Спосіб виготовлення виробу з полімерних композиційних матеріалів

Спосіб виготовлення виробу з полімерних композиційних матеріалів, що включає просочування рулонного довгомірного волокнистого матеріалу полімерним сполучним, нанесення модифікуючого порошкового компонента на одну з його поверхонь, прокатування матеріалу з нанесеним порошковим шаром і формування з нього виробу, який відрізняється тим, що нанесення порошкового компонента здійснюють безпосередньо під час формування виробу, яке виконують шляхом намотування матеріалу на оправку, причому матеріал з нанесеним порошковим шаром пропускають між оправкою і прикатуючим роликом таким чином, що прикатуючий ролик при цьому не контактує з нанесеним порошковим шаром. Винахід відноситься до галузі виготовлення виробів та покриттів з полімерних композиційних матеріалів, які використовують в ракетно-космічній техніці, машинобудуванні та інших областях народного господарства. В наш час різко зростає виробництво та використання таких виробів, що пояснюється їх перевагою над металевими виробами з механічних властивостей в поєднанні з малою питомою вагою, з високим коефіцієнтом використання матеріалів в конструкціях та за рівнем технологічності (Розенберг Б.А., Ениколонян Н.С. Композиционные полимерные материалы. Журнал ВХО им. Д.И. Менделєєва, М, 1980г.). Одним з основних способів виготовлення виробів з полімерних композиційних матеріалів є намотування просочених полімерним сполучним тканин на спеціальну оправку. Цим способом виготовляють труби різного призначення та габаритів, цистерни, судини тиску, лижні палки, телескопічні вудилища, ізолятори та тощо. На кожний виріб в процесі експлуатації впливають різного роду механічні та фізичні навантаження, що потребує створення виробів з адекватними фізико механічними якостями і веде до спеціалізації технології виготовлення. Відомі способи виготовлення виробів з полімерних композиційних матеріалів (патенти Російської Федерації №2264295, МПК В32В27/12, 2005; №2263690, МПК В32В27/39, 2005; патент WO2005108046, МПК В29С53/56, 2005), шляхом намотування препрегу, який містить волокнисту тканину та полімерну матрицю, на спеціальну оправку та формування виробу. Недоліком відомих способів є обмеження області використання в створенні виробів зі спеціальними характеристиками, які обумовлені умовами їх експлуатації. Відомий спосіб виготовлення теплозахисних і/або антистатичних внутрішніх обичаєк склопластикових труб-оболонок різного класу і призначення (патент Російської Федерації №2206582, МПК7 C08J5/24, В32В1/10, 2003), який включає просочування тканого матеріалу гібридним полімерним сполучним у вигляді розчину епоксидних смол з введеними до нього модифікуючими порошковими компонентами, підсушки тканого матеріалу, намотування його на оправку та формування виробу. (19) UA (11) 86703 (13) C2 (21) a200710290 (22) 17.09.2007 (24) 12.05.2009 (46) 12.05.2009, Бюл.№ 9, 2009 р. (72) ЗАВОРІТЬКО ІВАН ЄВСІЙОВИЧ, UA, МАЛИЙ МИКОЛА АНДРІЙОВИЧ, UA, ЖЕЛТОВ ПАВЛО МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ЛУГОВСЬКИЙ ВІКТОР ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ТЕХНОЛОГІЇ МАШИНОБУДУВАННЯ", UA (56) RU 2264295, 20.11.2005 RU 2263690, 10.11.2005 WO 2005108046, 17.11.2005 RU 2206582, 20.06. 2003 RU 2302431, 10.07.2007 GB 986203, 17.03.1965 SU 168419, 09.10.1967 RU 2238448, 20.10.2004 3 Введення порошкових компонентів до складу матеріалу виробу забезпечило отримання заданих механічних і теплофізичних характеристик при підвищенні стійкості до радіації, горіння та старіння, і значно збільшило термін його служби. Недоліком відомого способу є низький рівень технологічності, який обумовлений збільшенням в'язкості гібридного сполучного при введенні до його складу порошкових компонентів, що ускладнює просочування тканого матеріалу, крім того, для досягнення однорідності структури отриманих виробів необхідно додатково наносити спеціальне покриття на нитки, з яких виготовлені тканини. Найбільш близьким за суттю та за технічним результатом є відомий спосіб отримання препрегу (патент Російської Федерації №2302431, МПК 7 C08J5/24, В32В15/10, 2007), який включає просочування волокнистого рулонного довгомірного матеріалу полімерним сполучним, нанесення модифікуючого порошкового компоненту на одну з його поверхонь, прокатування матеріалу з нанесеним порошковим шаром за допомогою відтискних валків і формування виробу у вигляді рулонного препрегу, який являється напівфабрикатом для виготовлення виробів з полімерних композиційних матеріалів. Недоліком відомого способу є низький рівень технологічності тому, що необхідно постійно контролювати зусилля притискання валків, від якого залежить кількість введення у матеріал порошкового компоненту, яка повинна бути суворо дозованою для забезпечення заданих характеристик виробу. Крім того, відомий спосіб призначений тільки для виготовлення напівфабрикатів у вигляді препрегів, а при виготовленні виробу з цього препрегу необхідний повторний нагрів його до температури плавлення сполучного, що веде до розвитку деструкційних процесів на границях розділу „частина порошку - полімерна матриця". В основу винаходу поставлене завдання удосконалення способу виготовлення виробу з полімерних композиційних матеріалів шляхом оптимізації алгоритму технологічного процесу та здійснення операції за введенням порошкового компоненту до складу матеріалу виробу без використання контакту валків або роликів з порошковим шаром при забезпеченні рівномірного проникнення суворо дозованої кількості модифікуючого порошкового компоненту в полімерну матрицю волокнистого рулонного довгомірного матеріалу. Поставлене завдання вирішується таким чином, що у способі виготовлення виробу з полімерних композиційних матеріалів, що включає просочування рулонного довгомірного волокнистого матеріалу полімерним сполучним, нанесення модифікуючого порошкового компоненту на одну з його поверхонь, прокатування матеріалу з нанесеним порошковим шаром і формування з нього виробу, згідно винаходу, нанесення порошкового компоненту здійснюють безпосередньо під час формування виробу, яке виконують шляхом намотування матеріалу на спеціальну оправку, причому матеріал з нанесеним порошковим шаром пропускають між оправкою і прикатуючим роликом таким 86703 4 чином, що прикатуючий ролик при цьому не контактує з нанесеним порошковим шаром. Заявлений спосіб дозволяє забезпечити високий рівень технологічності при підвищеній однорідності структури полімерних композиційних матеріалів для широкої номенклатури виробів з різноманітними спеціальними експлуатаційними характеристиками. Причинно-наслідковий зв'язок між отриманим технічним результатом та суттєвими ознаками винаходу реалізується таким чином. Високий рівень технологічності забезпечують тим, що здійснюють нанесення модифікуючуго порошкового компоненту на просочений сполучним волокнистий рулонний довгомірний матеріал в процесі його намотування на спеціальну оправку для формування виробу, що дозволяє виключити двохкратний нагрів до температури плавлення сполучного з введеним порошковим компонентом і можливість виникнення деструкційних процесів на границях розділу „частина порошку - полімерна матриця". Крім цього, прокатку матеріалу з нанесеним порошковим шаром проводять з допомогою прикатуючого ролика, що рухається по зовнішній поверхні матеріалу, який намотується на оправку. Це виключає контакт прикатуючого ролика з порошком, і як наслідок, необхідність постійного контролю зусилля його притиснення та очищування. Крім того, забезпечується одночасне рівномірне розподілення дозованої кількості порошкового компоненту у двох суміжних шарах матеріалу виробу, що також має дуже важливе значення тому, що вміст порошкового модифікуючого компоненту має бути строго дозованим та рівномірно розподіленим по усьому об'єму виробу для виключення таких негативних явищ як уповільнення або прискорення затвердження сполучного, що змінює гігроскопічність і газопроникність та інші якості виробу. При цьому, рівномірність розподілу одночасно порошкового компоненту у двох суміжних шарах виробу значно поліпшує однорідність його структури та забезпечує отримання заданих характеристик виробу. Суть винаходу пояснює креслення приведене на Фіг.1, на якому зображені схематично операції виготовлення виробів з полімерних композиційних матеріалів методом намотування, де: 1 - рулонний довгомірний волокнистий матеріал, який просочений полімерним сполучним, 2 - нагрівач, 3 - пристрій для дозованого нанесення порошкового компоненту, 4 - прикатуючий ролик, 5 - оправка. Заявлений спосіб реалізується таким чином. Підготовлений рулонний довгомірний волокнистий матеріал 1, що просочений полімерним сполучним, проходить через нагрівач 2, потім - під пристроєм 3, який здійснює дозоване нанесення порошкового компоненту на верхню поверхню матеріалу 1 і рухається до прикатуючого ролика 4, що прокатує матеріал 1 на оправку 5. Спосіб виготовлення виробів був випробуваний в промислових умовах на Південному машинобудівному заводі (м. Дніпропетровськ) при виготовленні контейнерів із полімерного композиційного матеріалу для збереження радіоактивних відходів. В якості рулонного довгомірного 5 86703 матеріалу використовували склотканину Т-11 ГОСТ 19170-73, в якості сполучного - епоксидну смолу ЭДТ-10П ОСТ 92-0957-74, в якості порошкового компоненту - модифікатор ТУУ24.620255452-009-2002. Були проведені дослідження механічних та фізичних характеристик дослідних зразків виробів, виготовлених за технологією заявленого способу і прототипу. Результати досліджень показали, що вироби, які були отримані за Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 заявленим способом, мають достатні захисні радіаційні властивості та більш високу динамічну міцність, що збільшує термін їх використання. Таким чином, заявлений спосіб дозволяє отримувати виріб з заданими спеціальними експлуатаційними характеристиками, збільшити термін його використання та розширити номенклатуру виробів з різними спеціальними властивостями. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601