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

Реферат: Пристрій для ультразвукового просочення і дозованого нанесення полімерного зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджимання просоченого матеріалу, дві пари робочих інструментів, сушильну камеру. 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 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. Пристрій додатково містить сушильну камеру для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу, встановлену симетрично щодо його полотна, і до засобу для одностороннього контактного нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщений до першої пари робочих інструментів. UA 97159 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРОСОЧЕННЯ І ДОЗОВАНОГО НАНЕСЕННЯ ПОЛІМЕРНОГО ЗВ'ЯЗУЮЧОГО НА ДОВГОМІРНИЙ ВОЛОКНИСТИЙ МАТЕРІАЛ UA 97159 U UA 97159 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 з використанням низькочастотного ультразвуку. Відомий аналог є пристрій для просочення і дозованого нанесення зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал [1]. Пристрій включає засоби для нанесення зв'язуючого і попереднього просочення, перший інструмент для просочення і дозування зв'язуючого у вигляді ультразвукового магнітострикційного перетворювача з контактуючою з матеріалом, що обробляється, прямокутною випромінюючою пластиною, встановленою під гострим кутом до площини його переміщення, а також засобу віджимання. 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. При цьому інструменти встановлені до засобів віджимання 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 непросочився, перед операцією просочення. Відомий найближчий аналог до корисної моделі є пристрій для просочення і дозованого нанесення полімерного зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал, що містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджимання просоченого матеріалу, дві пари робочих інструментів, перша з яких розміщена до засобу для просочення, а друга пара робочих інструментів розміщена між засобом для просочення і засобом віджимання просоченого матеріалу, а також сушильну камеру для сушіння 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 найближчий аналог 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 ультразвукового просочення і дозованого нанесення полімерного зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал, що містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджимання просоченого матеріалу, дві пари робочих інструментів, перша з яких розміщена до засобу для просочення, а друга пара робочих інструментів розміщена між засобом для просочення і засобом віджимання просоченого матеріалу, а також сушильну камеру для сушіння 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, згідно з корисною моделюю, додатково містить сушильну камеру для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу, встановлену симетрично щодо його полотна, і до засобу для одностороннього контактного нанесення 1 UA 97159 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщений до першої пари робочих інструментів. Сушильна камера для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу і сушильна камера для сушіння просоченого матеріалу виконані з можливістю забезпечення нагрівання й автономного підтримання заданої температури теплоносія аеродинамічним методом, при цьому сушильна камера для сушіння просоченого матеріалу містить зони попереднього і остаточного сушіння просоченого матеріалу. Сушильна камера для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу і сушильна камера для сушіння просоченого матеріалу містять по два роторні теплогенератори кожна. 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 наявності вузла як попереднього сушіння непросоченого матеріалу, так і просоченого матеріалу, а також впливу ультразвуку (УЗ) на непросочений і просочений волокнистий матеріал в пристрої, що пропонується, досягаються наступні результати. Аеродинамічний спосіб нагрівання й циркуляції теплоносія в сушильних зонах вигідно відрізняє пристрій від існуючих аналогів, забезпечуючи високу економічність процесу формування полімерних композиційних матеріалів. Дві сушильні камери пристрою (попереднього сушіння непросоченого матеріалу і сушіння просоченого матеріалу) містять по два роторні теплогенератори, що забезпечують нагрівання й автономне підтримання заданої температури теплоносія в кожній із зон сушіння. При цьому дві сушильні зони першої з сушильних камер використовуються для попереднього сушіння полотна перед його просочуванням, а дві сушильні зони другої з сушильних камер використовуються для попереднього і остаточного сушіння вже просоченого полотна. 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 занурюваним 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 підкладці, 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 непросоченого наповнювача і смоляної частини, і просякнутого наповнювача, крайовий кут змочування по скляній підкладці зменшився на 15-25 %, а висота підйому по скловолокну збільшилася в 1,5-3 рази у залежності від режимів активації і УЗобробки 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 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 2 UA 97159 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 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" 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 пояснюється кресленням, де показана загальна схема пристрою. На кресленні прийняті наступні позначення: 1 - просочувальна ванна (засіб для просочування матеріалу полімерним зв'язуючим); 2 - полімерне (епоксидне) зв'язуюче; 3 занурюваний валок; 4 - просочуваний матеріал (безперервний довгомірний волокнистий наповнювач); 5 - змотувальна бобіна; 6, 9 - огинальні валки; 7 - віджимні валки; 8' - сушильна камера для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу; 8 - сушильна камера для сушіння просоченого матеріалу; 10 - приймальна бобіна; 11, 12 і 14, 15 - пари робочих УЗінструментів; 13, 16 - ультразвуковий генератор; 17 - наносний валок; 18 - місткість з попередньо озвученим полімерним зв'язуючим. Засіб для одностороннього контактного нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу виконаний у вигляді наносного валка 17, що розташований в місткості з попередньо озвученим полімерним зв'язуючим 18. Пристрій містить засіб 1 для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, що виконаний у вигляді просочувальної ванни зі зв'язуючим 2, в якій розташовується занурюваний валок 3. Засіб віджимання просоченого матеріалу складається з пари віджимних валків 7. Пристрій містить дві сушильних камери, а саме: 8' - для попереднього сушіння і нагрівання ще непросоченого матеріалу, і 8 - для сушіння вже просоченого матеріалу. У свою чергу, сушильна камера 8 для сушіння вже просоченого матеріалу містить зони попереднього і остаточного сушіння вже просоченого полотна. Крім того, дві сушильні камери 8' і 8 виконані з можливістю забезпечення нагрівання й автономного підтримання заданої температури теплоносія аеродинамічним методом, та містять по два роторні теплогенератори кожна (на кресленні не показані і не позначені). Пристрій містить дві пари робочих інструментів, перша з яких (14, 15) розміщена до засобу для просочення 1, а друга пара робочих інструментів (11, 12) розміщена між засобом для просочення 1 і засобом віджимання7 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. 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. Пристрій працює наступним чином. Після змотування з бобіни 5 сухого (непросоченого) матеріалу 4 здійснюється його попереднє сушіння і одночасне нагрівання до потрібної температури у камері 8'. Після цього непросочений нагрітий і висушений матеріал потрапляє у засіб для одностороннього контактного нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу. Тут здійснюють одностороннє нанесення на його поверхню (на фіг. - показано знизу) озвученим (обробленим ультразвуком) зв'язуючим 2 за допомогою наносного вала 17, що обертається у місткості 18 з озвученим зв'язуючим 2. Після цього в області, обмеженій огинальним валком 6 і засобом 1 для нанесення зв'язуючого, проводять УЗ-активацію і попередню дегазацію волокнистого матеріалу 4 з 3 UA 97159 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 обидва боки і по всій поверхні випромінюючих пластин. Після цього матеріал 4 надходить в засіб (просочувальну ванну) 1 для просочення, де він попередньо просочується по всій товщині у ванні 1 зі зв'язуючим 2, після виходу з якої забезпечується попереднє 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 зі змінним зусиллям притискання F1 і F2 відповідно. При цьому робочі інструменти 11 і 12 розташовані зі зміщенням один відносно одного по довжині матеріалу 4, що обробляється, по обидві сторони відносно нього. Варіювання вмісту зв'язуючого, рівномірність його розподілу в матеріалі і видалення надлишку зв'язуючого здійснюють регулюванням кута нахилу α 1 і α2 (на кресленні не позначено) випромінюючої пластини до поверхні матеріалу 4, зміною потужності (інтенсивності I1 і І2 - на кресленні не позначено), що підводиться до перетворювачів, а також дозуванням зусиль притискання F1 і F2. У процесі руху матеріалу 4, що 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 (α 1 іα2) меншає, а інтенсивність коливань збільшується, і навпаки. Остаточне віджимання зв'язуючого проводиться засобом віджимання просоченого матеріалу, виконаного у вигляді двох віджимних валків 7. Після цього віджатий матеріал надходить до сушильної камери 8, і після попереднього сушіння у ній - через огинальний валок 9 намотується на приймальну бобину 10, в результаті чого одержують так званий "препрег" (просочений напівфабрикат), який надалі зберігають у холодильній камері протягом певного часу. При здійсненні не тільки попередньої, а й остаточного сушіння у камері 8 отримують затверділий матеріал. 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 °C (значення в'язкості зв'язуючих відповідно 2,21 і 1,83 Па·с, значення кутів нахилу випромінюючих пластин до поверхні матеріалу становили 10-30°. При цьому температура попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу у камері попереднього сушіння 8´ становила 30-60 °C. 2 Інтенсивність ультразвукових коливань складала 2-5 Вт/см . Швидкість протягування варіювалася в межах 0,01-0,05 м/с. Габарити випромінюючої пластини становили 1100 × 200 × 10 мм, амплітуда коливань 2-5 мкм, вихідна потужність 8 кВт, частота 18-22 кГц, зусилля притискання 5-20 Н. Нанесення зв'язуючого становило 30-35 %. 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 разу при одночасному збільшенні коефіцієнта однорідності в 1,2 разу і зменшенні коефіцієнта варіації нанесення 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 4 UA 97159 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 виключення з конструкції пристрою віджимних валків, роль яких виконує пара робочих інструментів 11 і 12. Таким чином, при використанні корисної моделі досягається можливість використання високов'язких і висококонцентрованих просочувальних складів, а також складів з дисперсним наповнювачем. Шляхом варіювання температури попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу, а також зміною інтенсивності і кута подачі УЗК як до поверхні матеріалу, що ще не просочився (тобто є передпросоченим), так і до поверхні матеріалу, що вже просочився, досягається можливість виборчого впливу на кожну сторону матеріалу і одержання 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. Джерело інформації: 1. Устройство для пропитки и дозирования наноса связующего на долгомерный волокнистый материал. Авторское свидетельство СССР № 1806936, кл. В 29 В 15/10. Опубл. 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 1. Пристрій для ультразвукового просочення і дозованого нанесення полімерного зв'язуючого на довгомірний волокнистий матеріал, що містить засіб для просочення матеріалу полімерним зв'язуючим, засіб віджимання просоченого матеріалу, дві пари робочих інструментів, перша з яких розміщена до засобу для просочення, а друга пара робочих інструментів розміщена між засобом для просочення і засобом віджимання просоченого матеріалу, а також сушильну камеру для сушіння 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 додатково містить сушильну камеру для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу, встановлену симетрично щодо його полотна, і до засобу для одностороннього контактного нанесення озвученого полімерного зв'язуючого на поверхню довгомірного волокнистого матеріалу, що розміщений до першої пари робочих інструментів. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що сушильна камера для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу і сушильна камера для сушіння просоченого матеріалу виконані з можливістю забезпечення нагрівання й автономного підтримання заданої температури теплоносія аеродинамічним методом, при цьому сушильна камера для сушіння просоченого матеріалу містить зони попереднього і остаточного сушіння просоченого матеріалу. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що сушильна камера для попереднього сушіння і нагрівання непросоченого матеріалу і сушильна камера для сушіння просоченого матеріалу містять по два роторні теплогенератори кожна. 5 UA 97159 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 6