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

1. Пристрій для просочення і дозованого нанесення полімерного зв'язуючого на довгомiрний волокнистий матеріал, що містить засіб для попереднього просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджиму просоченого матеріалу, дві пари робочих інструментів, перша з яких розміщена до засобу для попереднього просочення, а друга пара робочих інструментів розміщена між засо U 2 (19) 1 3 просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджиму просоченого матеріалу, дві пари робочих інструментів, перша з яких розміщена до засобу для попереднього просочення, а друга пара робочих інструментів розміщена між засобом для попереднього просочення і засобом віджиму просоченого матеріалу, при цьому робочі інструменти мають індивідуальні приводи і виконані у вигляді ультразвукових перетворювачів з можливістю контакту з матеріалом, що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини і з можливістю зміни зусилля притискання, причому робочі інструменти розташовані у загальному випадку зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, по обидві боки відносно нього і під різними кутами нахилу до площини оброблюваного матеріалу [2]. Однак і пристрій найближчого аналога (прототипу) забезпечує недостатню міру просочення в зв'язку з недостатньою підготовкою матеріалу, що непросочився, перед операцією просочення, внаслідок чого для просочення потрібно або зменшення швидкості протягування матеріалу, або збільшення кількості розчинника в просочувальному складі. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення якості і ефективності просочення і дозованого нанесення зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал шляхом застосування засобів, що сприяють підвищенню якості як попереднього, так і остаточного просочення і дозування нанесення зв'язуючого шляхом УЗ-обробки, а саме УЗ-активації поверхні і структури волокнистого наповнювача, що сприятиме поліпшенню його змочуваності зв'язуючим, дегазації структури наповнювача безпосередньо перед попереднім просоченням і збільшенню продуктивності процесу просочення і дозованого нанесення зв'язуючого за рахунок збільшення швидкості протягування наповнювача при збереженні властивостей кінцевого композиту. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для просочення і дозованого нанесення полімерного зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал, що містить засіб для попереднього просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджиму просоченого матеріалу, дві пари робочих інструментів, перша з яких розміщена до засобу для попереднього просочення, а друга пара робочих інструментів розміщена між засобом для попереднього просочення і засобом віджиму просоченого матеріалу, при цьому робочі інструменти мають індивідуальні приводи і виконані у вигляді ультразвукових перетворювачів з можливістю контакту з матеріалом, що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини і з можливістю зміни зусилля притискання, причому робочі інструменти розташовані у загальному випадку зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, по обидві боки відносно нього і під різними кутами нахилу до площини оброблюваного матеріалу, новим є те, що, пристрій додатково містить засіб для контактного нанесення озвучено 57826 4 го полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщується до першої пари робочих інструментів. Робочі інструменти виконані у вигляді п'єзоелектричних або магнітострикційних ультразвукових перетворювачів. Перераховані вище ознаки складають суть корисної моделі. Наявність причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю істотних ознак корисної моделі і технічним результатом, що досягається , полягає в наступному. Внаслідок впливу ультразвуку (УЗ) на непросочений і просочений волокнистий матеріал в пристрої, що пропонується, досягаються наступні результати. На трьох дільницях, розташованих до засобу для попереднього просочення на матеріал, що просочується, а саме на першій дільниці, обмеженій перевалочним валком і першим випромінювачем з першої пари випромінювачів, встановленої до засобу для попереднього просочення, на другій дільниці, що обмежена випромінювачами цієї пари, і на третій дільниці, розташованій між другим випромінювачем цієї пари і погружним валком, розташованим в засобі для 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 зусилля натягнення склострічки, так і зміною відстані між елементами, що знаходяться на кордонах відповідних дільниць. Частота і амплітуда поздовжніх коливань залежить як від зусилля натягнення стрічки, так і від характеристик випромінювання поверхні робочих елементів. Стан поверхні наповнювачів може охарактеризувати як крайовий кут змочування зв'язуючого або по волокну, або по скляній підложці, виготовленої з матеріалу наповнювача, так і максимальна висота підйому зв’язуючого по волокну наповнювача в залежності від часу УЗ-активації поверхні наповнювача. Так, при обробці по запропонованих режимах активації непросякненого наповнювача, і смоляної частини і просякнутого наповнювача, крайовий кут змочування по скляній подложці зменшився на 1525 %, а висота підйому по скловолокну збільшилася в 1,5-3 рази у залежності від режимів активації і УЗ-обробки просякнутого наповнювача, що однозначно свідчить про збільшення змочувальної спроможності, а також про збільшення ефективності і якості просочення. Таким чином, УЗ-активація поверхні волокон непросоченого наповнювача з нанесеним на його поверхню полімерним (епоксидним) зв'язуючим поліпшує процес його попереднього просочення і 5 подальшого дозування нанесення, оскільки запобігає розриву волокон, їх розкуйовдженню, травмуванню, а також сприяє дегазації і зменшенню внутрішнього тертя в структурі довгомірного волокнистого матеріалу і його розпрямленню перед попереднім просоченням. Крім того, УЗ-активація, що пропонується, сприяє видаленню гідрофобних апретів, шліхти (замаслювачів) і інших компонентів з поверхні волокон, які наносяться на поверхню волокон наповнювача для зменшення його травмування і кращого збереження при тривалому зберіганні. Такі апрети, вступаючи в хімічну взаємодію як зі скловолокном, так і зі зв'язуючим, підвищують вологостійкість, термічну стійкість, поліпшують діелектричні властивості і інші характеристики матеріалу, однак зменшують всмоктуючу здатність тканих наповнювачів. Таким чином, УЗ-активація поверхні і структури наповнювача, що ще непросочився, позитивно позначається і при подальшій УЗ-обробці в процесі дозування вмісту зв'язуючого і допросочення, що істотно впливає на фізико-механічні властивості і на несучу здатність кінцевих виробів. Наявність асинхронних індивідуальних приводів до кожного перетворювача з пари робочих інструментів, розташованих до засобу віджиму 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» зв'язуюче, і поступово збільшуючи тиск "прогонки" зв'язуючого через матеріал, що просочився, додатково до тиску УЗК, а також остаточно видаляти надлишки зв'язуючого з відповідної сторони матеріалу, що попередньо просочився, ребром випромінюючої пластини. Корисна модель ілюструється фіг. 1-5, де: на фіг. 1 показана загальна схема пристрою; на фіг. 2 показана схема загального розташування пластин, які розміщені до засобу для попереднього просочення; на фіг. 3 показана схема розташування цих же пластин паралельно поверхні матеріалу, що обробляється, і на змінній відстані 5 від нього; на фіг. 4 показана схема несиметричного розташування пари пластин, розміщених між засобом для попереднього просочення і засобом віджиму; на фіг. 5 показана схема симетричного розташування цих же пластин. На фіг. 1 прийняті наступні позначення: 1 - просочувальна ванна (засіб для попереднього просочування матеріалу полімерним зв'язуючим); 2 - полімерне (епоксидне) зв'язуюче; 3 - погружний валок; 4 - просочуваний матеріал (безперервний довгомірний волокнистий наповнювач); 5 - змотувальна бобіна; 57826 6 6, 9 - огибальні валки; 7 - віджимні валки; 8 - сушильна камера; 10 - приймальна бобіна; 11, 12 і 14, 15 - пари робочих УЗ-інструментів; 13 - ультразвуковий генератор; 17 - наносний валок; 18 - місткість з попередньо озвученим полімерним зв'язуючим. Пристрій містить засіб 1 для попереднього просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, що виконаний у вигляді просочувальної ванни зі зв'язуючим 2, в якій розташовується погружний валок 3. Засіб віджиму просоченого матеріалу складається з віджимних валків 7. Пристрій містить дві пари робочих інструментів, перша з яких (14, 15) розміщена до засобу для попереднього просочення 1, а друга пара робочих інструментів (11, 12) розміщена між засобом для попереднього просочення 1 і засобом віджиму 7 просоченого матеріалу. При цьому робочі інструменти (11, 12) і (14, 15) мають індивідуальні асинхронні приводи і виконані у вигляді ультразвукових (п'єзоелектричних або магнітострикційних) перетворювачів з можливістю контакту з матеріалом 4, що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини і з можливістю зміни зусилля притискання. Причому робочі інструменти (11, 12) і (14, 15) розташовані у загальному випадку зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу 4, що обробляється, по обидві боки відносно нього і під різними кутами нахилу до площини оброблюваного матеріалу. Крім того, пристрій додатково містить засіб для контактного нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщується до першої пари робочих інструментів (14, 15), і який структурно складають наносний вал 17 і місткість 18 з озвученим полімерним зв'язуючим 2. Варіантом пристрою, що пропонується, є розташування робочих інструментів, які розміщені до засобу для попереднього просочення 1, паралельно поверхні матеріалу 4, що обробляється і на змінній відстані  від нього (що досягається також варіацією кутів нахилу 1 і 2, 3 і 4) для виключення травмування як поверхні волокон, так і структури тканини наповнювача (див. фіг. 2 - фіг. 5). З цією ж метою можлива установка робочих інструментів пристрою, які розміщені до засобу для попереднього просочення 1, і з кутами нахилу  до площини матеріалу, що обробляється, в межах 0-5°. При цьому робочі елементи виконані з можливістю контакта з матеріалом, що обробляється, ребром краю випромінюючої пластини. Пристрій працює таким чином. Після змотування з бобіни 5 сухого (непросоченого) матеріалу 4 здійснюється його одностороннє передпросочування з однієї сторони озвученим (обробленим ультразвуком) зв'язуючим 2 за допомогою наносного валу 17, що 7 обертається у місткості 18 з озвученим зв'язуючим 2. В області, обмеженій огибальним валком 6 і засобом 1 для нанесення зв'язуючого, проводять УЗ-активацію і попередню дегазацію волокнистого матеріалу 4 з попередньо нанесеним на його поверхню озвученим (обробленим ультразвуком) зв'язуючим 2 з інтенсивністю УЗК і з дозованим зусиллям притискання F3 і F4 матеріалу 4 за допомогою пари робочих інструментів 14 і 15, які контактують з оброблюваним матеріалом 4 по всій поверхні випромінюючих пластин. Після цього матеріал 4 поступає в засіб 1 для попереднього просочення, де він попередньо просочується у ванні зі зв'язуючим 2, після виходу з якої забезпечується попередній неконтрольоване нанесення зв'язуючого 2 на матеріал 4, що заздалегідь просочився. Після цього матеріал 4, що попередньо просочився, обробляють з обох 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 або п'єзоелектричних перетворювачів. Останні контактують з матеріалом 4, що попередньо просочився і що обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини з 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 обидві сторони відносно нього і під різними кутами нахилу 1 і 2 до площини матеріалу, що знаходяться в межах 5-30°. Варіювання вмісту зв'язуючого, рівномірність його розподілу в матеріалі і видалення надлишку зв'язуючого здійснюють регулюванням кута нахилу 1 і 2 випромінюючої пластини до поверхні матеріалу 4, зміною потужності (інтенсивності І1 і І2 – на фіг. 1-5 не позначено), що підводиться до перетворювачів, а також дозуванням зусиль притискання F1 і F2. У процесі руху матеріалу 4, що попередньо просочився, і при його входженні до області, утворену випромінюючою пластиною 11 першого перетворювача і проекцією пластини 11 на матеріал 4, зв'язуюче 2, яке знаходиться як всередині матеріалу 4, так і на його поверхні, зазнає впливу УЗК. Внаслідок енергії, переносимої УЗК, зв'язуюче 2 розігрівається (меншає його в'язкість), а також "проганяється" через товщину матеріалу 4 на протилежну сторону. Остаточно надлишки зв'язуючого видаляються ребром краю випромінюючої пластини 11, що відіграє також роль скребачки. Далі аналогічна картина повторюється у перетворювача 12, встановленого на регульованій відстані з протилежної сторони від матеріалу 4, що просочився. При видаленні надлишку високов'язких зв'язуючих кут нахилу пластин (1 і а2) меншає, а інтенсивність коливань збільшується, і навпаки. 57826 8 Остаточний віджим зв'язуючого проводиться засобом віджиму просоченого матеріалу, виконаного у вигляді двох віджимних валків 7. Після цього віджатий матеріал поступає до сушильної камери 8, і після попередньої сушки через огибальний валок 9 намотується на приймальну бобину 10, в результаті чого одержують так званий «препрег» (просочений напівфабрикат). 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 зв'язуючими УП-631 і ЕДТ-10 (ГОСТ 10587-84) при температурі 30 °С (значення в'язкості зв'язуючих 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/см2. Швидкість протягування варіювалася в межах 0,01-0,05 м/с. Габаріти випромінюючої пластини становили 1100x200x10 мм, амплітуда коливань 2-5 мкм, вихідна потужність 8 кВт, частота 18-22 кГц, зусилля притискання 5-20 Н. Нанесення зв'язуючого становив 30-40%. У даному пристрої рівномірність розподілу зв'язуючого 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 нанесенняу в 1,5-2 рази. Відбувається також збільшення швидкості видалення надлишків зв'язуючого за рахунок збільшення швидкості протягування, що забезпечує заданий нанесення зв'язуючого. Крім того, за рахунок використання ефективних режимів можливе повне виключення з конструкції пристрою віджимних валків, роль яких виконує пара робочих інструментів 11 і 12. 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 непросочився, так і до поверхні матеріалу, що просочився, досягається можливість виборчого впливу на кожну сторону матеріалу і отримання матеріалу, що однорідно просочився, практично без повітряних включень - як за рахунок дегазації і поліпшення змочуваності наповнювача, що непросочився, так і за рахунок перистальтичного характеру руху зв'язуючого по матеріалу, що просочився, і звукокапілярного ефекту. Джерела інформації: 1. Устройство для пропитки и дозирования наноса связующего на долгомерный волокнистый материал. Авторское свидетельство СССР № 1806936, кл. В 29 В 15/10. Б.И № 13, 1993. 9 2. UA № 42617А. Пристрій для просочення і дозованого наносу зв'язуючого на довгомірний 57826 10 волокнистий матеріал. Заявл. 16.05.2001; опубл. 15.10.2001, Бюл. № 9. 11 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 57826 Підписне 12 Тираж 23 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