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

1)сматывание армирущего материала со шпулярника и подача его в ванну со связующим;

2)пропитка армирующего материала;

3)сушка пропитанного армирующего материала;

4)намотка препрега на катушку.

При производстве препрегов армирующий материал устанавлива­ ют на шпулярник, одновременно с которого могут сматывать до 1000 нитей, до 10 жгутов. При этом бобины с армирующим материалом ос­ таются неподвижными, а армирующий материал стягивают с их наруж­ ной поверхности в осевом направлении (рис.2 9 ).

Г7ТГТ77ТГГТ77ТГГ77777ГГ

Рис.29. Установка для получения препрега: / - бобины о армирующим материалом, установленные в шпулярника; 2 - пропиточная ванна о отжим­ ными валиками; S - раскладчик нитей, формиру­ ющий из них ленту; 4 - лента; 5 - цилиндри­ ческая камера сушки; Б - катушка с лентой препрега на намоточном устройстве; 7 - кало­ рифер; 8 - нагнетающий вентилятор; 9 - отса­

сывающий вентилятор

Перед пропиточной ванной армирующий материал проходит через гребенку, где он формируется в однонаправленную ленту, пропуска­ ется через тормозное устройство с целью создания некоторого тех ­ нологического натяжения, которое необходимо для улучшения усло­ вий формирования препрега. Полимерное связующее наносится на на­ полнитель в количестве 2 8 ...3 7 м ао .£ .

Сушка нанесенного связующего ведется при прохождения армярущ его материала через термокамеру, имеющую зоны с регулируемым температурным режимом, выбор которого связан с типом связующего я со скоростью движения наполнителя. По конструхтивноцу исполне­ нию термокамеры могут быть как вертикального, так и горизонталь­ ного типа с заданным внутренним объемом обогревательных секций. Длина пути препрега по секциям камеры зависит от температуры суш­ ки я скорости перемещения материала, которая может плавно регули­ роваться от 0 ,3 до 2 ,4 и/мин. Меньшие значения относятся к фенолоформальдегядным связующим, а большие - к эпоксидным. Длина пу­ ти препрега в распространенных четырехсекционных шахтных уста­

так как уменьшается пожароопасность. Остаточная концентрация ле­

Условия хранения и срок годности препрега регламентируются.

при 271-283 К. Оптимальное же время хранения препрега обычно рав­ но 3-4 суткам и редко превышает 5-7 суток.

Применение препрегов в технологическом процессе намотки кон­ струкций требует эффективного размягчения связующего и более зна­ чительных давлений формования наматываемого композитного матери­ ала, чем при "мокром" методе. Ограниченность относительного пере­ мещения нитей арматуры в препрега делает возможным применение его при намотке только относительно простых по форме конструкций. Применение препрегов позволяет повысить качество получаемых кон­ струкций и совершенствовать технологию намотки.

Для эффективного использования препрегов необходимо иметь достаточную информацию об их технологических свойствах по таким показателям, как текучесть, температура размягчения, содержание влаги я летучих, содержание растворимой частя связующего, ско­ рость отверждения я т .д .

Роль технологического натяжения армирующего материала при намотке очень велика. Натяжение определяет коэффициент армироваяня, который растет с увеличением натяжения. Однако превышение некоторого максимума технологического натяжения приводит к до­ полнительным повреждениям армирующего материала при движении по фопиточно-формущему тракту станка и к появлению участков, не смоченных связующим и создающих неоднородность композитного ма­ териала по толщине наматываемой оболочки.

Практически номинальные значения технологического натяжения чаще всего выражают в долях разрывной нагрузки применяемой арма­ туры ( Рр ). Для стеклянных нитей оптимальное натяжение варьирует­

Для препрегов натяжение обычно выбирается в интервале 0 , 2 . . .

0,4 Рр , что составляет от 19 до 245 Н/см ширины и даже до 390 Н/см ширины. При этом большие значения натяжения соответству­

ют окружной укладке арматуры на оболочку, а меньшие - продольной. Выбор в каждом конкретном случае оптимальной величины натя­

жения зависит от многих обстоятельств. Наличие дополнительных спрессовывающих устройств, которые могут создавать контактные давления 2 0 ...4 0 0 Н/см ширины или до 4 . . . 5 МПа, снижают величи­ ну требуемого технологического натяжения.

Величина натяжения может быть связана с достижением оптимума одной или нескольких характеристик материала. Так, например, ус­ тановлено, что наибольшую однородность материала по толщине стен­

связующего и "просадка" нижележащих слоев в радиальном направлении, что приводит к уменьшению предварительно заданной величины натяже­ ния от верхних слоев материала к нижним.

фильтрационные процессы, результатом которых является перемеще­ ние слоев армирупцего материала к центру. При этом происходит из­ менение коэффициента армирования по толщине стенки конструкции.

В просадку слоев на стадии намотки вносит свой вклад и упругое обжатие полуфабриката под действием контактного давления при на­

Просадку J. -го слоя наполнителя от фильтрации можно вычис­ лить через изменение толщины прослоек связующего в нижележащих слоях:

ASi можно определить из скорости фильтрации в крайних точках слоев наполнителя, прилегающих к 1-А прослойке:

Так как в результате решения уравнения (7) при условиях (8)- (10) станет известно поле давлений, то по (4) можно перейти к рассмотрению скоростей фильтрации. Таким образом, можно опреде­

ной и той же точкой) изменение краевых условий в связи с тем, что происходит постепенное наращивание толщины конструкции. Счи­ таем, что намотка происходит в изотермических условиях, т.е. решаем задачу без учета переноса тепловой энергии. Для решения

уравнений (7) - (10) приняли явную конечно-разностную схему С ограничением на шаг по времени:

(лг!2

h„ * г х п

В качестве примера приведем расчет процесса намотки конст­

На рис. 31 дано распределение порогового давления по толщи­ не полуфабриката в зависимости от количества слоев. Согласно на­ шим данным, давление монотонно изменяется по всей толщине нама­ тываемой конструкции* Здесь также видно, что граница между учас­ тком, где возникает упругий отпор, и участком, где сохраняется ''свободная" прослойка связущ его, размыта и з-за непостоянства норового давления, но она также смещается в сторону оправки с увеличением числа наматываемых слоев.