УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ ЛЕНТОЧНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК B29B15/12 

Изобретение относится к оборудованию для получения препрега на основе волокнистого наполнителя, например стекловолокна, пропитанного термопластичным полимерным связующим, предназначенного для горячего прессования различных конструкционных изделий, используемых во многих областях техники.

Известно устройство для пропитки ленточного волокнистого материала, включающее отпускной механизм волокнистого материала, средство подачи связующего, средством пропитки и механизм протяжки и отбора материала [1]
Известное устройство не обеспечивает высокой прочности препрега вследствие недостаточно равномерного и недостаточно надежного сцепления связующего с наполнителем. Под действием неподвижных валков пропитывающего устройства связующее в основной массе выдавливается на внешнюю поверхность слоев в местах с наименьшим сопротивлением продавливанию, в результате чего возникает неравномерное по площади пропитывание слоев, проявляются несмоченные связующие участки наполнителя, а в связующем образуются и затем остаются при затвердевании воздушные пузырьки. Кроме того, в результате однонаправленного движения связующего от внутренних поверхностей слоев наполнителя к внешним затруднено пропитывание волокон с внешних сторон наполнителя, что также приводит к снижению прочности препрега.

Целью изобретения является повышение прочности препрега за счет улучшения сцепления связующего с наполнителем.

Для достижения цели в устройстве для пропитки ленточного волокнистого материала, включающем отпускной механизм волокнистого материала, средство подачи связующего, средство пропитки и механизм протяжки и отбора материала, средство пропитки выполнено в виде пары обогреваемых горизонтально расположенных пластин с волнообразными выступами и впадинами на обращенных друг к другу поверхностях, чередующимися между собой под углом от 0 до 30^о относительно продольной оси устройства. Кроме того, в поперечном направлении относительно продольной оси устройства волнообразные выступы нижней пластины имеют выпуклый профиль, а верхней вогнутый.

На фиг. 1 изображено устройство для изготовления препрега, общий вид; на фиг. 2 узел пропитки в разрезе; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 узел пропитки при снятой верхней пластине, вид сверху.

Устройство для изготовления препрега 1 (фиг, 1) содержит бобины 2 с непрерывным волокнистым наполнителем 3, пропущенным через распределительную гребенку 4 на направляющие валики 5, по подогревающему столику 6, под дозатором 7 для термопластичного полимерного связующего, через узел пропитки, выполненный в виде горизонтально расположенных верхней 9 и нижней 8 пластин, сцепленных между собой регулировочными винтами 10. Препрег 1 закреплен на приемном барабане 11, соединенном с тяговым электродвигателем 12.

Устройство работает следующим образом.

Под действием тягового электродвигателя 12 волокнистый наполнитель 3 сматывается с бобин 2 и, после прохождения направляющих валиков 5, подогревается на подогревающем столике 6 до температуры плавления связующего. Связующее в виде порошка или гранул наносится из дозатора 7 на нагретую ленту волокнистого наполнителя 3, налипает на нее и на нижней пластине 8 расплавляется. Затем лента наполнителя с расплавленным связующим поступает в зазор между верхней 9 и нижней 8 пластинами.

При сгибании выступа верхней пластины связующее вдавливается в ленту и проходит на нижнюю поверхность ленты. При сгибании выпуклого выступа нижней пластины волокна наполнителя раздвигается с образованием зазоров между ними и ширина ленты увеличивается.

Связующее вдавливается в зазоры между волокнами и продавливается на верхнюю поверхность ленты. Затем при огибании вогнутого выступа верхней пластины волокна наполнителя сближаются, защемляя связующее в зазорах между волокнами. В процессе последовательного огибания выступов наполнителем излишки связующего накапливаются в промежутке между пластинами 8 и 9 и, постоянно контактируя с наполнителем, обмазывают ленту наполнителя со всех сторон (см. фиг. 2).

Благодаря периодическому раздвиганию и сжатию волокон с одновременным вдавливанием и втиранием связующего, т.е. относительным перемещением связующего в продольном вдоль ленты и в поперечном направлениях, при периодическом изменении направления поперечного перемещения связующего на противоположное, за счет расположения волнообразных выступов под углом от 0 до ± 30^о (фиг. 5), происходит полное пропитывание наполнителя даже при относительно низкой адгезии и высокой вязкости связующего до 10⁶ пз, а также полное удаление воздушных пузырей из связующего, что повышает прочность препрега.

Кроме того, в процессе работы устройства при температурах, близких к термоокислительной деструкции связующего, внешняя граница смолы в боковых зазорах между пластинами окисляется, образуя плотные защитные боковые стенки, отделяющие ленту от внешней воздушной среды, что исключает возможность окисления связующего в волокнах наполнителя.

Таким образом, при прохождении ленты через 3-6 выступов связующее полностью пропитывает промежутки не только между волокнами наполнителя, но и между элементарными нитями самого волокна, что создает хорошо пропитанную композиционную систему.

Интенсивность продавливания расплава тем выше, чем больше давление, развиваемое в зазоре между лентой и выступом доски. Давление тем больше, чем большее растягивающее усилие при протягивании ленты, это усилие растет при увеличении числа волнообразных выступов доски, уменьшении радиуса выступа, увеличении пути движения ленты в расплаве полимера и увеличении вязкости системы.

Минимальные допустимые радиусы волнообразных выступов рельефа доски определяются хрупкостью используемых для армирования волокон и могут быть равны для известных волокон 3-4 мм.

Таким образом, устройство позволяет добиваться высококачественной пропитки различных длинномерных армирующих материалов.

Конструкция устройства позволяет легко производить заправку армирующего волокнистого наполнителя, а также обеспечивает возможность быстрой регулировки наполнителя и возможность быстрой регулировки зазора между пластинами и настройки устройства на различные наполнители и связующие.

Использование: изобретение относится к оборудованию для пропитки длинномерного волокнистого материала термопластичным связующим в твердом состоянии. Существо изобретения: в процессе пропитки в расплаве связующего наполнитель пропускают через зазор между нижней и верхней пластинами, имеющими волнообразные выступы на обращенных друг к другу поверхностях и встроенные нагревательные элементы. Волнообразные выступы нижней пластины имеют выпуклый, а верхней пластины - вогнутый профиль в поперечном направлении относительно движения протяжки. При прохождении узла пропитки связующее вдавливается и втирается в наполнитель. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ ЛЕНТОЧНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА, включающее отпускной механизм волокнистого материала, средство подачи связующего, средство пропитки и механизм протяжки и отбора материала, отличающееся тем, что, с целью повышения прочности препрега за счет улучшения сцепления связующего с наполнителем, средство пропитки выполнено в виде пары обогреваемых горизонтально расположенных пластин с волнообразными выступами и впадинами на обращенных друг к другу поверхностях, чередующимися между собой под углом 0 ± 30^o относительно продольной оси устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в поперечном направлении относительно продольной оси устройства волнообразные выступы нижней пластины имеют выпуклый профиль, а верхней - вогнутый.