способ изготовления армированных изделий из полимерной композиции и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления армированных изделий из полимерной композиции, включающий подготовку заготовки - пропитку ткани компаундом, намотку ее на оправку, прессование в осевом направлении, отверждение сборки и удаление оправки, отличающийся тем, что перед прессованием в осевом направлении осуществляют прессование заготовки в радиальном направлении.

2. Устройство для изготовления армированных изделий из полимерной композиции, содержащее оправку и пресс-форму, состоящую из внешней и внутренней частей, отличающееся тем, что пресс-форма снабжена фиксирующими стержнями и торцевыми втулками.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внешняя часть пресс-формы снабжена газоотводящими отверстиями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для изготовления армированных полимерных композиционных изделий и может быть использовано в производстве изделий из слоистых пластиков.

Известен способ изготовления армированных композиционных изделий, включающий пропитку компаундом армирующей ткани, намотку ее на оправку (дорн), отверждение заготовки в течение требуемого времени при определенных условиях и среде в сушильной камере - давлении и температуре. После отверждения заготовка снимается со стержня и подвергается окончательной обработке - точению и шлифованию рабочих поверхностей изделия до требуемых размеров и шероховатостей, а также, при необходимости, нанесению покрытия на рабочие поверхности для обеспечения требуемых свойств изделий (Композиционные материалы. Справочник. /Под ред. Д.М. Карпиноса. - Киев.: Наукова думка, 1985, с. 489 - 490).

Известный способ не гарантирует достижения максимального уровня качественных показателей изделий, т. к. при намотке возможны дефекты структуры, связанные с неравномерностью пропитки ткани компаундом. Погрешности формы получаемых изделий предопределяют выполнение ряда финишных операций обработки заготовки изделия - точения и шлифования в требуемые размеры и шероховатости, что увеличивает себестоимость и трудоемкость изготовления армированных композиционных изделий. При этом снижаются качественный и физико-механические показатели рабочих поверхностей, т.к. снимаются поверхностные, наиболее прочные слои материала. Зачастую это вызывает необходимость нанесения дополнительного защитного или упрочняющего покрытия, что также увеличивает продолжительность, трудоемкость и себестоимость изготовления изделий. Кроме того, расход материалов превышает требуемые объемы, что также увеличивает суммарную себестоимость изготовления.

Известно устройство для изготовления армированных композиционных изделий методом намотки, содержащее модифицированный токарный станок с оправкой (дорном), на которую наматывают ткань, пропитанную компаундом либо совмещают пропитку компаундом армирующей ткани с намоткой ее на оправку (Иванов В.А. и др. Самосмазывающиеся материалы в узлах трения лесозаготовительных машин. - Экспрессинформ. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1985, с.24, ил., табл. - (Лесоэксплуатация и лесосплав; вып. 1).

Использование такого устройства не обеспечивает качества структуры формуемой заготовки, а также и низкого расхода материала, т.к. непостоянство распределения сил натяжения по ширине заготовки при намотке, определяемое неравномерностью структуры тканевой арматуры вызывает перекосы даже при наличии механизмов автоматической правки. В результате получают неплотности намотки и перекосы, прежде всего на кромках, которые приходится отрезать и выбраковывать для избегания развития преждевременных дефектов в эксплуатации - усталостных и внезапных отказов изделий.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ изготовления металлополимерных армированных изделий из полимерной композиции, включающий подготовку заготовки - пропитку ткани компаундом, установку оправки в упругую внешнюю металлическую обойму с продольной прорезью, намотку ее на оправку через прорезь во внешней металлической упругой обойме, сведение и фиксацию краев прорези внешней обоймы "в замок" с радиальным прессованием во внешней пресс-форме, отверждение сборки и удаление оправки (а.с. N 1346441).

Способ предназначен для изготовления металлополимерных (двухслойных) трубчатых изделий с металлическим внешним и армированным внутренним полимерным композиционным слоями не приемлем для изготовления сплошных однослойных армированных изделий из полимерной композиции, хотя содержит намотку и радиальное прессование во внешней пресс-форме. Способ содержит ряд операций для получения этого конкретного вида изделий и предопределяет наличие ряда финишных операций по обработке торцов изделия и не позволяет получение изделия "в размере", что позволило бы сократить расход материалов, снизить трудоемокость и себестоимость.

В качестве прототипа выбрано устройство для реализации этого способа, включающее оправку и внешнюю пресс-форму (а.с. N 1346441).

Устройство предназначено для изготовления металлополимерных трубчатых изделий и не позволяет достигнуть требуемой точности изготовления однослойных армированных полимерных изделий. Использование такого устройства не обеспечивает требуемого качества формования структуры заготовки изделий, состоящих только из полимерной композиции, а также и низкого расхода материала, т.к. непостоянство распределения сил натяжения армирующей ткани по ширине заготовки при намотке, определяемое неравномерностью структуры тканевой арматуры, вызывает перекосы, которые не компенсируются при радиальном обжатии изделия посредством внешней пресс-формы. В результате возможны неплотности намотки и перекосы, пустоты и выдавливания, прежде всего на кромках, которые приходится отрезать и выбраковывать для избежания развития преждевременных дефектов в эксплуатации - усталостных трещин и внезапных отказов.

Известный способ и устройство для изготовления армированных изделий из полимерной композиции и устройство для его реализации не позволяют:

- обеспечить качество формуемого изделия,

- сократить трудоемкость изготовления.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - обеспечение качества и упрощение технологии изготовления армированных изделий из полимерной композиции.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе изготовления армированных изделий из полимерной композиции, включающем подготовку заготовки - пропитку ткани компаундом, намотку ее на оправку, прессование, отверждение и удаление оправки, согласно изобретению прессование выполняют последовательно в радиальном и осевом направлениях.

Устройство для реализации предлагаемого способа изготовления армированных композиционных изделий, содержащее оправку и пресс-форму, согласно изобретению пресс-форма выполнена из внешней и внутренней частей, снабжена фиксирующими стержнями и торцевыми втулками.

Кроме того, внешняя часть пресс-формы снабжена газоотводящими отверстиями.

Указанная совокупность признаков позволяет придать объекту новые свойства и получить новый технический результат.

Выполнение способа изготовления армированных композиционных изделий намоткой пропитанной ткани на оправку позволяет значительно сократить затраты времени на подготовительные операции и трудоемкость изготовления в целом, обеспечить заданную структуру армирования, сократить расход материалов, а прессование в радиальном и осевом направлениях с последующим отверждением и термообработкой позволяет получить требуемую форму и размеры и обеспечить высокие физико-механические показатели и качество изделий.

Применение устройства для изготовления армированных композиционных изделий с фиксирующими стержнями взаимное конечное положение внешней и внутренней частей пресс-форм позволяет осуществить точное базирование оправки в торцевых втулках, опирающихся на внутренние поверхности пресс-формы. Торцевые втулки позволяют исключить относительные смещения и погрешности формы внутренней и внешней поверхностей формуемых изделий, обеспечивают требуемую плотность получаемой структуры, форму и положение торцов изделий и исключают необходимость дополнительных операций по финишной обработке - как торцев, так и цилиндрических поверхностей, устраняя возможные дефекты намотки - растекания и неравномерности пропитки, перекосы и неплотности в получаемой структуре материала изделия. Стержни и втулки обеспечивают совпадение осей внешней и внутренней поверхностей изделий, что позволяет получать "в размер" тонкостенные изделия, исключая необходимость финишных операций и снижая до требуемого минимума расход композиционных материалов.

Газоотводящие отверстия позволяют снизить давление при прессовании в клиновых каналах, обеспечивают отвод воздуха из зоны прессования и улучшают условия формования изделия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг. 1 изображены: а - фронтальный разрез устройства, б - вид сверху, в - разрез на боковом виде;

на фиг. 2: а - фронтальный разрез, б - разрез на боковом виде в - увеличенный вид разреза по газоотводящему отверстию.

Способ изготовления армированных композиционных изделий осуществляют следующим образом: подготавливают арматуру путем пропитки ткани компаундом, содержащим, например, эпоксидную смолу ЭД-20 с отвердителем полиэтиленполиамином (ПЭПА) и наполнители - фторопласт Ф-4 и графит ГС-1. Наматывают арматуру на оправку 1, размещают заготовку 2 внутри полости внешней части 3 пресс-формы на торцевых втулках 4, осуществляют радиальное прессование заготовки 2 с оправкой 1 внутренней частью 5 пресс-формы, фиксируют последнюю относительно внешней части 3 пресс-формы введением стержней 6, выполняют осевое прессование заготовки 2 торцевыми втулками 4, отверждают заготовку при температуре 120 - 160^oC в течение 1 - 2 часов, после чего удаляют оправку 1. Подготовка арматуры из ткани с пропиткой и намоткой ее на оправку 1 значительно сокращает в два раза время подготовки заготовки 2 и способствует получению требуемой структуры армирования, что повышает физико-механические и другие качественные показатели изделия (прочность, износостойкость, теплопроводность). Размещение оправки 1 с заготовкой 2 внутри полости внешней части 3 пресс-формы с помощью торцевых втулок 4 позволяет обеспечить соосность базирования внутренней и внешней поверхностей изделий, цилиндричность при радиальном прессовании заготовки 2 внутренней частью 5 пресс-формы, а осевое прессование заготовки 2 торцевыми втулками 4 позволяет обеспечить заполнение и исключить растекания по торцам заготовки 2.

Устройство для осуществления способа изготовления армированных композиционных изделий содержит оправку 1 с заготовкой 2, размещенную внутри внешней части 3 пресс-формы на торцевых втулках 4, внутреннюю часть 5 пресс-формы, и снабжено фиксирующими стержнями 6.

Кроме того, внешняя часть 3 пресс-формы содержит газоотводящие отверстия 7.

Работает устройство следующим образом. Оправку 1 с заготовкой 2 размещают во внутренней полости внешней части 3 пресс-формы на торцевых втулках 4, одетых с обеих сторон на оправку 1 и придвинутых вплотную к торцевым краям заготовки 2 по поверхности оправки 1, вставляют в вертикальную направляющую прорезь внешней части 3 пресс-формы внутреннюю часть 5 пресс-формы и осуществляют с ее помощью радиальное прессование заготовки перемещением внутренней части 5 пресс-формы до совпадения отверстий под стержни 6, фиксируют конечное расположение частей 3 и 5 пресс-формы стержней 6, а затем осуществляют осевое прессование заготовки 2 перемещением торцевых втулок 4 по оправке 1. После этого, сборку подвергают термообработке в сушильном шкафу при заданной температуре в течение требуемого времени. По окончании термообработки удаляют оправку 1, разбирают устройство и извлекают готовое изделие.

Газоотводящие отверстия 7 снижают давление в клиновых зазорах, образующихся при радиальном прессовании заготовки 2 перемещением внутренней части 5 пресс-формы относительно внешней части 3, а также при осевом прессовании перемещением торцевых втулок 4 до упора в торцы пресс-формы.

Применение радиального прессования заготовки при ее базировании на торцевых втулках по внутренним поверхностям внешней и внутренней частей пресс-формы с фиксированием их конечного взаимного положения стержнями обеспечивают соосность внешней и внутренней поверхностей формуемых изделий и получение минимальной погрешности формы, а осевое прессование - гарантирует полное заполнение внутренней полости пресс-формы и перпендикулярность плоскостей торцев центральной оси изделий.

Газоотводящие отверстия способствуют улучшению условий формования внешней поверхности изделия, снижая давления и удаляя излишки воздуха непосредственно из клинообразной зоны при радикальном прессовании без дополнительных перетеканий материала вдоль оси изделий. Осевое прессование окончательно формирует торцы, обеспечивая качество формы изделий.