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

Реферат: Спосіб комбінованого ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння включає попередню ультразвукову обробку 2 рідкого зв'язуючого гарячого твердіння у просочувальній ванні при інтенсивності 1,5-3 Вт/см , частоті 17-44 кГц, амплітуді 5-12 мкм, температурі 70-90 °C протягом 30-45 хв., просочення волокнистого армуючого матеріалу обробленим ультразвуком зв'язуючим у просочувальній ванні і контактне допросочення волокнистого армуючого матеріалу після його виходу з просочувальної ванни у низькочастотному діапазоні при частоті 17-22 кГц, інтенсивності 2-3 2 Вт/см , амплітуді 4-6 мкм, температурі 70-90 °C протягом 1-3 с. Здійснюють попереднє одностороннє нанесення рідкого зв'язуючого гарячого твердіння, попередньо обробленого ультразвуком, на волокнистий матеріал, а також подальше поетапне двостороннє ультразвукове передпросочення волокнистого матеріалу перед його надходженням у просочувальну ванну за допомогою ультразвукових робочих інструментів, що розташовують зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, по обидві сторони відносно нього і під різними кутами нахилу 1 та 2 до площини оброблюваного матеріалу. При цьому забезпечують різне значення зусилля натягнення просочуваного матеріалу по його довжині перед його надходженням у просочувальну ванну і після неї. UA 75737 U (54) СПОСІБ КОМБІНОВАНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРОСОЧУВАННЯ ВОЛОКНИСТИХ АРМУЮЧИХ МАТЕРІАЛІВ РЕАКТОПЛАСТИЧНИМИ ЗВ'ЯЗУЮЧИМИ ГАРЯЧОГО ТВЕРДІННЯ UA 75737 U UA 75737 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів ультразвукового (УЗ) просочування 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 (ЕЗ), 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 (УЗК), які розташовують напроти один одного симетрично щодо оброблюваного наповнювача і з можливістю утворення контакту з ним, 2 при 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. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності комбінованого способу УЗпросочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними, а саме епоксидними зв'язуючими, шляхом ефективного розміщення засобів УЗ-обробки відносно до просочувальної ванни і просочуваного волокнистого наповнювача і вибору ефективних параметрів реалізації способу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі комбінованого ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння, що включає попередню ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого гарячого 2 твердіння у просочувальній ванні при інтенсивності 1,5-3 Вт/см , частоті 17-44 кГц, амплітуді 512 мкм, температурі 70-90 °C протягом 30-45 хв, просочення волокнистого армуючого матеріалу обробленим ультразвуком зв'язуючим у просочувальній ванні і контактне допросочення волокнистого армуючого матеріалу після його виходу з просочувальної ванни у 2 низькочастотному діапазоні при частоті 17-22 кГц, інтенсивності 2-3 Вт/см , амплітуді 4-6 мкм, температурі 70-90 °C протягом 1-3 с, новим є те, що здійснюють попереднє одностороннє нанесення рідкого зв'язуючого гарячого твердіння, попередньо обробленого ультразвуком, на волокнистий матеріал, а також подальше поетапне двостороннє ультразвукове передпросочення волокнистого матеріалу перед його надходженням у просочувальну ванну за допомогою ультразвукових робочих інструментів, що розташовують зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, по обидві сторони відносно нього і під різними кутами нахилу 1 та 2 до площини оброблюваного матеріалу, при цьому забезпечують різне значення зусилля натягнення просочуваного матеріалу по його довжині перед його надходженням у просочувальну ванну і після неї. Кути нахилу 1 та 2 ультразвукових робочих інструментів, що мають асинхронні індивідуальні приводи, до площини оброблюваного матеріалу вибирають в межах (5-30)°. Забезпечують перистальтичний рух зв'язуючого уздовж просоченого матеріалу і у напрямку, протилежному руху матеріалу, після його виходу з просочувальної ванни. Перераховані вище ознаки складають суть корисної моделі. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Випромінюючі УЗ пластини повинні бути виготовлені з матеріалу, що володіє значною міцністю вигинання і корозійною стійкістю, наприклад із неіржавіючої сталі. Внаслідок контактного впливу УЗК на попередньо просочений і допросочений ВН в розробленому технічному рішенні досягаються наступні результати. На трьох ділянках, розташованих до засобу для нанесення ЕЗ на матеріал, що просочується, і попереднього просочування, змінюється зусилля натягнення оброблюваного матеріалу. Це зусилля є різним на різних ділянках. При цьому перша ділянка умовно обмежена перевалочним валком і першим випромінювачем з другої пари випромінювачів, встановленої до засобу для нанесення 1 UA 75737 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зв'язуючого. Друга ділянка умовно обмежена випромінювачами цієї пари. Третя ділянка умовно розташована між другим випромінювачем цієї пари і огинаючим валком, розташованим в засобі для нанесення зв'язуючого на матеріал, що просочується, і засобом попереднього просочування. Це варіативне 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 матеріалу (склострічки) N, так і зміною відстані між елементами, що знаходяться на кордонах відповідних ділянок. Частота і амплітуда поздовжніх коливань залежить як від натягнення матеріалу, так і від характеристик випромінювання поверхні робочих елементів. Таким чином, попередня УЗ-активація наповнювача, що непросочився, позитивно позначається і при подальшій УЗ-обробці в процесі дозування вмісту ЕЗ і допросочування. Наявність асинхронних індивідуальних приводів до кожного перетворювача з пари робочих інструментів, розташованих до засобу віджиму матеріалу, що просочився, дозволяє отримувати асинхронні УЗК і аналогію перистальтичного руху зв'язуючого. 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 та досягається рівномірність насичення матеріалу, що просочився. Використання як першої, так і другої пари робочих елементів у вигляді прямокутної випромінюючої пластини, нахиленої до поверхні матеріалу, що обробляється, під гострим кутом, сприяє як ефективній активації поверхні наповнювача, що непросочився, і його дегазації, так і попередній обробці зв'язуючого краєм випромінюючої пластини з більш глибоким проникненням зв'язуючого в пори матеріалу, що скупчується перед ребром пластини, особливо при симетричній установці випромінюючих пластин. Наявність індивідуальних приводів до кожного перетворювача в парі робочих інструментів, розташованих до засобу для нанесення зв'язуючого на матеріал, що просочується, і попереднього просочування, дозволяє проводити ефективну і локалізовану обробку наповнювача, що непросочився, 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 із змінними кутами нахилу до площини матеріалу, що непросочився, і який 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 причому по всій площі випромінюючої поверхні пластини. Ефективні змінні параметри процесу УЗ-обробки (час обробки tуз, амплітуду А, частоту f інтенсивність І) визначають експериментально в кожному конкретному випадку, наприклад із застосування методів експериментально-статистичного моделювання. Ще однією перевагою застосування пристрою, що пропонується, є зменшення діапазону кутів нахилу першої пари робочих інструментів, встановлених до засобу віджиму, а саме з (1045)° (як в пристрої прототипу) до (5-30)° (в пристрої, що пропонується) за рахунок ефективної попередньої УЗ-активації наповнювача, що непросочився (тобто своєрідної передпросочувальної підготовки наповнювача) при збереженні властивостей кінцевого виробу (процента зв'язуючого в наповнювачі, міри просочування і фізико-механічних властивостей). Суть даного технічного рішення пояснюється кресленням, де зображений пристрій для УЗпросочення, за допомогою якого реалізується спосіб. На кресленні прийняті наступні позначення: 1 - просочувальна ванна; 2 - полімерне (епоксидне) зв'язуюче гарячого твердіння; 3 - погружний валок; 4 - просочуваний матеріал (безперервний ВН); 5 - змотувальна бобіна; 6, 9 огинальні валки; 7 - віджимні валки; 8 - сушильна камера; 10 - приймальна бобіна; 11, 12 і 14, 15 - пари робочих УЗ-інструментів; 13 УЗ-генератор (УЗГ); 17 - наносний валок; 18 - місткість з озвученим полімерним зв'язуючим. Пропонований спосіб реалізується за допомогою пристрою для УЗ-просочення ВН полімерним зв'язуючим таким чином. Після змотування з бобіни 5 матеріалу 4 здійснюється його одностороннє передпросочування з однієї сторони зв'язуючим 2 за допомогою наносного валу 17, що обертається у місткості 18 з озвученим зв'язуючим 2. 2 UA 75737 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У разі використання матеріалів з малою товщиною і рідкою структурою робочі УЗінструменти 14 і 15 розташовують паралельно поверхні матеріалу 4, що не просочився і який обробляється, на змінній відстані 3 від нього (що, як правило, не перевищує товщину матеріалу, що просочується), або під кутами нахилу 1 і 2 до площини матеріалу 4, що обробляється, які лежать у межах (0-5)°. При цьому робочі елементи 14 і 15 контактують з цим матеріалом ребром краю випромінюючої пластини. Після цього передпросочений матеріал 4 надходить в просочувальну ванну 1, де він просочується зв'язуючим 2. Після виходу із ванни забезпечується попереднє неконтрольоване нанесення зв'язуючого 2 на матеріал 4, що заздалегідь просочився. Матеріал 4, що просочився, обробляють з двох сторін УЗ-перетворювачами у вигляді випромінюючих прямокутних пластин 11 і 12, що мають індивідуальні приводи від УЗГ 13, і які виконані у вигляді ПМС. Останні контактують з матеріалом 4, що просочився і який обробляється, ребром краю прямокутної випромінюючої пластини із змінним зусиллями 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 лежать 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 I1 і І2), що підводиться до перетворювачів, а також дозуванням зусиль притискання F1 i F2. У процесі руху матеріалу 4, що просочився, і при його входженні в область, що утворена випромінюючою пластиною 11 першого ПМС 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 товщу 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 ПМС 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 2) і інтенсивність коливань (І1 і І2) збільшується, і навпаки. Після цього проводять УЗ-активацію поверхні і дегазацію структури передпросоченого матеріалу з інтенсивністю УЗК І3 і І4 і дозованим зусиллям притискання F3 і F4 за допомогою пари робочих інструментів 14 і 15, що мають індивідуальні приводи від УЗГ 16, і які контактують з передпросоченим матеріалом 4 по всій поверхні випромінюючих пластин. У пристрої кожний дозуючий перетворювач 11, 12, 14, 15 складається з пакетів магнітострикційного (пермендюр) або п'єзоелектричного матеріалу, приварених (прикріплених за допомогою різьбового з'єднання) перпендикулярно до неробочої сторони випромінюючої пластини, і які мають індивідуальні обмотки збудження. Зсув напруження по фазі пластин 11 і 12 регулюється в межах (0-180)°. При зсуві 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 фізичного ефекту у вигляді перистальтичного переміщення рідких і пастоподібних середовищ. Остаточний віджим зв'язуючого проводиться засобом віджиму матеріалу, що просочився, виконаного у вигляді двох віджимних валків 7. Після цього віджатий матеріал, що просочився, надходить в сушильну камеру 8, у якій розташовані секції попереднього і остаточного сушіння, і після сушіння намотується на приймальну бобіну 10. У даному пристрої несинхронні УЗК. утворюються послідовністю чергування вузлів пучностей і западин при розповсюдженні фронту хвилі протилежно напряму руху матеріалу. При цьому амплітуда пучностей коливань послідовно переміщується в площині коливань (у площині випромінюючої пластини) від контактуючого ребра випромінюючої пластини до протилежного ребра, тобто досягається аналогія перистальтичного переміщення рідких і пастоподібних середовищ. Це забезпечує як переміщення зв'язуючого, так і видалення його надлишків з поверхні рухомого матеріалу. Перевагою розроблених технологічних засад є й збільшення верхньої межі зусилля натягнення матеріалу при видаленні надлишків зв'язуючого з його поверхні, а також відсутність залежності величини нанесення зв'язуючого від певного діапазону швидкості 3 UA 75737 U 5 10 15 протягування матеріалу, що просочився. Адже в способі прототипу [2] при високих швидкостях протягування в процесі просочування матеріалу при вході його у ванну і контактування із зв'язуючим відбувається попадання атмосферного повітря між зв'язуючим і матеріалом. При цьому у разі використання низьков'язких зв'язуючих пухирці повітря лопаються, утворюючи раковини. У разі ж застосування високов'язких складів частина пухирців залишається і в нанесеному на матеріал шарі зв'язуючого. При використанні високов'язких зв'язуючих кут подачі коливань , як і інтенсивність УЗК, збільшується, і навпаки. Значення цих величин встановлюються експериментально. 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. СРСР № 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Спосіб комбінованого ультразвукового просочування волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння, що включає попередню ультразвукову обробку рідкого зв'язуючого гарячого твердіння у просочувальній ванні при інтенсивності 1,5-3 2 Вт/см , частоті 17-44 кГц, амплітуді 5-12 мкм, температурі 70-90 °C протягом 30-45 хв., просочення волокнистого армуючого матеріалу обробленим ультразвуком зв'язуючим у просочувальній ванні і контактне допросочення волокнистого армуючого матеріалу після його виходу з просочувальної ванни у низькочастотному діапазоні при частоті 17-22 кГц, 2 інтенсивності 2-3 Вт/см , амплітуді 4-6 мкм, температурі 70-90 °C протягом 1-3 с, який відрізняється тим, що здійснюють попереднє одностороннє нанесення рідкого зв'язуючого гарячого твердіння, попередньо обробленого ультразвуком, на волокнистий матеріал, а також подальше поетапне двостороннє ультразвукове передпросочення волокнистого матеріалу перед його надходженням у просочувальну ванну за допомогою ультразвукових робочих інструментів, що розташовують зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу, що обробляється, по обидві сторони відносно нього і під різними кутами нахилу 1 та 2 до площини оброблюваного матеріалу, при цьому забезпечують різне значення зусилля натягнення просочуваного матеріалу по його довжині перед його надходженням у просочувальну ванну і після неї. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кути нахилу 1 та 2 ультразвукових робочих інструментів, що мають асинхронні індивідуальні приводи, до площини оброблюваного матеріалу вибирають в межах (5-30)°. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що забезпечують перистальтичний рух зв'язуючого уздовж просоченого матеріалу і у напрямку, протилежному руху матеріалу, після його виходу з просочувальної ванни. 4 UA 75737 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 5