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

Реферат: Пристрій для комбінованого ультразвукового просочування довгомірних волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджиму просоченого матеріалу, дві пари робочих ультразвукових інструментів, перша з яких розміщена до просочувальної ванни, а друга - між просочувальною ванною і засобом віджиму просоченого матеріалу. 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. 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 оброблюваного матеріалу. Пристрій містить засіб для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщується до першої пари робочих ультразвукових інструментів. Перша випромінююча пластина з першої пари ультразвукових інструментів встановлена відносно до внутрішньої поверхні довгомірного волокнистого матеріалу з боку розташування засобу для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу. UA 75738 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ КОМБІНОВАНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРОСОЧУВАННЯ ВОЛОКНИСТИХ АРМУЮЧИХ МАТЕРІАЛІВ РЕАКТОПЛАСТИЧНИМИ ЗВ'ЯЗУЮЧИМИ ГАРЯЧОГО ТВЕРДІННЯ UA 75738 U UA 75738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обладнання для безперервного просочення довгомірного тканого волокнистого матеріалу, і може бути використана при формуванні виробів з композиційного полімерного матеріалу "мокрим" методом. Як аналог вибраний пристрій для просочення і дозованого нанесення зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал (ВН) [1]. Пристрій включає засоби для нанесення зв'язуючого і попереднього просочення, перший інструмент для просочення і дозування зв'язуючого у вигляді ультразвукового (УЗ) магнітострикційного перетворювача з контактуючою з матеріалом, що обробляється, прямокутною випромінюючою пластиною, встановленою під гострим кутом до площини його переміщення, а також засібу віджиму. Для збільшення ефективності міри просочення і дозування зв'язуючого, пристрій забезпечений другим інструментом для просочення і дозування зв'язуючого, який розташований по іншу сторону від першого інструмента відносно матеріалу, що обробляється. Причому інструменти встановлені до засобів віджиму під різними кутами до площини матеріалу, що просочився, що знаходяться в межах 10-45°. Варіантами пристрою аналога є розташування інструментів для просочення і дозування зв'язуючого, а саме: розташування інструментів, що 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 пристрій аналога забезпечує недостатню міру просочення в зв'язку з недостатньою підготовкою матеріалу, що не просочився, перед операцією просочення. Як найближчий аналог (прототип) вибраний пристрій для просочення і дозованого нанесення зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал, що містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджиму просоченого матеріалу, дві пари робочих ультразвукових інструментів, перша з яких розміщена до просочувальної ванни, а друга пара робочих інструментів розміщена між просочувальною ванною 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 не просочився, 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 зв'язуючого гарячого твердіння на довгомірний волокнистий матеріал шляхом застосування засобів, що сприяють підвищенню якості як попереднього, так і остаточного просочення шляхом комбінованої УЗ-обробки, а саме УЗ-активації поверхні і структури довгомірного ВН, що сприятиме поліпшенню його змочуваності зв'язуючим, дегазації структури наповнювача безпосередньо перед попереднім просоченням і збільшенню продуктивності процесу просочення за рахунок збільшення швидкості протягування наповнювача при збереженні властивостей кінцевого композиту. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для комбінованого ультразвукового просочування довгомірних волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння, що містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджиму просоченого матеріалу, дві пари робочих ультразвукових інструментів, перша з яких розміщена до просочувальної ванни, а друга пара робочих інструментів розміщена між просочувальною ванною 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 обидва боки відносно нього і під різними кутами нахилу до площини оброблюваного матеріалу, новим є те, що пристрій додатково містить засіб для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщується до першої пари робочих ультразвукових інструментів, при цьому перша випромінююча пластина з першої пари ультразвукових інструментів встановлена відносно до внутрішньої поверхні довгомірного волокнистого матеріалу з боку розташування 1 UA 75738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 засобу для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу. Робочі ультразвукові інструменти оснащені асинхронними індивідуальними приводами і встановлені до площини оброблюваного матеріалу під кутами нахилу 1 та 2, які лежать в межах (5-30)°. Випромінюючі пластини ультразвукових або п'єзоелектричних перетворювачів виготовлені з матеріалу, що володіє значною міцністю вигинання і корозійною стійкістю, наприклад із неіржавіючої сталі. 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 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 не просочився, 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 не просочився, 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 не просочився, 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 притому по всій площі випромінюючої поверхні пластини. 2 UA 75738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 не просочився (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 комбінованого УЗ-просочення. На кресленні прийняті наступні позначення: 1 - просочувальна ванна; 2 - полімерне (епоксидне) зв'язуюче гарячого твердіння; 3 - повантажувальний валок; 4 просочуваний матеріал (безперервний ВН); 5 - змочувальна бобіна; 6, 9 - огибальні валки; 7 віджимні валки; 8 - сушильна камера; 10 - приймальна бобіна; 11, 12 і 14, 15 - пари робочих УЗінструментів; 13 - УЗ-генератор (УЗГ); 17 - наносний валок; 18 місткість з озвученим полімерним зв'язуючим. Пропонований пристрій для УЗ-просочення ВН полімерним зв'язуючим працює таким чином. Пристрій додатково оснащують засобом для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу (місткістю 18), що розміщується до першої пари робочих ультразвукових інструментів 14 і 15. 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  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)°. 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. Після цього передпросочений матеріал надходить до першої випромінюючої пластини 14 з першої пари робочих інструментів, що встановлена відносно до внутрішньої поверхні довгомірного волокнистого матеріалу 4 з боку розташування засобу для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу (місткості 18), і далі контактує з другою випромінюючою пластиною 15. 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 не контрольоване 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, встановленому 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 (I1 і I2) збільшується, і навпаки. 3 UA 75738 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Після цього проводять УЗ-активацію поверхні і дегазацію структури передпросоченого матеріалу з інтенсивністю УЗК I3 і I4 i 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, поступає 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 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. Устройство для пропитки и дозирования наноса связующего на долгомерный волокнистый материал. Авторское свидетельство СССР № 1806936, кл. В29В 15/10. Б.И № 13, 1993. 2. UA № 42617А. Пристрій для просочення і дозованого наносу зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал. Заявл. 16.05.2001; опубл. 15.10.2001, Бюл. № 9. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Пристрій для комбінованого ультразвукового просочування довгомірних волокнистих армуючих матеріалів реактопластичними зв'язуючими гарячого твердіння, що містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджиму просоченого матеріалу, дві пари робочих ультразвукових інструментів, перша з яких розміщена до просочувальної ванни, а друга пара робочих інструментів розміщена між просочувальною ванною 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, який відрізняється тим, що пристрій 4 UA 75738 U 5 10 додатково містить засіб для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщується до першої пари робочих ультразвукових інструментів, при цьому перша випромінююча пластина з першої пари ультразвукових інструментів встановлена відносно до внутрішньої поверхні довгомірного волокнистого матеріалу з боку розташування засобу для контактного одностороннього нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що робочі ультразвукові інструменти оснащені асинхронними індивідуальними приводами і встановлені до площини оброблюваного матеріалу під кутами нахилу 1 та 2, які лежать в межах (5-30°). 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що випромінюючі пластини ультразвукових або п'єзоелектричних перетворювачів виготовлені з матеріалу, що має значну міцність вигинання і корозійну стійкість, наприклад із нержавіючої сталі. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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