Спосіб комбінованого просочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв’язуючими гарячого твердіння

Реферат: Спосіб комбінованого просочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння у складі смоляної частини і отверджувача включає вільне просочення та допросочення за допомогою ультразвукової коливальної системи, що містить робочий інструмент, волокнистого наповнювача, до стадії віджиму. Ультразвукове допросочення волокнистого наповнювача здійснюють у низькочастотному ультразвуковому діапазоні. Перед просочуванням волокнистого наповнювача у просочувальній ванні здійснюють ультразвукову обробку окремо смоляної частини зв'язуючого гарячого твердіння, після чого оброблену ультразвуком смоляну частину змішують із твердником, потім здійснюють попереднє сушіння і підігрівання непросоченого волокнистого наповнювача, який надалі просочують обробленим ультразвуком зв'язуючим. Регулюють зусилля натягнення просочуваного наповнювача у ванні просочення робочим інструментом, який контактує одним із країв із дзеркалом зв'язуючого. Просочений волокнистий наповнювач допросочують над дзеркалом зв'язуючого. UA 97509 U (12) UA 97509 U UA 97509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів комбінованого просочування, із застосуванням ультразвуку (УЗ), довгомірних волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними, а саме 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 аналогом до запропонованої корисної моделі є спосіб ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв'язуючими гарячого твердіння. Цей спосіб 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 при амплітуді, що перевищує 45 мкм, та 2 інтенсивності 2-3 Вт/см [2]. Проте і цей спосіб не забезпечує ефективного одержання виробів на основі рідких просочувальних композицій ЕП внаслідок недостатньої ефективності операції просочування. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності способу комбінованого просочування із застосуванням УЗ довгомірних волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними, а саме епоксидними, зв'язуючими, шляхом термообробки непросоченого наповнювача, ефективного розміщення засобів УЗ-обробки по відношенню до просочувальної ванни і просочуваного волокнистого наповнювача, а також режимних параметрів УЗ-обробки. Поставлена задача вирішується тим, що у способі комбінованого просочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння у складі смоляної частини і отверджувача, що включає вільне просочення та допросочення за допомогою ультразвукової коливальної системи, що містить робочий інструмент, волокнистого наповнювача, до стадії віджиму, причому ультразвукове допросочення волокнистого наповнювача здійснюють у низькочастотному ультразвуковому діапазоні, ультразвукову коливальну систему розташовують під кутом до просочуваного волокнистого наповнювача, при цьому робочий інструмент розташовують із забезпеченням контакту з волокнистим наповнювачем, нижню стінку просочувальної ванни в місці розміщення над ним робочого інструмента коливальної системи виконують під кутом до поверхні зв'язуючого у просочувальній ванні і перпендикулярно акустичній осі ультразвукової коливальної системи, відстань від поверхні робочого інструменту до нахиленої поверхні просочувальної ванни або її дна вибирають рівною половині довжини хвилі ультразвукових коливань у зв'язуючому на робочій частоті ультразвукової коливальної системи, при цьому здійснюють притискання робочого інструмента до поверхні просочуваного волокнистого наповнювача, згідно з корисною моделлю, перед просочуванням волокнистого наповнювача у просочувальній ванні здійснюють ультразвукову обробку окремо смоляної частини зв'язуючого гарячого твердіння, після чого оброблену ультразвуком смоляну частину змішують з отверджувачем, потім здійснюють попереднє сушіння і підігрівання непросоченого волокнистого наповнювача, який надалі просочують обробленим ультразвуком зв'язуючим, регулюють зусилля натягнення просочуваного наповнювача у ванні просочення робочим інструментом, який контактує одним із країв із дзеркалом зв'язуючого, а просочений волокнистий наповнювач допросочують над дзеркалом зв'язуючого. Здійснюють попереднє сушіння і підігрівання непросоченого волокнистого наповнювача при температурі 30-60 °C. Просочений волокнистий наповнювач допросочують протягом 0,25-1,0 с при забезпеченні зусилля його натягнення 0,5-5 Н/м. Перераховані вище ознаки складають суть корисної моделі. 1 UA 97509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом 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 основна частина робочого інструмента розташовується поза зв'язуючим, забезпечуючи допросочування і видалення залишків повітря зі структури просоченого ВН. Таке конструктивне виконання обумовлено тим, що УЗ-обробка просоченого зв'язуючим ВН (на повітрі) підвищує ефективність просочування, сприяє рівномірному розподілу зв'язуючого і видаленню газових бульбашок. У свою чергу, притискання здійснюється за рахунок вибору форми випромінюючої поверхні робочого інструмента. Нижню стінку ванни в місці розміщення над ним робочого інструмента коливальної системи виконують під кутом до поверхні зв'язуючого у ванні, перпендикулярно акустичній осі коливальної системи. Відстань від поверхні робочого інструмент до дна вибирають рівним 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. Перед просочуванням ВН у просочувальній ванні здійснюють ультразвукову обробку окремо смоляної частини зв'язуючого гарячого твердіння, після чого її змішують з отверджувачем. Це дозволяє зберегти на максимально тривалий час технологічну життєздатність полімерного зв'язуючого, адже при тривалій роботі УЗ-інструменту у полімерному зв'язуючому відбувається його неконтрольований розігрів (до температур, що перевищують 100 °C) і погіршення технологічних властивостей. У свою чергу, попереднє сушіння і підігрівання непросоченого волокнистого наповнювача сприяє більш якісному просочуванню за рахунок зменшення різниці (перепаду) температур наповнювача і полімерного зв'язуючого. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображений пристрій для УЗпросочення, за допомогою якого реалізується спосіб, де: 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 наклонна поверхня просочувальної ванни 2; 8 - просочуваний ВН; 9 - випромінююча поверхня робочого інструмента 6; 10 - сушильна камера для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу, наприклад, аеродинамічним методом; 11 - дзеркало зв'язуючого. Спосіб реалізують таким чином. Пропонований спосіб реалізують за допомогою пристрою для УЗ-просочення ВН полімерним зв'язуючим таким чином. Ультразвукову коливальну систему розташовують під кутом до просочуваного ВН 8. При цьому основну (випромінюючу УЗ) частину робочого інструменту 6 УЗ-коливальної системи розташовують поза зв'язуючим 3, тобто робочий інструмент контактує тільки одним із країв (на кресленні - правим) із дзеркалом зв'язуючого 11. Нижню (нахилену) стінку просочувальної ванни 2 в місці розміщення над ним робочого інструмента 6 коливальної системи 5 виконують під кутом до поверхні (дзеркала 11) зв'язуючого 3 у просочувальній ванні 2 і перпендикулярно акустичній осі УЗ-коливальної системи 6. Відстань від поверхні робочого інструменту 6 до дна 7 просочувальної ванни 2 вибирають рівним половині довжини хвилі УЗ-коливань у зв'язуючому 3 на робочій частоті УЗ-коливальної системи 6. Перед просочуванням ВН 8 у просочувальній ванні 2 здійснюють ультразвукову обробку окремо смоляної частини зв'язуючого 3 гарячого твердіння, після чого її змішують з отверджувачем. Армуючий ВН 8, що складається з безлічі безперервних волокон 1, формують у пучок і за допомогою притискних роликів (на кресленні не позначено). Потім здійснюють попереднє сушіння і підігрівання непросоченого ВН 8 при температурі 30-60 °C. 2 UA 97509 U 5 10 15 Підсушений і підігрітий ВН 8 надходить і простягується через ванну 2 зі зв'язуючим 3. Здійснюють притискання робочого інструмента 6 до поверхні просоченого ВН 8 поза просочувальної ванни 2 наступним чином. Притискання робочого інструмента 6 до поверхні просоченого ВН 8 здійснюють шляхом відповідного вибору форми випромінюючої поверхні 9 робочого інструмента 6. При цьому регулюють зусилля натягнення просочуваного ВН 8 у ванні просочення 2 у діапазоні 0,5-5 Н/м шляхом повороту у вертикальній площині і переміщення робочого інструменту 6, який контактує одним із країв із дзеркалом 11 зв'язуючого, щодо поверхні просочуваного ВН 8. УЗ-допросочування просоченого ВН 8 здійснюють поза дзеркала 11 зв'язуючого 3 у низькочастотному УЗ-діапазоні протягом 0,25-1,0 с. За допомогою вихідного (дозуючого) 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. АС СРСР № 1464441, МПК C08J 5/24, 1987 г. 2. Патент України на корисну модель № 75741, МПК (2009) C08J 5/24 Спосіб ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів епоксидними зв'язуючими гарячого твердіння; опубл. 10.12.2012, Бюл. № 23. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 1. Спосіб комбінованого просочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння у складі смоляної частини і отверджувача, що включає вільне просочення та допросочення за допомогою ультразвукової коливальної системи, що містить робочий інструмент, волокнистого наповнювача, до стадії віджиму, причому ультразвукове допросочення волокнистого наповнювача здійснюють у низькочастотному ультразвуковому діапазоні, ультразвукову коливальну систему розташовують під кутом до просочуваного волокнистого наповнювача, при цьому робочий інструмент розташовують із забезпеченням контакту з волокнистим наповнювачем, нижню стінку просочувальної ванни в місці розміщення над ним робочого інструмента коливальної системи виконують під кутом до поверхні зв'язуючого у просочувальній ванні і перпендикулярно акустичній осі ультразвукової коливальної системи, відстань від поверхні робочого інструмента до нахиленої поверхні просочувальної ванни або її дна вибирають рівною половині довжини хвилі ультразвукових коливань у зв'язуючому на робочій частоті ультразвукової коливальної системи, при цьому здійснюють притискання робочого інструмента до поверхні просочуваного волокнистого наповнювача, який відрізняється тим, що перед просочуванням волокнистого наповнювача у просочувальній ванні здійснюють ультразвукову обробку окремо смоляної частини зв'язуючого гарячого твердіння, після чого оброблену ультразвуком смоляну частину змішують із отверджувачем, потім здійснюють попереднє сушіння і підігрівання непросоченого волокнистого наповнювача, який надалі просочують обробленим ультразвуком зв'язуючим, регулюють зусилля натягнення просочуваного наповнювача у ванні просочення робочим інструментом, який контактує одним із країв із дзеркалом зв'язуючого, а просочений волокнистий наповнювач допросочують над дзеркалом зв'язуючого. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що здійснюють попереднє сушіння і підігрівання непросоченого волокнистого наповнювача при температурі 30-60 °C. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що просочений волокнистий наповнювач допросочують протягом 0,25-1,0 с при забезпеченні зусилля його натягнення 0,5-5 Н/м. 3 UA 97509 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 4