Спосіб ультразвукового просочування безперервних волокнистих наповнювачів полімерними зв’язуючими

1. Спосіб ультразвукового просочування безперервних волокнистих наповнювачів полімерними зв'язуючими, відповідно до якого здійснюють контактний вплив випромінювачами ультразвукових коливань, наприклад, у формі магнітострикційних перетворювачів з площинною випромінюючою пластиною, на поверхню матеріалу із заздалегідь 3 39150 Вказана задача вирішується тим, що в способі ультразвукового просочування безперервних волокнистих наповнювачів полімерними зв’язуючими, відповідно до якого здійснюють контактний вплив випромінювачами ультразвукових коливань, наприклад, у формі магнітострикційних перетворювачів з площинною випромінюючою пластиною, на поверхню матеріалу із заздалегідь нанесеним на нього полімерним зв’язуючим, новим є те, що, перед нанесенням полімерного зв’язуючого на безперервний волокнистий матеріал здійснюють попередню контактну ультразвукову обробку поверхні цього матеріалу, а також ультразвукову обробку полімерного зв'язуючого, а контактний вплив ультразвукових коливань на безперервний волокнистий матеріал із нанесеним на нього полімерним зв’язуючим здійснюють з дозованим зусиллям притискання поверхні випромінювачів до поверхні матеріалу, що обробляється. Здійснюють попередню ультразвукову обробку полімерного зв'язуючого при варіації робочого тиску і амплітуди ультразвукових коливань. Перераховані вище ознаки складають сутність корисної моделі. Наявність причинно-наслідного зв'язку між сукупністю істотних ознак корисної моделі і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Досліджували такі режими процесу поздовжнього (уздовж волокон) УЗ-просочування безперервних волокнистих наповнювачів: 1). просочування наповнювача неозвученим і озвученим УЗ-полем по оптимальному режиму зв'язуючим і контактний УЗ-вплив концентратором на наповнювач, що просочується, неозвученим і озвученим зв'язуючим (перший варіант/ просочування); 2). короткочасний контактний УЗ-вплив концентратором на поверхню непросоченого наповнювача і УЗ-обробка просоченого обробленого (модифікованого) наповнювача попередньо обробленим УЗ (озвученим) зв'язуючим (другий варіант II просочування, що відповідає розробленому способу). Крім того, здійснюють попередню ультразвукову обробку полімерного зв'язуючого при варіації робочого тиску і амплітуди ультразвукових коливань. При УЗ-обробці наповнювача, що просочується, концентратор розташовували в просторі між оправкою і дзеркалом зв'язуючого й теплообмінником, що полегшувало видалення повітряних включень з міжволоконного простору наповнювача. А за рахунок присутності надлишку зв'язуючого в зоні роботи концентратора при русі наповнювача через зв'язуюче відбувався рівномірний розподіл зв'язуючого по перетину наповнювача, що просочується. У свою чергу, здійснення попередньої двосторонньої контактної ультразвукової обробки поверхні безперервного волокнистого матеріалу, що не просочився, у тому числі з дозованим зусиллям притискання поверхні випромінювачів до поверхні матеріалу, що обробляється, сприяє підвищенню ефективності модифікації поверхні непросоченого наповнювача. 4 Кінетику просочування також оцінювали за наступним теоретичним кінетичним рівнянням [3]: t= h h2 , 2s cos q rеф (1) де t – час (поздовжнього) просочування, с; h – в'язкість рідини, Па×с; h – висота підйому просочувальної рідини, м×10-6; rеф – ефективний радіус пор, м×10-6; Q – крайовий кут змочування, град. Оптимальне зусилля натягнення наповнювача в процесі просочування Nopt становило для безперервного скловолокнистого наповнювача Nopt=3,5Н/м. На Фіг.1 і Фіг.2 представлені кінетичні криві поздовжнього просочування скловолокна епоксидними олігомерами (ЕО) ЕД-20 і УП-631-МК при температурі просочення 50°С по двох вищеозначених варіантах (I і II) просочування. На Фіг.1 і Фіг.2 прийняті наступні позначення: (о) – кінетична крива "вільного" просочування (тобто без дії УЗ); () – теоретична кінетична крива, отримана по рівнянню (1) за першим (I) варіантом УЗпросочування при частоті УЗ ¦=17кГц; (D) – експериментальна кінетична крива, отримана за першим (І) варіантом УЗ-просочування при частоті УЗ ¦=17кГц при амплітуді 5мкм за нормального робочого тиску; (à) – експериментальна кінетична крива, отримана за першим (І) варіантом УЗ-просочування при частоті УЗ ¦=22кГц при амплітуді 15мкм за підвищеного робочого тиску; ( ) – теоретична кінетична крива, отримана по рівнянню (1) за другим (II) варіантом УЗпросочування при частоті УЗ ¦=17кГц; (▲) – експериментальна кінетична крива, отримана за другим (II) варіантом УЗ-просочування при частоті УЗ ¦=17кГц за нормального робочого тиску; (♦) – експериментальна кінетична крива, отримана за другим (II) варіантом УЗ-просочування при частоті УЗ ¦=17кГц за підвищеного робочого тиску. При контакті з олігомером ЕД-20 (див. Фіг.1) кінетична крива поздовжнього просочування монотонно підіймається вгору і через 15с виходить на кінець дільниці (плато) насичення. У випадку просочування наповнювача озвученим по комбінованому (оптимальному) режиму олігомером час виходу в область насичення меншає в два-три рази, а висота підйому олігомера по волокну збільшується у два-три рази (варіант II просочування). При просочуванні озвученим олігомером УП631-МК (див. фіг. 2) швидкість і висота поздовжнього просочування збільшуються ще більше, тобто цей олігомер є більш чутливим до УЗ-впливу. При цьому максимуму висоти поздовжнього просочування відповідає мінімальне значення часу поздовжнього просочування t1. У результаті контактної УЗ-дії протягом деякого малого часу (0,5–10с) відбувається активація поверхні скловолокнистих наповнювачів, а також спостерігається поліпшення змочувальної спро 5 39150 можності полімерного зв'язуючого до скловолокна і збільшення сумарної питомої поверхні наповнювачів S yд під дією ударних хвиль, що виникають при лопанні кавітаційних порожнин. УЗ-активація починається при інтенсивності І УЗ, що перевищує деяке граничне значення. Ця величина залежить від стану поверхні твердої фази (наповнювача), а також від характеру і величини сил взаємодії між окремими частками твердої фази. Після включення УЗГ відбувалося різке збільшення підйому зв'язуючого по попередньо обробленій (промодифікованій) концентратором УЗповерхні склонаповнювача з подальшим виходом в область насичення (верхня кінетична крива 1 на Фіг.1 і Фіг.2). Після вимкнення генератора в точці початку дільниці насичення спостерігався деякий залишковий підйом зв'язуючого по наповнювачу, а загальна висота підйому зв'язуючого при УЗпросочуванні наповнювача озвученим зв'язуючим (варіант ІІ просочування) збільшилась в 2,5–4 рази для олігомера ЕД-20 і в 4–6 разів для олігомера УП-631-МК. 6 Таким чином, експериментально встановлено, що в результаті застосування за розробленим способом ефективних режимів УЗ-обробки при просочуванні орієнтованих волокнистих наповнювачів загальна висота підйому зв'язуючого (продуктивність просочування) при УЗ-просочуванні безперервного наповнювача попередньо озвученим зв'язуючим збільшується щонайменше в 2,5–4 рази для ЕО. Джерела інформації: 1. Шалун Г.Б. и др. Слоистые пластики. М.: Химия, 1978. С.105-106. 2. Способ пропитки и дозированного наноса связующего на длинномерный волокнистый материал. А.С. СССР №1781054, МПК В29В15/12, Опубл. 15.12.1992, Бюл. №46. 3. Колосов А.Е. Пропитка волокнистых наполнителей полимерными связующими. 1. Кинетические уравнения продольной и поперечной пропитки //Механика композитных материалов. –1987. –№5. –С.878–886. 7 Комп’ютерна в ерстка C.Литв иненко 39150 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601