Спосіб ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв’язуючими гарячого твердіння

Реферат: Спосіб ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв'язуючими гарячого твердіння включає попередню ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого у ванні просочення, наступне просочення за допомогою ультразвукової коливальної системи, що містить робочий інструмент, волокнистого наповнювача обробленим ультразвуком зв'язуючим як у ванні просочення, так і поза ванною просочення до стадії віджиму. Ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого і просочування волокнистого наповнювача здійснюють у низькочастотному ультразвуковому діапазоні. Ультразвукову коливальну систему виконують з можливістю переміщення та обертання у вертикальній площині відносно просочуваного волокнистого наповнювача, а також просочувальної ванни. Здійснюють дозоване притискання робочого інструмента до поверхні просочуваного волокнистого наповнювача як у просочувальній ванні, так і поза нею, а ультразвукову обробку здійснюють 2 при амплітуді, що перевищує 45 мкм, та інтенсивності 2-3 Вт/см . UA 75741 U (12) UA 75741 U UA 75741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів ультразвукового (УЗ) просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв'язуючими гарячого твердіння, і може бути використана в машинобудуванні, суднобудуванні й інших галузях промисловості. Відомий спосіб просочення орієнтованих волокнистих наповнювачів (ВН) епоксидними зв'язуючими, що включає УЗ-обробку зв'язуючого у ванні просочення, просочення наповнювача обробленим зв'язуючим і УЗ-обробку просоченого наповнювача після виходу з ванни просочення при частоті 17-22 кГц [1]. Проте цей спосіб не забезпечує ефективного одержання виробів на основі рідких просочувальних композицій епоксидних полімерів (ЕП) внаслідок недостатньої ефективності операції просочування. Найближчим до пропонованої корисної моделі по технічній суті є спосіб найближчого аналога, а саме спосіб просочення орієнтованих ВН епоксидними зв'язуючими, що включає УЗобробку рідкого зв'язуючого у ванні просочення, просочення наповнювача обробленим зв'язуючим і УЗ-обробку просоченого наповнювача після його виходу з ванни просочення у низькочастотному діапазоні при частоті 17-22 кГц. При цьому УЗ-обробку зв'язуючого 2 здійснюють при інтенсивності 1,5-3 Вт/см , частоті 17-44 кГц, амплітуді 5-12 мкм, температурі 70-90 °C протягом 30-45 хв, а просочений волокнистий наповнювач обробляють синхронно працюючими концентраторами поздовжніх УЗ-коливань, які розташовують напроти один одного симетрично щодо оброблюваного наповнювача і з можливістю утворення контакту з ним, при 2 інтенсивності 2-3 Вт/см , амплітуді 4-6 мкм, температурі 70-90 °C протягом 1-3 с [2]. Проте і цей спосіб не забезпечує ефективного одержання виробів на основі рідких просочувальних композицій ЕП внаслідок недостатньої ефективності операції просочування, а також відсутністю ефективних (оптимальних) параметрів УЗ-обробки. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності способу УЗ-просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв'язуючими гарячого твердіння шляхом ефективного розміщення засобів УЗ-обробки відносно до просочувальної ванни і просочуваного волокнистого наповнювача, а також вибору ефективних (оптимальних) параметрів УЗ-обробки. Поставлена задача вирішується тим, що у способі ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв'язуючими гарячого твердіння, що включає попередню ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого у ванні просочення, наступне просочення за допомогою ультразвукової коливальної системи, що містить робочий інструмент, волокнистого наповнювача обробленим ультразвуком зв'язуючим як у ванні просочення, так і поза ванною просочення до стадії віджиму, причому ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого і просочування волокнистого наповнювача здійснюють у низькочастотному ультразвуковому діапазоні, новим є те, що ультразвукову коливальну систему виконують з можливістю переміщення та обертання у вертикальній площині відносно просочуваного волокнистого наповнювача, а також просочувальної ванни, при цьому здійснюють дозоване притискання робочого інструмента до поверхні просочуваного волокнистого наповнювача як у просочувальній ванні, так і поза нею, а ультразвукову обробку здійснюють при амплітуді, що 2 перевищує 45 мкм, та інтенсивності 2-3 Вт/см . Здійснюють вибір геометрії опуклої форми випромінюючої поверхні робочого інструмента у залежності від матеріалу і структури оброблюваного волокнистого наповнювача. Вибирають ширину випромінюючої поверхні робочого інструмента такою, що перевищує ширину просочуваного волокнистого наповнювача. Перераховані вище ознаки складають суть корисної моделі. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Основними перевагами використання такого способу для УЗ-обробки в процесі просочення є зниження часу просочення і зменшення включень повітря в ПКМ, а також можливість повної автоматизації процесу. У запропонованому способі УЗ-коливальна система розташовується під кутом до ВН. При цьому частина робочого інструмента розташовується в зв'язуючому, а частина - поза зв'язуючим, забезпечуючи допросочування і видалення залишків повітря. Таке конструктивне виконання обумовлено тим, що УЗ-обробка прочосеного зв'язуючим ВН (на повітрі) підвищує ефективність просочування, сприяє рівномірному розподілу зв'язуючого і видаленню газових бульбашок. Частина робочого інструмента, занурена в зв'язуюче, забезпечує обробку і дегазацію полімерного зв'язуючого у всьому об'ємі через відсутність еластичного притискного матеріалу. У свою чергу, притискання здійснюється за рахунок вибору форми випромінюючої поверхні робочого інструмента. Нижню стінку ванни в місці розміщення над ним робочого інструмента 1 UA 75741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 коливальної системи виконують під кутом до поверхні зв'язуючого у ванні, перпендикулярно акустичній осі коливальної системи. Відстань від поверхні робочого інструмента до дна вибирають рівною половині довжини хвилі УЗК у зв'язуючому на робочій частоті коливальної системи. Виконання стінки ванни в зоні обробки паралельно робочій поверхні і забезпечення резонансного посилення УЗК за рахунок вибору відстані між випромінюючою поверхнею і стінкою, що дорівнює половині довжини хвилі, дозволяє забезпечити підвищення амплітуди коливань в зоні обробки і біля стінки ванни. Збільшення амплітуди коливань у стінки ванни дозволяє підвищити ефективність обробки зв'язуючого, насиченого повітрям, що повертається після віджимання до ванни. Вибране розміщення коливальної системи та робочого інструмента виключає потрапляння газів, що виділяються в процесі обробки, в оброблюваний наповнювач. Бульбашки повітря спливають перед незануреною в зв'язуюче частиною робочого інструмента. Суть даного технічного рішення пояснюється кресленням, де зображений пристрій для УЗпросочення. На кресленні прийняті наступні позначення: 1 - безперервні волокна, з яких формується ВН; 2 - просочувальна ванна зі зв'язуючим 3 гарячого твердіння; 4 - вихідний (дозуючий) пристрій; 5 - ультразвукова коливальна система; 6 - робочий інструмент; 7 нахилена поверхня просочувальної ванни 2; 8 - просочуваний ВН; 9 - випромінююча поверхня робочого інструмента 6. Пропонований спосіб реалізується за допомогою пристрою для УЗ-просочення ВН полімерним зв'язуючим таким чином. УЗ-коливальну систему 5 виконують з можливістю переміщення та обертання у вертикальній площині відносно просочуваного ВН 8, а також просочувальної ванни 2. Випромінюючу УЗ частину робочого інструмента 6 УЗ-коливальної системи розташовують у рідкому зв'язуючому 3, а частину - поза зв'язуючим 3. Нижню (нахилену) стінку просочувальної ванни 2 в місці розміщення над ним робочого інструмента 6 коливальної системи 5 виконують під кутом до поверхні зв'язуючого 3 у просочувальній ванні 2 і перпендикулярно акустичній осі УЗ-коливальної системи 6. Відстань від поверхні робочого інструмента 6 до дна 7 просочувальної ванни 2 вибирають рівною половині довжини хвилі УЗ-коливань у зв'язуючому 3 на робочій частоті УЗ-коливальної системи 6. При цьому здійснюють дозоване притискання робочого інструмента 6 до поверхні просочуваного ВН 8 як у просочувальній ванні 2, так і поза нею. УЗ-обробку здійснюють при 2 амплітуді, що перевищує 45 мкм, та інтенсивності 2-3 Вт/см . Вибір геометрії опуклої форми випромінюючої поверхні робочого інструмента здійснюють у залежності від матеріалу і структури оброблюваного волокнистого наповнювача, а ширину випромінюючої поверхні 9 робочого інструмента 6 вибирають такою, що перевищує ширину просочуваного ВН 8. Притискання робочого інструмента 6 до поверхні просочуваного ВН 8 у просочувальній ванні і поза нею здійснюють шляхом відповідного вибору форми випромінюючої поверхні 9 робочого інструмента 6, а також варіацією зусилля. Армуючий ВН 8, що складається з безлічі безперервних волокон 1, формується в пучок і за допомогою притискних роликів (на кресленні не позначено) надходить і протягується через ванну 2 зі зв'язуючим 3 до вихідного (дозуючого) пристрою 4, що забезпечує видалення надлишків зв'язуючого. УЗ-обробку рідкого зв'язуючого і просочування ВН як у ванні, так і поза нею здійснюють у низькочастотному УЗ-діапазоні. За допомогою вихідного (віджимно-дозувального) пристрою 4 здійснюють видалення надлишків зв'язуючого у просоченому ВН. Конструктивне виконання вищеописаного пристрою дозволило виключити недоліки існуючих на сьогоднішній день УЗ-пристроїв для просочення ВН полімерним зв'язуючим, а також способів, що реалізуються за їх допомогою. Джерела інформації: 1. А.С. СССР № 1464441, кл. C08J 5/24, 1987 г. 2. Спосіб просочення орієнтованих волокнистих наповнювачів епоксидними зв'язуючими. Патент України на корисну модель № 39145. МПК (2009) C08J 5/24; № u200810079; заявл. 04.08.2008; опубл. 10.02.2009, Бюл. № 3. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Спосіб ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв'язуючими гарячого твердіння, що включає попередню ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого у ванні просочення, наступне просочення за допомогою ультразвукової коливальної 2 UA 75741 U 5 10 15 системи, що містить робочий інструмент, волокнистого наповнювача обробленим ультразвуком зв'язуючим як у ванні просочення, так і поза ванною просочення до стадії віджиму, причому ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого і просочування волокнистого наповнювача здійснюють у низькочастотному ультразвуковому діапазоні, який відрізняється тим, що ультразвукову коливальну систему виконують з можливістю переміщення та обертання у вертикальній площині відносно просочуваного волокнистого наповнювача, а також просочувальної ванни, при цьому здійснюють дозоване притискання робочого інструмента до поверхні просочуваного волокнистого наповнювача як у просочувальній ванні, так і поза нею, а ультразвукову обробку здійснюють при амплітуді, що перевищує 45 мкм, та інтенсивності 2-3 2 Вт/см . 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що здійснюють вибір геометрії опуклої форми випромінюючої поверхні робочого інструмента у залежності від матеріалу і структури оброблюваного волокнистого наповнювача. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вибирають ширину випромінюючої поверхні робочого інструмента такою, що перевищує ширину просочуваного волокнистого наповнювача. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3