способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающий ориентирование непрерывных армирующих волокон, пропитку полученного жгута полимерным связующим, вакуумирование, формирование профиля изделия, отверждение и отбор готового изделия, отличающийся тем, что вакуумированию подвергают неформированный жгут, который затем дополнительно пропитывают связующим, а в качестве связующего используют смесь мономеров с отвердителем, не содержащую растворитель.

2. Устройство для изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, содержащее шпулярник с непрерывным армирующим волокном, узел ориентирования волокон, пропиточную ванну с отжимным устройством, по меньшей мере, одну камеру вакуумирования, узел формирования профиля изделия, камеру отверждения и протяжный механизм, отличающееся тем, что камера вакуумирования установлена после пропиточной ванны, а после камеры вакуумирования установлен узел дополнительной пропитки связующим и узел формирования профиля изделия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано для непрерывного изготовления профильных изделий из композиционных материалов способом полтрузионного формования, которые могут найти применение в качестве конструкционного материала в различных областях промышленности и в строительстве.

Известен способ получения длинномерных профильных изделий из композиционного материала (полимерных арматурных стержней), включающий формирование жгута из непрерывных армирующих волокон, их пропитку полимерным связующим, формирование профиля изделия, оплетку и отвержение в нескольких обогреваемых полимеризационных камерах в режиме ступенчатого нагрева и охлаждения (а.с. СССР 1735533, кл. Е 04 С 5/07, опубл. 1992 г.).

Известен способ изготовления длинномерных профильных изделий из полимерных композиционных материалов включающий, ориентирование непрерывных армирующих волокон, их пропитку полимерным связующим, формирование профильного изделия путем протяжки через нагретую фильеру и спиральную навивку обмоточного материала перед входом в формующую фильеру (патент РФ 2009037, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1994 г.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения стеклопластиковой арматуры, включающий операции ориентирования армирующих стеклонитей, пропитки связующим, содержащим растворитель, отжим связующего, формование профильного изделия протяжкой в несколько стадий через обогреваемые фильеры с уменьшающимися по ходу изделия проходными сечениями, вакуумированием после каждой стадии формования профильного изделия и отвержение изделия с последующим его отбором (а.с. СССР 937207, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1982). Особенностью указанного способа является использование полимерного связующего, содержащего растворитель, который удаляется с использованием нескольких стадий формирования профиля и последующего вакуумирования, что усложняет процесс и повышает пористость получаемых изделий.

Известна установка для изготовления неметаллической арматуры, включающая шпулярник с установленными на нем бобинами с армирующим волокном, камеру отжига, пропиточную камеру, формовочный узел с блоком фильер, камерой предварительной полимеризации и обмотчиком, камеры отвержения, протяжный и отрезной механизмы (Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции. М., Стройиздат., 1980).

Известна установка для изготовления арматуры на основе полимерных материалов, включающая шпулярник с установленными на нем бобинами с армирующим волокном, узел ориентирования армирующих волокон, камеру отжига, пропиточную ванну с отжимным устройством, устройство поперечной обмотки, камеры отвержения, снабженные инфракрасным источником нагрева, протяжный и отрезной механизмы (полезная модель RU 14443, кл. Е 04 С 5/07, опубл. 27.07.2000).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для изготовления стеклопластиковой арматуры, включающее шпулярник с армирующим волокном, узел ориентирования, пропиточную ванну, узел отжима связующего, несколько последовательно расположенных обогреваемых формующих фильер, после каждой из которых установлены камеры вакуумирования, камеру отвержения и узел отбора изделий (а.с. СССР 937207, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1982).

К недостаткам известного устройства можно отнести сложность установки.

Техническим результатом предлагаемых способа и устройства является упрощение технологии и уменьшение пористости получаемых изделий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающем ориентирование непрерывных армирующих волокон, пропитку полученного жгута полимерным связующим, формирование профиля изделия, вакуумирование, термооотверждение и отбор готового изделия, отличающееся тем, что жгут дополнительно пропитывают связующим после вакуумирования, а формирование профиля осуществляют после дополнительной пропитки связующим, либо путем продольно поперечной обмотки изделия, либо термоотверждением, путем протяжки изделия через обогреваемую фильеру. При этом в качестве полимерного связующего используют смесь мономеров с отвердителем, не содержащую растворитель, например смесь эпоксидной или полиэфирной смолы с соответствующим отвердителем.

Устройство для осуществления способа, содержащее шпулярник с непрерывным армирующим волокном, узел ориентирования армирующего волокна, пропиточную ванну с отжимным устройством, узел формирования профиля изделия, хотя бы по одной камере вакуумирования и камере термоотверждения и протяжный механизм, дополнительно содержит узел дополнительной пропитки связующим, установленный после камеры вакуумирования перед узлом формирования профиля изделия. При этом в зависимости от используемого связующего узел формирования профиля представляет собой устройство продольно-поперечной обмотки или обогреваемую фильеру. Кроме того, устройство может дополнительно содержать камеру предварительного обогрева, установленную после пропиточной ванны, при этом камеры отвержения и предварительного обогрева снабжены инфракрасным источником нагрева или камера отверждения может быть выполнена в виде обогреваемой фильеры.

Вакуумирование неутвержденного жгута позволяет удалить пузырьки воздуха из него, что снижает пористость изделия, в итоге повышает прочность получаемого изделия и стойкость к воздействию агрессивных сред.

На фиг. 1 схематично представлена установка для изготовления арматуры с использованием связующего на основе полиэфирной смолы.

На фиг.2 изображена установка для изготовления арматуры с использованием связующего на основе эпоксидной смолы или полиэфирной смолы.

Установка включает последовательно установленные шпулярник 1, узел ориентирования армирующих волокон 2, камеру отжига 3, снабженную нагревателем, пропиточную ванну 4 с отжимным устройством 5, камеру вакуумирования 6, представляющую собой герметичную камеру с вакуумным отсосом, узел дополнительной пропитки связующим 7, выполненный в виде кольцевой проточной камеры со штуцером для подачи связующего, камеру отвержения 8, выполненную в виде удлиненной металлической фильеры и снабженную нагревательными элементами, диаметр и форма отверстия фильеры обусловливаются диаметром и профилем получаемого изделия, длина фильеры обуславливается диаметром получаемого изделия: чем больше диаметр изделия, тем длиннее требуется фильера. Установка также включает протяжный механизм 9.

Установка работает следующим образом.

Армирующие волокна (ровинги) с нескольких бобин протягивают через устройство ориентирования армирующих волокон 2 и получают жгут, который протягивают через устройство 3 для отжига. На этом участке происходит частичное удаление замасливателя и подогрев жгута для облегчения пропитки полимерным связующим. Далее жгут протягивают через пропиточную ванну 4 с полимерным связующим, через отжимное устройство 5, снимающее излишки связующего, которые возвращаются в пропиточную ванну 4. Далее пропитанный связующим жгут поступает в камеру вакуумирования 6, где происходит удаление пузырьков воздуха из жгута. Затем жгут протягивают через узел 7 дополнительной пропитки жгута полимерным связующим, затем через обогреваемую фильеру (камера отвержения) 8 и открытое воздушное пространство, где происходит охлаждение до температуры окружающей среды и окончательное отвержение изделия, после чего оно подается на протяжный механизм 9, затем на режущий механизм или направляется на намоточный узел.

Длину камеры отвержения и скорость протяжки жгута выбирают из расчета обеспечения полного отвержения связующего.

Установка, изображенная на фиг.2, дополнительно содержит камеру предварительного нагрева 10 с источником нагрева, например галогенной лампой, и устройство продольно-поперечной обмотки 11, а камера отвержения 8 разделена на две части, первая из которых также снабжена источником инфракрасного или высокочастотного нагрева.

Эта установка работает следующим образом.

Ровинги с нескольких бобин протягивают через узел ориентирования армирующих волокон 2, полученный жгут протягивают через устройство 3 для отжига, через пропиточную ванну 4 с полимерным связующим, через отжимное устройство 5, камеру предварительного нагрева 10, где жгут нагревают до температуры ниже температуры отвержения связующего. В дальнейшем жгут протягивают через вакуумную камеру 6, через узел 7 дополнительной пропитки связующим и через устройство продольно-поперечной обмотки 11 и через камеру отвержения 8, и далее процесс ведут аналогично работе на установке по фиг.1.