АРМИРОВАННАЯ ОБОЛОЧКА Российский патент 2004 года по МПК F16J12/00 F17C1/16 

Изобретение относится к области производства армированных оболочек высокого давления и может быть использовано для создания изделий сложной геометрической формы, исключающих образование и накопление на наружной поверхности зарядов статического электричества.

Известна армированная оболочка для высокого давления из слоистого композиционного материала, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в полюсных отверстиях, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и кольцевых направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленными высокомодульными нитями, скрепленным полимерным связующим, облицованный внутренним защитным покрытием (см. патент ЕПВ №0191655 B1, B 29 C 53/66, F 17 C/16, 1989).

Также известна армированная оболочка для высокого давления из слоистого композиционного материала, силовой каркас которой по центральным зонам днищ образован в сочетании по меньшей мере 2-х групп слоев спиральных лент, суженных в направлении к полюсным отверстиям и выполнен из высокомодульных нитей с плотностью 29-100 текс на основе арамидных волокон и эпоксидного связующего (см. патент RU №2190150 C1, F 17 C 1/16, 2001 г.).

Аналогичная задача решается и в армированной оболочке высокого давления из слоистых композиционных материалов (см. патент США №3083864, кл. 220-3, 1963 г.).

Основным недостатком известных армированных оболочек высокого давления является накопление на наружной поверхности армированных оболочек для высокого давления в процессе их эксплуатации зарядов статического электричества, что может привести к самым нежелательным последствиям.

Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является изобретение по патенту ЕПВ №0191655 B1, B 29 C 53/66, F 17 C 1/16, 1989 г.

Основной задачей разработки является создание такой конструкции армированной оболочки для высокого давления из слоистого композиционного материала, которая исключала бы образование и накопление на наружной поверхности зарядов статического электричества.

Техническим результатом, который может быть получен от использования изобретения, является повышение эксплуатационной надежности армированной оболочки для высокого давления.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет того, что в известной армированной оболочке, содержащей силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружных направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленных высокомодульных нитей, между прядями однонаправленных высокомодульных нитей спиральных и кольцевых лент завершающего слоя силового каркаса армированной оболочки уложены комплексные электропроводящие нити, выполненные из поли-ε-капроамидных волокон, покрытых непрерывным слоем на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8, при этом массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и высокомодульных нитей в спиральных и кольцевых лентах завершающего слоя силового каркаса армированной оболочки составляет от 1:7 до 1:10.

Отличительными признаками армирующей оболочки являются следующие признаки:

- между прядями однонаправленных высокомодульных нитей спиральных и кольцевых лент завершающего слоя силового каркаса армированной оболочки уложены комплексные электропроводящие нити;

- комплексные электропроводящие нити выполнены из поли-ε-капроамидных волокон, покрытых непрерывным слоем на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8;

- массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и высокомодульных нитей в спиральных и кольцевых лентах завершающего слоя силового каркаса армированной оболочки составляет от 1:7 до 1:10.

Комплексные электропроводящие нити из поли-ε-капроамидных волокон, покрытых непрерывным слоем на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8, обладают высокой электропроводностью при низкой деформации.

Размещение комплексных электропроводящих нитей между прядями высокомодульных нитей спиральных и кольцевых лент завершающего слоя силового каркаса армированной оболочки, взятых в массовом соотношении от 1:7 до 1:10, исключит накопление на наружной поверхности зарядов статического электричества.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать новое техническое решение, соответствующее критерию “новизна”.

Единая совокупность новых существенных признаков с общеизвестными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новых технических результатов, что позволяет характеризовать новое техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники, аналогом и прототипом. Новое техническое решение является результатом опытно-конструкторского вклада, получено без использования стандартных проектировочных решений или каких-либо рекомендаций, является оригинальным и неочевидным, соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами и кратким их описанием. На фиг.1 представлена армированная оболочка. На фиг.2 - фрагмент технологической ленты. Более подробно описание сущности изобретения состоит в следующем.

Армированная оболочка, представленная на фиг.1, содержит силовой каркас 1, выполненный за одно целое с днищами 2 узлов стыковок 3, снабженными металлическими шпангоутами 4. В завершающем спиральном слое 5, размещенным на поверхности силового каркаса 1, и в завершающем кольцевом слое 6, размещенным на поверхности узлов стыковки 3, между прядями 7 силового армирующего наполнителя размещены комплексные электропроводящие нити 8. Фрагмент технологической ленты, представленный на фиг.2, содержит пряди 7 силового армирующего наполнителя, между которыми размещены комплексные электропроводящие нити 8, выполненные из поли-ε-капроамидных волокон 9, на поверхности которых нанесен непрерывный слой 10 на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода.

Для оптимизации компонентного состава были изучены термомеханические и электрофизические свойства фторсодержащего полиолефина, наполненного техническим углеродом. Для проведения испытаний был использован метод, который позволяет проводить испытания в инертной среде в широком интервале температур и постоянной скорости нагрева, равной 15°С/мин (Канашин А.Т., Кузнецов Л.К., Андреева Н.П. Метод непрерывного определения деформационных и химических изменений в волокнах в широком интервале температур и нагрузок, ВМС, 1977, том XVI, №7. С.1680).

В качестве объектов исследований использовались пленки с различным содержанием технического углерода во фторсодержащем полиолефине и комплексные электропроводящие нити на его основе. Электропроводящий наполнитель (технический углерод) вводился в прядильные ацетоновые растворы фторсодержащего полиолефина, из которого после диспергапии в шаровой мельнице формовались пленки по “сухому” способу.

Для определения оптимальной структуры комплексной электропроводящей нити, обеспечивающей создание материала со стабильными характеристиками, были проведены исследования по изучению деформаций и изменению электрического сопротивления нити при температуре прогрева от 50°С до 200°С. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Анализ результатов проведенных исследований, представленных в таблице 1, показал, что наполнение сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом техническим углеродом в массовом соотношении 1:0,6 до 1:0,8 следует считать оптимальным, так как в этой области концентраций достигнута максимальная электропроводность, оптимальная деформируемость покрытия.

Технология изготовления армированной оболочки представляет собой процесс, основными операциями которого являются: формование ленты на основе высокомодульного армирующего наполнителя и комплексной электропроводящей нити (см. фиг.2); пропитка ленты полимерным связующим с последующей замоткой завершающих слоев силового каркаса; термообработка в соответствии с режимом структурирования полимерного связующего; удаление оправки и механические доработки в соответствии с требованиями к конкретному изделию.

Полученная армированная оболочка и ее фрагменты, вырезанные из силового каркаса прошли всесторонние исследования, в результате которых было выяснено следующее: использование комплексной электропроводящей нити между прядями высокомодульного армирующего наполнителя не влияет на габаритные размеры изделия; по весовым характеристикам предлагаемый силовой каркас находится на уровне с известной армированной оболочкой с обеспечением при этом антистатических свойств.

В таблице 2 представлены результаты испытаний удельного объемного и удельного поверхностного сопротивления фрагментов армированной оболочки.

Результаты электростатических испытаний фрагментов оболочек изделий, представленные в таблице 2, показали, что наиболее оптимальное массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и силового армирующего наполнителя в завершающем слое армированной оболочки, обеспечивающей изделию антистатические свойства - от 1:7 до 1:10.

Испытания разработанной армированной оболочки, силовой каркас которой содержит в завершающем слое спиральных и кольцевых лент комплексные электропроводящие нити, размещенные между прядями высокомодульного армирующего наполнителя, произведенной промышленным способом показали положительные характеристики как с точки зрения массогабаритных характеристик, так и с точки зрения антистатических свойств.

Таким образом, предложенное новое техническое решение в указанной совокупности существенных признаков соответствует критерию “промышленная применимость”, т.е. уровню изобретения.

Армированная оболочка предназначена для создания изделий, исключающих образование и накопление на наружной поверхности зарядов статического электричества. Армированная оболочка содержит силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружных направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленных высокомодульных нитей, при этом между прядями однонаправленных высокомодульных нитей спиральных и кольцевых лент завершающего слоя силового каркаса армированной оболочки уложены комплексные электропроводящие нити, выполненные из поли-ε-капроамидных волокон, покрытых непрерывным слоем на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8, при этом массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и высокомодульных нитей в завершающем слое силового каркаса армированной оболочки составляет от 1:7 до 1:10. Технический результат – повышение эксплуатационной надежности оболочки. 2 табл., 2 ил.

Армированная оболочка, содержащая силовой каркас с цилиндрическим участком, торцевыми днищами и фланцами в их полюсных отверстиях, образованный комбинацией групп слоев спиральных и кольцевых лент, ориентированных в спиральных и окружных направлениях с соответственно расположенными в них однонаправленных высокомодульных нитей, отличающийся тем, что между прядями однонаправленных высокомодульных нитей спиральных и кольцевых лент завершающего слоя силового каркаса армированной оболочки уложены комплексные электропроводящие нити, выполненные из поли-ε-капроамидных волокон, покрытых непрерывным слоем на основе фторсодержащего полиолефина и технического углерода, взятых в массовом соотношении от 1:0,6 до 1:0,8, при этом массовое соотношение комплексных электропроводящих нитей и высокомодульных нитей в завершающем слое силового каркаса армированной оболочки составляет от 1:7 до 1:10.