Пристрій для просочення і дозованого нанесення зв’язуючого на довгомірний волокнистий матеріал

1. Пристрій для просочення і дозованого нанесення зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал, що містить засіб для нанесення зв'язуючого на матеріал, що просочується, і попереднього просочення, засіб віджимання матеріалу, що просочився, одну пару робочих інструментів, які розміщені між засобом для нанесення зв'язуючого і попереднього просочення і засобом віджимання, при цьому робочі інструменти мають індивідуальні приводи і виконані у вигляді ультразвукових магнітострикційних перетворювачів, які контактують з матеріалом, що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини і з можливістю зміни зусилля притискання, причому робочі інструменти розташовані зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, по обидва боки відносно нього і під різними кутами нахилу до площини матеріалу, що обробляється, A (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПРОСОЧЕННЯ І ДОЗОВАНОГО НАНЕСЕННЯ ЗВ'ЯЗУЮЧОГО НА ДОВГОМІРНИЙ ВОЛОКНИСТИЙ МАТЕРІАЛ 42617 З метою збільшення ефективності міри просочення і дозування сполучного, пристрій забезпечений другим інструментом для просочення і дозування сполучного, який розташований по інший бік від першого інструменту відносно матеріалу, що обробляється. Причому інструменти встановлені до засобів віджимання під різними кутами до площини матеріалу, який просочився, що знаходяться в межах 10-45°. Варіантами пристрою прототипу є розташування інструментів для просочення і дозування сполучного, а саме: розташування інструментів, які мають асинхронні індивідуальні приводи, зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, а також симетричне розташування інструментів, що мають синхронні індивідуальні приводи, відносно площини матеріалу, що просочився. Однак і пристрій за прототипом забезпечує недостатню міру просочення в зв'язку з недостатньою підготовкою матеріалу, що не просочився, перед операцією просочення, внаслідок чого для просочення потрібно або зменшення швидкості протягування матеріалу, або збільшення кількості розчинника в просочувальному складі. В основу винаходу поставлена задача підвищення якості і ефективності просочення і дозованого нанесення сполучного на довгомірний волокнистий матеріал шляхом застосування засобів, що сприяють підвищенню якості як попереднього, так і подальшого просочення і дозування нанесення сполучного шляхом УЗ-обробки, а саме: УЗ-активації поверхні і структури волокнистого наповнювача з метою поліпшення його змочуваності сполучним, дегазації структури наповнювача безпосередньо перед просоченням і збільшення продуктивності процесу просочення і дозованого нанесення сполучного за рахунок збільшення швидкості протягування наповнювача при збереженні властивостей кінцевого композиту. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для просочення і дозованого нанесення сполучного на довгомірний волокнистий матеріал, що містить засіб для нанесення сполучного на матеріал, що просочується, і попереднього просочення, засіб віджимання матеріалу, що просочився, одну пару робочих інструментів, які розміщені між засобом для нанесення сполучного і попереднього просочення і засобом віджимання, при цьому робочі інструменти мають індивідуальні приводи і виконані у вигляді ультразвукових магнітострикційних перетворювачів, які контактують з матеріалом, що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини і з можливістю зміни зусилля притискання, причому робочі інструменти розташовані зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, по обидва боки відносно нього і під різними кутами нахилу до площини матеріалу, що обробляється, додатково міститься друга пара робочих інструментів, які мають індивідуальні приводи і які розміщені перед засобом для нанесення сполучного, при цьому друга пара робочих інструментів контактує з матеріалом, що обробляється, по всій поверхні випромінюючих пластин. Пристрій також містить робочі інструменти, які розміщені перед засобом для нанесення сполуч ного на матеріал, що просочується, і попереднього просочення, розташовані паралельно поверхні матеріалу, що обробляється, і на змінній відстані від нього. Величина кутів нахилу робочих інструментів, розміщених перед засобом для нанесення сполучного, що просочується, і попереднього просочення, до площини матеріалу, що обробляється, знаходяться в межах 0-5°, при цьому робочі елементи контактують з матеріалом, що обробляється, ребром краю випромінюючої пластини. Величина кутів нахилу робочих інструментів, розміщених між засобом для нанесення сполучного і попереднього просочення і засобом віджимання, до площини матеріалу, що обробляється, знаходяться в межах 5-30°. Внаслідок як контактного, так і безконтактного впливу УЗК на сухий (непросочений) і просочений волокнистий матеріал в пристрої, що пропонується, досягаються наступні результати. На трьох дільницях, розташованих перед засобом для нанесення сполучного на матеріал, що просочується, і попереднього просочення, а саме: на першій дільниці, обмеженій перевалочним валком і першим випромінювачем з другої пари випромінювачів, встановленої до засобу для нанесення сполучного, на другій дільниці, що обмежена випромінювачами цієї пари, і на третій дільниці, розташованій між другим випромінювачем цієї пари і огинаючим валком, розташованим в засобі для нанесення сполучного на матеріал, що просочується, і попереднього просочення, змінюється зусилля натягнення матеріалу, що обробляється. Це зусилля є різним на різних дільницях. Це натягнення сприяє тому, що при контакті поверхні УЗ-випромінювачів з матеріалом, що обробляється, на вищезгаданих дільницях виникають як поздовжні (вздовж довжини матеріалу), так і поперечні коливання. Частота і амплітуда сталих поперечних коливань в матеріалі, що обробляється, регулюється як шляхом зміни натягнення склострічки, так і зміною відстані між елементами, що знаходяться на кордонах відповідних дільниць. Частота і амплітуда поздовжніх коливань залежить як від натягнення стрічки, так і від характеристик випромінювання поверхні робочих елементів. Охарактеризуємо використання і взаємне розташування робочих інструментів в пристрої, що пропонується. Використання в пристрої, що пропонується, як першої, так і другої пари робочих елементів у вигляді ультразвукових магнітострикційних перетворювачів з прямокутною випромінюючою пластиною, нахиленою до поверхні матеріалу, що обробляється, під гострим кутом, сприяє як ефективній активації поверхні наповнювача, що не просочився, і його дегазації, так і попередній обробці сполучного краєм випромінюючої пластини з більш глибоким проникненням сполучного в пори матеріалу, що скупчується перед ребром пластини, особливо при симетричній установці перетворювачів. Наявність індивідуальних приводів до кожного перетворювача в парі робочих інструментів, розташованих перед засобом для нанесення сполучного на матеріал, що просочується, і попереднього просочення, дозволяє проводити ефективну і ло 2 42617 калізовану обробку наповнювача, що не просочився, із змінними значеннями інтенсивності і амплітуди коливань у залежності від матеріалу (його товщини, що обробляється, структури, попередньої поверхневої обробки волокон - наявності апретів, замаслювачів тощо). У разі застосування наповнювачів з малою товщиною і розрідженою структурою використовуються робочі інструменти з кутами нахилу до площини матеріалу, що не просочився, і що обробляється, в межах 0-5°. При цьому робочі елементи контактують з матеріалом, що обробляється, тільки ребром краю випромінюючої пластини. У разі застосування більш щільних і міцних тканих матеріалів, таких як конструкційні склотканини тощо, взаємодія здійснюється з дозованим зусиллям притискання і притому по всій площі випромінюючої поверхні магнітострикційних перетворювачів. Змінні параметри обробки – час обробки, амплітуда, частота, інтенсивність - визначаються експериментально в кожному конкретному випадку. Ще однією перевагою застосування пристрою, що пропонується, є зменшення діапазону кутів нахилу першої пари робочих інструментів, встановлених перед засобом віджимання, а саме: з 10-45°С (як в пристрої за прототипом) до 5-30° (в пристрої, що пропонується) за рахунок ефективної УЗ-активації наповнювача, що не просочився (тобто своєрідної передпросочувальної підготовки наповнювача) при збереженні властивостей кінцевого виробу (процента сполучного в наповнювачі, міри просочення і фізико-механічних властивостей). Таким чином, УЗ-активація наповнювача, що не просочився, позитивно позначається і при подальшій УЗ-обробці в процесі дозування змісту сполучного і допросочення, що істотно впливає на фізико-механічні властивості і на несучу здатність виробів. Наявність асинхронних індивідуальних приводів до кожного перетворювача з пари робочих інструментів, розташованих до засобу віджимання матеріалу, що просочився, дозволяє отримувати асинхронні УЗК. Завдяки зсуву по фазі УЗК, що впливають на одну з сторін матеріалу, відносно УЗК, направлених на іншу сторону матеріалу, повітряні включення видавлюються з міжволоконного простору. Таким чином, досягається рівномірність насичення матеріалу, що просочився. У свою чергу, прямокутна випромінююча пластина дозволяє передавати УЗК рівномірно по всій ширині матеріалу, готуючи сполучне, і поступово збільшуючи тиск "прогонки" сполучного через матеріал, що просочився, додатково до тиску УЗК, а також остаточно видаляти надлишки сполучного з відповідної сторони матеріалу, що просочився, ребром випромінюючої пластини. На фіг. 1 показана загальна схема пристрою; на фіг. 2 показана схема загального розташування пластин, які розміщені до засобу для нанесення сполучного; на фіг. 3 показана схема розташування цих же пластин паралельно поверхні матеріалу, що обробляється, і на змінній відстані від нього; на фіг. 4 показана схема несиметричного розташування пари пластин, розміщених між засобом для нанесення сполучного і попереднього просочення і засобом віджимання; на фіг. 5 показана схема симетричного розташування цих же пластин. Пристрій для просочення і дозованого нанесення сполучного на довгомірний волокнистий матеріал містить засіб 1 для нанесення сполучного на матеріал, що просочується, і попереднього просочення, що виконаний у вигляді просочувальної ванни зі сполучним 2, в якій розташовується огинаючий валок 3. Армуючий довгомірний волокнистий матеріал 4 змотується з бобіни 5 і пропускається через перевалочний валок 6, огинаючий валок 3, віджимні валки 7, напрямний валок 9 і заправляється на приймальній бобіні 10. Остаточне віджимання сполучного проводиться засобом віджимання матеріалу, що просочився, виконаним у вигляді двох віджимних валків 7. Після цього матеріал, що просочився, поступає до сушильної камери 8, а потім потрапляє на напрямний валок 9 і намотується на приймальну бобіну 10. Для допросочення і дозування нанесення сполучного пристрій, що пропонується, містить одну пару робочих інструментів 11 і 12, які розміщені між засобом 1 для нанесення сполучного і попереднього просочення і засобом віджимання 7. При цьому робочі інструменти 11 і 12 мають індивідуальні приводи від ультразвукового генератора 13 і виконані у вигляді ультразвукових магнітострикційних перетворювачів, які контактують з матеріалом 4, що просочився і що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини із змінним зусиллям притискання. Причому робочі інструменти 11 і 12 розташовані зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу 4, що обробляється, по обидва боки відносно нього і під різними кутами нахилу a 1 і a 2 до площини матеріалу, що знаходяться межах 5-30°. Робочі інструменти 11 і 12 контактують з матеріалом, що просочився, із змінним зусиллям притискання F1, і F2 , відповідно. Пристрій також містить другу пару робочих інструментів 14 і 15, які мають індивідуальні приводи від ультразвукового генератора 16 і які розміщені перед засобом 1 для нанесення сполучного і попереднього просочення. При цьому друга пара робочих інструментів 14 і 15 контактує з матеріалом 4, що не просочився і що обробляється, по всій поверхні випромінюючих пластин з дозованим зусиллям притискання F3 і F4 , відповідно. Крім того, робочі інструменти 14 і 15 можуть бути розташованими паралельно поверхні матеріалу 4, що не просочився і що обробляється, і на змінній відстані d від нього (як правило, що не перевищує товщину матеріалу, що просочується див. фіг. 2). У разі використання матеріалів з малою товщиною і рідкою структурою величини кутів нахилу a 3 і a 4 робочих інструментів 14 і 15 до площини матеріалу 4, що обробляється, знаходяться в межах 0-5°. При цьому робочі елементи 14 і 15 контактують з матеріалом 4, що не просочився і що обробляється, ребром краю випромінюючої пластини (див. фіг. 3). У пристрої кожний дозуючий перетворювач 11, 12, 14, 15 складається з пакетів магнітострикційного матеріалу (пермендюр), приварених перпендикулярно з неробочого боку випромінюючої пласти 3 42617 ни і що мають індивідуальні обмотки збудження. При установці пластин 11 і 12 одна над іншою по обидва боки відносно матеріалу 4, що просочується (див. фіг. 4), напруження збудження подається на пакети зі зсувом по фазі і в певній послідовності. Завдяки цьому досягається переміщення пучності (амплітуди) хвилі ультразвукових коливань від контактуючого ребра до протилежного напряму переміщення матеріалу грані випромінюючої пластини. Зсув напруги по фазі пластин 11 і 12 регулюється в межах 0-180°. При зсуві напруги 180° верхня 11 і нижня 12 пластини працюють за принципом асинхронного приводу, і пучність на одній, симетрично розташованій, пластині співпадає із западиною на другій пластині 12, і навпаки. По ширині випромінюючих пластин 11 і 12 коливання розповсюджуються рівномірно, а по довжині - згідно із законом подачі напруги на обмотки збудження, тобто досягається аналогія перистальтичного переміщення рідких і пастоподібних середовищ. Випромінюючі пластини при цьому повинні бути виготовлені з матеріалу, що володіє значною міцністю згинання. Пристрій працює таким чином. В області, обмеженій засобом 1 для нанесення сполучного, проводять УЗ-активацію і попередню дегазацію матеріалу 4, що не просочився, з інтенсивністю УЗК І3 і І4 і з дозованим зусиллям притискання F3 і F 4 матеріалу 4 за допомогою пари робочих інструментів 14 і 15, які контактують з матеріалом 4, що не просочився і що обробляється, по всій поверхні випромінюючих пластин. У разі використання матеріалів з малою товщиною і рідкою структурою робочі інструменти 14 і 15 розташовують паралельно поверхні матеріалу 4, що не просочився і що обробляється, на змінній відстані d від нього (як правило, що не перевищує товщин у матеріалу, що просочується) або під кутами нахилу a 3 і a 4 до площини матеріалу 4, що обробляється, які лежать в межах 0-5°. При цьому робочі елементи 14 і 15 контактують з матеріалом 4, що не просочився і що обробляється, ребром краю випромінюючої пластини (див. фіг. 2). Після цього матеріал 4 поступає в засіб 1 для нанесення сполучного і попереднього просочення, де він просочується у ванні зі сполучним 2, після виходу з якої забезпечується попереднє неконтрольоване нанесення сполучного 2 на матеріал 4, що заздалегідь просочився. Після цього матеріал 4, що просочився, обробляють з двох боків ультразвуковими перетворювачами у вигляді випромінюючих прямокутних пластин 11 і 12, які мають індивідуальні приводи від ультразвукового генератора 13, і які виконані у вигляді ультразвукових магнітострикційних перетворювачів. Останні контактують з матеріалом 4. що просочився і що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини зі змінним зусиллям притискання F1 і F2 , відповідно. Причому робочі інструменти 11 і 12 розташовані зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу 4, що обробляється, по обидва боки відносно нього і під різними кутами нахилу a 1 і a 2 до площини матеріалу, що знаходяться в межах 5-30°. Варіювання змісту сполучного, рівномірність його розподілу в матеріалі і видалення надлишку сполучного здійснюють регулюванням кута нахилу a 1 і a 2 випромінюючої пластини до поверхні матеріалу 4, зміною потужності (інтенсивності І1 і І2), що підводиться до перетворювачів, а також дозуванням зусиль притискання F1 і F 2. У процесі руху матеріалу 4, що просочився, і при його входженні до області, утвореної випромінюючою пластиною 11 першого перетворювача і проекцією пластини 11 на матеріал 4, сполучне 2, яке знаходиться як всередині матеріалу 4, так і на його поверхні, зазнає впливу УЗК. Внаслідок енергії, що переноситься УЗК, сполучне 2 розігрівається (меншає його в'язкість), а також "проганяється" через товщину матеріалу 4 на протилежну сторону. Остаточно надлишки сполучного видаляються ребром краю випромінюючої пластини 11, що грає також роль скребка. Далі аналогічна картина повторюється у перетворювача 12, встановленого на регульованій відстані з протилежного боку від матеріалу 4, що просочився. При видаленні надлишку високов'язких сполучних кут нахилу пластин (a 1 і a 2) меншає, а інтенсивність коливань (І1 і І 2) збільшується, і навпаки. Остаточне віджимання сполучного проводять засобом віджимання матеріалу, що просочився, виконаного у вигляді двох віджимних валків 7. Після цього віджатий матеріал, що просочився, поступає до сушильної камери 8, і після сушки намотується на приймальну бобіну 10. Приклад. Для експериментально досліджених склотканих матеріалів марки "Е3-200" (ГОСТ 19907-74) і "Т-10-80" (ГОСТ 19170-73) шириною 1000 мм, що просочувалися епоксидними сполучними УП-631 і ЕДТ-10 (ГОСТ 10587-84) при температурі 30°С (значення в'язкості сполучних відповідно 2,21 і 1,83 Па×с, значення кутів нахилу випромінюючих пластин до поверхні матеріалу становили 10-30°. Інтенсивність ультразвукових коливань складала 2-5 Вт/см 2. Швидкість протягування варіювалася в межах 0,01-0,05 м/с. Габарити випромінюючої пластини становили 1100x200x10 мм, амплітуда коливань 2-5 мкм, вихідна потужність 8 кВт, частота 18-22 кГц, зусилля притискання 5-20 Н. Нанесення сполучного становило 30-40%. У даному пристрої рівномірність розподілу сполучного в матеріалі після видалення його надлишків (коефіцієнт однорідності) збільшується а 1,5-2 рази. Величина робочої в'язкості складів, що використовувались, зросла на 10-15% при однаковій з пристроєм прототипу швидкості протягування (0,01 м/с) і зусиллі притискання (10 Н). При однакових же значеннях в'язкості швидкість протягування зросла в 1,2-1,3 рази при одночасному збільшенні коефіцієнта однорідності в 1,2 рази і зменшенні коефіцієнта варіації нанесення в 1,5-2 рази. Відбувається також збільшення швидкості видалення надлишків сполучного за рахунок збільшення швидкості протягування, що забезпечує задане нанесення сполучного. Крім того, за рахунок використання ефективних режимів можливе повне виключення з конструкції пристрою віджимних валків, роль яких виконує пара робочих інструментів 11 і 12. 4 42617 Таким чином, при використанні пристрою, що пропонується, досягається можливість використання високов'язких і висококонцентрованих просочувальних складів, а також складів з дисперсним наповнювачем. Шляхом варіювання інтенсивності і кута подачі УЗК як до поверхні матеріалу, що не просочився, так і до поверхні матеріалу, що просочився, досягається можливість вибіркового впливу на кожен бік матеріалу і отримання матеріалу, що однорідно просочився, практично без повітряних включень як за рахунок дегазації і поліпшення змочуваності наповнювача, що не просочився, так і за рахунок перистальтичного характеру рушення сполучного по матеріалу, що просочився, і звукокапілярного ефекту. Джерела інформації: 1. Устройство для пропитки волокнистых армирующи х материалов связующим. Авторское свидетельство СССР № 1232488, кл. В29В15/12, В05С3/12. Б. И. № 19, 1986. 2. Устройство для пропитки и дозирования наноса связующего на долгомерный волокнистый материал. Авторское свидетельство СССР № 1806936, кл. В29В15/10. Б. И № 13. 1993. Фіг. 1 5 42617 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 Фіг. 5 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6