непроницаемую для адгезионного слоя и связующего полиэтиленовую пленку (по ГОСТ 10354-82) толщиной 0,025 мм и выдерживают между нагретыми плитами гидравлического пресса Г4617 до температуры, не превышающей температуру плавления полиэтиленовой пленки, т.е. до 120°C. Затем остывшую в прессе до комнатной температуры заготовку пропитывают связующим, представляющим собой раствор поликарбосилана в гексане. Далее на зигзагообразную поверхность профиля основания 2, выполненного из углерод-углеродного композиционного материала, наносят резиновый клей марки 88-СА (по ТУ 2513-039-23336352-99) и приклеивают приготовленный препрег стороной с присоединенной к нему полиэтиленовой пленкой к поверхности зигзагообразного профиля основания 2 до полного прилегания препрега к поверхности зигзагообразного профиля основания 2 и заполнения всех углов профиля. Затем выравнивают гофру по высоте посредством прижимания препрега к зигзаобразному профилю основания 2 ответной прижимной плитой 3, выполненной из углерод-углеродного композиционного материала. Подвергают сборку из основания 2 с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой 3 нагреву для карбонизации до 1000°C. Нагрев последовательно производят до температур термодеструкции примененного резинового клея марки 88-СА и полимерной пленки (300-400°C), а затем до температур пиролиза связующего в неокислительной среде (800-1000°C). Далее сборку охлаждают и извлекают из нее полученный гофрированный лист 1, имеющий строго одинаковый по высоте заданный профиль гофры. Затем гофрированный лист 1 с уже сформировавшимся профилем направляют на уплотнение карбидом кремния из газовой фазы метилсилана при температуре до 700°C.

Использование в качестве наполнителя нетканого материала на основе волокна карбида кремния или углерода позволит получить препрег толщиной от 0,1 до 0,35 мм и сократить затраты на его изготовление. Но, так как нетканый материал, даже подвергнутый гидросплетению по методу «Spunlace», характеризуется относительно невысокой когезией (связностью), то прямой контакт поверхности профилированного основания, смазанного клеем, непосредственно с тонким нетканым наполнителем приводит к нежелательному проникновению клея внутрь объема наполнителя, что приводит уже на стадии формования гофры к существенному нарушению целостности нетканого наполнителя, поэтому заготовку нетканого материала во время формирования препрега соединяют с непроницаемой для клея и связующего полимерной пленкой, например полиэтиленовой или полипропиленовой, толщиной от 0,015 до 0,025 мм, которая разлагается без коксового остатка во время карбонизации.

Для изготовления следующего гофрированного листа 1 процесс повторяют.

Способ изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов, включающий изготовление препрега с последующим его расположением на поверхности основания с зигзагообразным профилем, точно воспроизводящим внутренний контур формуемого гофрированного листа, нанесение на поверхность профиля основания адгезионного слоя и обеспечение полного прилегания препрега к основанию по всей поверхности зигзагообразного профиля основания, выравнивание гофры по высоте ответной прижимной плитой, нагрев для карбонизации сборки из основания с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой, охлаждение сборки и извлечение из нее полученного гофрированного листа, уплотнение гофрированного листа карбидом кремния из газовой фазы метилсилана, отличающийся тем, что препрег изготавливают из нетканого материала на основе волокна углерода или карбида кремния толщиной от 0,1 до 0,35 мм, при этом перед формированием препрега нетканый материал со стороны профиля основания соединяют с непроницаемой при комнатной температуре для адгезионного слоя и связующего полимерной пленкой, разлагающейся без коксового остатка во время карбонизации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплообменник содержит множество пластин, каждая из которых содержит множество углублений, при этом углубления содержат вершины и основания, вершины, по меньшей мере, одной пластины теплообменника соединены с основаниями смежной пластины теплообменника и, по меньшей мере, часть углублений соединена с, по меньшей мере, одним смежным углублением посредством участка стенки.

Изобретение относится к способу изготовления охлаждающего модуля (10) в виде корпуса с внутренним пространством (24) для размещения батарейных ячеек (22), причем корпус имеет между впускной и выпускной зонами один или несколько параллельных друг другу охлаждающих каналов (20) и выполняется, по меньшей мере, частично из одного или нескольких отрезков полого профиля (30).

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Пластинчатый теплообменник включает в себя стопу из множества пластин, каждая из которых имеет вход и выход для текучей среды.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Наборный пластинчатый теплообменник содержит множество наборных коллекторов.

Изобретение относится к теплотехнике, предназначено для использования в теплообменных аппаратах и может применяться в космической, авиационной, энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчато-трубчатых теплообменниках. В теплообменнике, содержащем ряд пар теплообменных пластин, изготовленных из металлического листа, имеющего трехмерную систематизированную структуру, причем внутри ряда указанных пар образован первый проточный канал, а между указанными парами образован второй проточный канал, при этом каждая пластина имеет, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, в каждой указанной теплообменной пластине выполнено по меньшей мере одно вспомогательное отверстие, имеющее выступающую кромку, образующую отбортовку, вставляемую в соответствующее вспомогательное отверстие соседней теплообменной пластины.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчато-трубчатых теплообменниках. В теплообменнике, содержащем ряд пар теплообменных пластин, изготовленных из металлического листа, имеющего трехмерную систематизированную структуру, причем внутри ряда указанных пар образован первый проточный канал, а между указанными парами образован второй проточный канал, при этом каждая пластина имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, сквозное отверстие окружено язычками, вырезанными в его зоне и отогнутыми наружу, причем язычки одной пластины введены в сквозное отверстие соседней пластины.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в рекуперативных теплообменниках. Теплообменник содержит послойно расположенные гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, причем гофры выполнены переменной ширины по шагу через одну, поочередно двух размеров, образующих площади проходных сечений для воздуха FB и для газа FГ в соотношении между собой, определяемым по формуле , где рB - давление воздуха в тракте теплообменника рГ - давление газа в тракте теплообменника ΔрВ - потери давления воздуха в тракте теплообменника ΔpГ - потери давления газа в тракте теплообменника tB - температура воздуха в тракте теплообменника tГ - температура газа в тракте теплообменника Технический результат - оптимизация габаритов пластинчатых теплообменников с компланарными каналами.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к листам из чистого титана, которые могут быть использованы для изготовления пластин теплообменников. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть применено в радиаторах отопительных и охлаждающих установок. .

Изобретение относится к устройству и к способу пропитывания пористого материала порошком. .

Изобретение относится к способу получения препрега, используемого при изготовлении многослойных полимерных композиционных материалов для аэрокосмической, автомобильной, судостроительной и других областей техники, где требуются теплозащитные материалы с повышенными жаростойкими свойствами.
Изобретение относится к области создания эпоксидных композиций и может использоваться в качестве связующих при изготовлении полимерных композиционных материалов в качестве основы для клеев, герметиков, покрытий.
Изобретение относится к лакокрасочной промышленности и предназначено, в частности, для пропитывания базальтовой ткани. .

Изобретение относится к формованным изделиям на основе термопластичных смол, армированных волокном длинной резки, которые используются для различных изделий, таких как волокна, нетканые и тканые материалы, маты, ламинаты и т.д.

Изобретение относится к фиксирующей нити для сшивания армирующих волокон, используемой, в частности, при формировании волокнистой заготовки для изготовления армированного волокнами композитного компонента посредством пропитки отверждаемым полимерным материалом.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для пропитки обмоток тяговых электродвигателей на железнодорожном транспорте. .

Изобретение относится к области пропитки ячеистых и пористых материалов, в частности тканей, лент, жгутов. .

Изобретение относится к способу получения препрега, используемого при изготовлении многослойных полимерных композиционных материалов для аэрокосмической, автомобильной, судостроительной и других областей техники. Способ изготовления препрега с автоматическим контролем технологического процесса, включающий измерение массы Мзн непропитанной заготовки, размещение заготовки в герметичной камере, вакуумирование герметичной камеры с размещенной в ней заготовкой, определение количества пропиток nпр и вакуумных сушек nс, определение времени пропитки за один цикл τпр, определение давления при пропитке под вакуумом Рпр, расчет массы смолы Мс в пропитанной заготовке, определение массы лака Мл, требуемой для пропитки заготовки, и массы порции лака Млп, требуемой для каждой пропитки, определение давления при сушке под вакуумом Ркл, соответствующего температуре кипения лака, определение массы удаляемого при каждой сушке растворителя Мnсп. Способ включает многоразовую вакуумную пропитку и сушку заготовки, извлечение готового препрега из герметичной камеры. Изобретение обеспечивает сокращение затрат на материалы, уменьшение трудоемкости процесса. 1 ил.

Изобретение относится к производству гофрированных листов из композиционных материалов для высокотемпературных теплообменников перекрестного типа, используемых в авиационной и ракетно-космической технике, дизельных двигателях, бойлерах и т.д. Способ изготовления гофрированного листа для теплообменника из композиционных материалов включает изготовление препрега с последующим его расположением на поверхности основания с зигзагообразным профилем, точно воспроизводящим внутренний контур формуемого гофрированного листа; нанесение на поверхность профиля основания адгезионного слоя и обеспечение полного прилегания препрега к основанию по всей поверхности зигзагообразного профиля основания; выравнивание гофры по высоте ответной прижимной плитой, нагрев для карбонизации сборки из основания с приклеенным к нему гофрированным препрегом и ответной прижимной плитой; охлаждение сборки и извлечение из нее полученного гофрированного листа, уплотнение гофрированного листа карбидом кремния из газовой фазы метилсилана. При этом препрег изготавливают из нетканого материала на основе волокна карбида кремния или углерода толщиной от 0,1 до 0,35 мм. При этом перед формированием препрега нетканый материал со стороны профиля основания соединяют с непроницаемой при комнатной температуре для адгезионного слоя и связующего полимерной пленкой, разлагающейся без коксового остатка во время карбонизации. Изобретение позволяет уменьшить массу гофрированного листа и повысить теплосъем через гофру. 1 ил., 2 пр.

Наверх