книги / Технология производства полимерных композитных материалов и конструкций на их основе

новине технологические режимы изготовления на стадии проектирова­ ния, что позволит спрогнозировать более точно работоспособность конструкции с учетом реального технологического процесса ее из­ готовления*

2*6, Ко н т р о л ь натяжения армирующих материалов

Натяжение армирующего материала (жгуты, ленты, ткани) сущест­ венно влияет на качество готовых конструкций* Поэтому необходима разработка широкой гаммы устройств для непрерывного или периоди­ ческого измерения и регулирования натяжения.

По принципу действия натяжители делятся на три группы.

Рис*34. Принципиальные схемы натяжителей ленточного композитного материала: Q - пластинчатый; (Г - стержневой; в - роликовый; I - движущийся ленточный армирующий материал; 2,3 - неподвижная и подвижная пластины (гребни;; Ц - регулировочный груз; f - враща­

ющиеся ролики

В первую группу входят устройства, в которых натяжение арми­ рующего материала (рис.34, а ) создается под действием трения при

рычажной системы и груза 4 , или пружины, или магнита. В данной конструкции натяжение материала зависит от начального натяжения

Т0 , усилия Р и приведенного коэффициента трения / о поверх­ ность пластины: Г = Т0 + 2Р/ . Также пластинчатые натяжители об­ ладают почти линейной статической характеристикой, достаточно просты в конструктивном отношении, однако они нарушают поверх­ ность армирующего материала и поэтому нашли ограниченное приме­ нение в производстве конструкций.

Вторую группу натяжителей составляют устройства, обеспечива­ ющие натяжение армирующего материала за счет его скольжения по криволинейной поверхности, например, по неподвижным стержням или роликам (рис.34, S ) . В этих стержневых устройствах натяжение ли­ нейно зависит от начального натяжения и нелинейно - от суммарно­

конструкциях натяжение линейно зависит от тормозного момента Мт ролика радиусом R: Т = Т0 + MT/R.

Натяжители 2-й и 3-й групп широко применяют в производстве конструкций из композитных материалов.

Качество сматывания арматуры со шпулярника и последующее формование технологической пряди определяются предварительным на­ тяжением. Для этого в шпулярнике предусмотрены индивидуальные на­ тяжные устройства для армирующего материала. Эту роль выполняют устройства механического, пневматического, гидравлического или электрического типов. Наиболее простыми являются натяжители, ис­ пользующие эффект трения армирующего материала по поверхности их деталей. Регулирование величины натяга осуществляется в этом слу­ чае за счет изменения угла обхвата армирующим материалом этих по­ верхностей и контактного давления на них.

Применяемое при намотке натяжение может быть проконтролиро­

вано:

по силе отжатия подпружиненного валика; по стреле провисания армирующего материала;

по потребляемой мощности намоточного станка; по величинам сил и моментов взаимодействия армирующего мате­

риала с технологической оправкой или оправки с ее опорами; по деформации наматываемых на оправку слоев наполнителя.

Первый способ является самым надежным и просто осуществимым, причем применяются как механические, так и электрические тензо­ метры.

Электроиндуктивные датчики типов ДНИ-ЗМ, ДЛ-2Л, ИНПЛ-IM и др. обеспечивают контроль натяжения нитей, ровницы, жгута, ленты до 2 кН с точностью ±(2,5-5,0) % при скоростях намотки 0,1-1,0 м/с.

Механические тензометры предназначены для контроля более значительных натягов, но точность замера у них меньше (* 10 %). Для контроля нитей наиболее известны линейный тензометр ТОН-1, а также датчик угловых перемещений МУ-65.

Контроль обрыва нитей осуществляется специальными датчика­ ми, представляющими собой двуплечные подпружиненные рычаги, ко­ торые при обрыве нити замыкают электрическую цепь, вследствие чего загорается лампа аварийной сигнализации. Целостность ленты контролируется сигнализатором ее движения СВ-2.

В систему регулирования технологического натяжения армирую­ щего материала на станке входят индивидуальные натяжные устрой­ ства для нитей в шпулярнике, а также индивидуальные и общие на­ тяжные устройства в конструкции пропиточно-формирующего тракта станка. В намоточных станках применяются системы регулирования натяжения типа УНПЛ-IM, САРН-2, АСПТ-1, ИНБВ-1 и др.

Совершенные натяжители обеспечивают коэффициент неравномер­ ности натяжения отдельных нитей в технологической пряди около 0,6-0,75, т.6, не менее 60 % нитей пряди имеют натяг в пределах заданного допуска. Минимально допустимый диаметр тормозного ба­ рабана <Z0fr зависит от диаметра и свойств армирующего материала:

диаметр около 50 мм и более. Материалом для их изготовления ча­ ще всего служат полиамид, фторопласт и сталь.

2.7. Формование к о н с т р у к ц и и

В комбинированных схемах намотку целесообразно начинать с укладки спирального слоя, который позволяет при уменьшенном сило

вом воздействии на наружные слои оправки получить более качест­ венный первый слой композитного материала с минимальным коли­ чеством дефектов (защипов и пузырей) на резиновом или другом поверхностном слое оправки. Допустимые зазоры и нахлесты техно­ логических прядей при намотке крупных конструкций в тангенциаль­ ных слоях могут составлять от 10 до 3 мм соответственно, а в спи­ ральных слоях от 20 до 5 мм. У небольших конструкций зазоры мень­ ше: 0,5-1,0 мм в тангенциальных и 1,5-3,0 мм в спиральных слоях. Обрыв нити при намотке должен быть устранен в течение 5 минут. Намотка при наличии 5 оборванных нитей в любой момент времени должна быть прекращена. Технологическим регламентом допускается не более 10 спутанных мест арматуры на один намотанный слой обо­ лочки, оговаривается также количество недопустимых посторонних включений в слоях. Любой слой намотанной стенки, кроме первого, признанный дефектным, подлежит отмотке с оболочки.

Концы оборванных лент (жгутов) склеиваются пленочным клеем БК-3 и обжимаются при 393 К в течение 1-2 мин. Разрешаются ос­ тановки в процессе намотки, связанные с установкой новых бобин, катушек и рулонов с армирующим материалом и устранением его об­ рывов, заливкой связующего в ванночку, изменением кинематики дви­ жения и т.п. Суммарное время остановок в процессе намотки ответ­ ственных конструкций должно быть менее 30 мин и в любом случае не превышать 6,5-8 ч (в зависимости от срока жизнеспособности связующего). В случае необходимости возобновления намотки после остановки большей длительности нужно предусмотреть адгезионную обработку поверхности наматываемой оболочки. При прекращении на­ мотки на время более 10 мин отключается обогрев пропиточной ван­ ночки или устройств размягчения препрега.

Продолжительность намотки средних по размерам оболочек сос­

По окончании процесса намотки основной оболочки часто быва­ ет необходимо осуществить подмотку дополнительного материала для сопряжения конструкции со смежными конструкциями комплекса. И, наконец, намотка может завершаться технологическими операциями обмотки свеженамотанной оболочки слоями для дренажа или капсули-

рования с целью дополнительного уплотнения намотанной структуры. Эти слои после выполнения их функций удаляются с конструкции об­ ратной размоткой или механической обработкой.

Для осуществления последующего контроля свойств намотанного композитного материала на наматываемых конструкциях предусматри­ вается "прибыльная часть", из которой и изготавливаются образцы для контроля.

Если в наматываемой конструкции невозможно получить "при­ быльную часть", то изготавливают намоткой специальные кольцевые образцы, часть из которых выполняют до начала намотки конструк­ ции, а часть - после ее окончания. Кольцевые образцы изготавли­ вают в тех же условиях, что и сами оболочки, не допуская отклоне­ ний от принятых режимов технологии. В последующем эти образцы совместно с намотанной конструкцией подвергают отверждению.

Намотанная оболочка вместе с оправкой поступает на отверж­ дение. Время от начала намотки до начала термической обработки не должно превышать сутки. Иногда, в частности при намотке на эластичные оправки, процесс ведут последовательно, раздельной намоткой нескольких слоев оболочки, каждый из которых по оконча­ нии его намотки подвергают частичному отвездению. В этом случае длительность перерывов в процессе намотки определяется условиями л требуемой степенью отверждения слоя. Обычно между операцией намотки и термической обработки существует небольшой (2-3 ч) разрыв во времени, необходимый для выполнения вспомогательных технологических операций. Этот разрыв, как показывает практика, может быть и полезен, так как позволяет углубить процесс пропит­ ки и снизить содержание воздушных включений в материале готовой

конструкции. Этому же способствует вакуумирование намотанных кон­ струкций.

2.8. Определение технологических

ремчоа ртвэрддеадя

Основными технологическими параметрами процесса отверждения являются температура я время. Температуре принадлежит главенству­ ющая роль, так как она решающим образом влияет на свойства полу­ чаемого материала. Высокая температура отверждения (для эпоксид­

жет быть получен материал с оптимальными структурно-механически­ ми свойствами. Число таких ступеней в зависимости от габаритов конструкции может достигать 3-4, что приводит в увеличение дли­ тельности режима отверждения, приводя, с одной стороны, к улуч­ шение механических характеристик, а с другой, - к увеличению себестоимости производства ввиду высокой стоимости операции от­

ческой оправке с внутренним радиусом ( R0). Процесс описывается сопряженной системой уравнений переноса тепловой энергии в кине­ тики отверждения:

■ Р ~& к,

оС =

•Рг~Ям

Система уравнений (17) - (18) замыкается краевыми условиями, включающими начальное распределение температуры в степени от­ верждения:

где S - толщина материала на границе композит - оправка; Лк - коэффициент теплопроводности материала на границе композит - оправка.

Иопользуя подстановку