СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТКАНОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ ОБОЛОЧКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2023 года по МПК D03D37/00 

Изобретение относится к текстильной промышленности и касается способов формирования на круглоткацкой машине объемно-армированных тканых оболочек.

Известен способ формирования многослойных тканых оболочек на круглоткацкой машине, заключающийся в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы [пат. USA №3719210 1973 г. Патентообладатель - фирма Monsanto Company]. Его мы выбираем в качестве прототипа.

Указанный способ применяют преимущественно при формировании многослойных тканых оболочек с недостаточно большим различием внутреннего и наружного диаметра. При использовании этого способа при формировании многослойных (а, значит, толстостенных) тканых оболочек с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами нарушается равномерность структуры армирования, снижается плотность армирования нитями осевой основы тканых оболочек в наружных слоях ткани. Обусловлено это тем, что при одинаковом количестве нитей основы, используемых при наработке многослойной тканой оболочки, наружные слои по мере увеличения диаметра слоя (т.е. увеличения его периметра) расплющиваются со все большей степенью. Следствием такого типа нарушения армирования является снижение производительности формирования тканой оболочки, а также снижение осевой прочности композиционного материала, получаемого на основе тканой оболочки, в зоне расположения расплющенных слоев из-за снижения удельного содержания основных волокон (содержание волокон на 1 мм² площади поперечного сечения).

Задачей изобретения является разработка таких способов формирования на круглоткацкой машине тканых оболочек с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами, которые бы обеспечили возможность получения на их основе изделий из композиционных материалов с более высокой прочностью в осевом направлении со стороны наружной поверхности изделия и изделия в целом, без снижения производительности их формирования.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе формирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами на установленной в центре круглоткацкой машины формообразующей оправке, заключающемся в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы, в соответствии с одним из заявляемых технических решений при формировании толщины оболочки по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы.

То, что при формировании толщины оболочки по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы, обеспечивает получение равномерной (по толщине тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами) структуры армирования. Кроме того, это позволяет уменьшить количество оборотов челнока, требуемое для изготовления многослойной тканой оболочки необходимой толщины и, как следствие, не допустить снижения производительности.

То, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы, (признак ограничительной части формулы изобретения), позволяет придать тканой оболочке с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами трехмерную структуру, обеспечивающую высокую межслоевую прочность в изделии из композиционных материалов на основе указанной структуры тканой оболочки. А сам способ обеспечивает возможность управлять их прочностными характеристиками в разных направлениях армирования.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: возможность дополнительного влияния на изменение структуры армирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами, формируемой на круглоткацкой машине, с приданием изготавливаемому на ее основе изделию из композиционного материала более высокой осевой прочности по всей его толщине при высокой межслоевой прочности, без снижения производительности.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: разработан способ формирования на круглоткацкой машине тканых оболочек с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами, который обеспечивает возможность получения на их основе изделий из композиционных материалов с более высокой осевой прочностью в осевом направлении и высокой межслоевой прочностью в целом изделия, а также с сохранением равномерной пористости в изделии (т.е. на любом участке по его толщине) без снижения производительности формирования многослойных тканых оболочек.

Поставленная задача решается также за счет того, что в способе формирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами на установленной в центре круглоткацкой машины формообразующей оправке, заключающемся в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы, в соответствии с заявляемым техническим решением, при формировании толщины оболочки по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, изменяемой пропорционально изменению диаметра слоев.

То, что при формировании толщины оболочки по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, изменяемой пропорционально изменению диаметра слоев, позволяет практически сохранить плотность заполнения нитями основы в каждом из слоев нарабатываемой тканой оболочки (однако с некоторым ухудшением ее пористой структуры, а именно: увеличением размера пор в сторону увеличения ее диаметра, что в какой-то степени отрицательно отражается на пористой структуре композиционного материала, изготовляемого на основе такой структуры многослойной тканой оболочки). Кроме того, это позволяет уменьшить количество оборотов челнока для формирования многослойной тканой оболочки необходимой толщины, и как следствие, увеличить производительность.

Что дает ограничительная часть формулы изобретения, сказано выше.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: возможность дополнительного влияния на изменение структуры армирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами, формируемой на круглоткацкой машине, с приданием изготавливаемому на ее основе изделию из композиционного материала более высокой осевой прочности по крайней мере с внутренней ее стороны, формируемой нитями более низкой линейной плотности, при высокой межслоевой прочности, а также возможность увеличения производительности формирования многослойных тканых оболочек.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: разработан способ формирования на круглоткацкой машине тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами, который обеспечивает возможность получения на их основе изделий из композиционных материалов с высокой прочностью в осевом направлении с ее увеличением в сторону большего диаметра, с небольшим увеличением пористости в сторону большего диаметра при увеличении производительности изготовления многослойных тканых оболочек.

Следует отметить, ограничением по применению данного способа являются: границы возможности выбора нити различных линейных плотностей, а также технологическая целесообразность применения нитей минимальных и максимальных линейных плотностей.

Поставленная задача решается также за счет того, что в способе формирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами на установленной в центре круглоткацкой машины формообразующей оправке, заключающемся в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы, в соответствии с заявляем техническим решением, при формировании толщины оболочки применяют не только прием, в соответствии с которым по мере увеличения диаметра каждого из слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы, но и прием, в соответствии с которым в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, пропорционально изменению диаметра слоя.

То, что применяют не только прием, в соответствии с которым по мере увеличения диаметра каждого из слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы, но и прием, в соответствии с которым в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, изменяемой пропорционально изменению диаметра слоя, позволяет использовать преимущество того и другого приема при создании наиболее оптимальной (для конкретного изделия из композиционного материала, изготавливаемого на основе многослойной тканой оболочки) структуры армирования и оптимального ее технологического воплощения на практике.

Что дает ограничительная часть формулы изобретения, сказано выше.

В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: возможность дополнительного влияния на изменение структуры армирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами, формируемой на круглоткацкой машине, с приданием изготавливаемому на ее основе изделию из композиционного материала более высокой осевой прочности при высокой межслоевой прочности и более мелкопористой структуры со стороны рабочей поверхности, будь то внутренняя или наружная поверхность изделия, с увеличением производительности изготовления многослойной тканой оболочки.

Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: разработан способ формирования на круглоткацкой машине многослойных тканых оболочек с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами, который обеспечивает возможность получения на их основе изделий из композиционных материалов с более высокой осевой прочностью и высокой межслоевой прочностью, а также с более мелкопористой структурой со стороны рабочей поверхности, будь то внутренняя или наружная поверхность изделия, при увеличении производительности изготовления тканых оболочек.

Заявляемые изобретения направлены на решение одной и той же задачи и представляют собой варианты ее решения. Это свидетельствует о соблюдении единства изобретения.

Заявляемые способы формирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и наружным диаметрами на установленной в центре круглоткацкой машины формообразующей оправке заключаются в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы. Причем при наработке толщины оболочки, по мере увеличения диаметра каждого из слоев:

а) в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы;

б) либо по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, изменяемой пропорционально изменению диаметра слоев;

в) либо применяют не только прием, в соответствии с которым, по мере увеличения диаметра каждого из слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы, но и прием, в соответствии с которым в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности изменяемой, пропорционально изменению диаметра слоя.

Заявляемые способы поясняются рисунками и конкретными примерами формирования тканой оболочки с существенно отличающимися внутренним и внешним диаметрами на круглоткацкой машине.

Пример 1

На круглоткацкой машине сформировали тканую многослойную оболочку с внутренним диаметром 67 мм и толщиной 15 мм.

Для формирования тканой оболочки использовали нить углеродную Урал Н/205-22А ТУ BY 400031289.140 - в качестве перевязочной нити основы, нить углеродную Урал Н/400-22А ТУ BY 400031289.140 - в качестве осевой нити основы, в качестве утка использовали нить УКН/5000 ГОСТ 28008.

Поскольку изделие из композиционного материала на основе тканой оболочки было предназначено для работы в условиях воздействия в целом на него высоких растягивающих усилий в продольном направлении, применили 1-ый из заявляемых способов. В соответствии с ним при наработке оболочки по толщине по мере увеличения диаметра каждого из слоев в схеме армирования слоев задавали увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы.

Так, если на двух внутренних слоях было задано 384 осевых нитей основы и 192 разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы, то уже в следующих двух слоях по толщине по мере увеличения диаметра - 432 осевых нитей основы и 216 разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы в каждом слое. А в наружных двух слоях тканой оболочки (при максимальном ее диаметре) в схеме армирования слоев было задано 480 осевых нитей основы и 240 разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы в каждом слое (см. фиг. 1). Заданную схему армирования ввели в программу наработки тканой оболочки на круглоткацкой машине.

Результаты испытаний углерод-углеродного композиционного материала, армированного такого типа тканой оболочкой показали, что заявляемый способ обеспечил одинаково высокую разрывную прочность композиционного материала в продольном направлении в любом его сечении по толщине изделия.

Пример 2

В отличие от примера 1 изделие из композиционного материала было предназначено для работы в условиях воздействия растягивающих нагрузок со стороны внутренней поверхности.

При этом сколько-нибудь высоких растягивающих нагрузок в целом оно не испытывало. Поэтому достаточно было выполнить его только со стороны внутренней поверхности мелкопористой структуры. Исходя из этих соображений, при формировании тканой оболочки внутренним диаметром 50 мм и толщиной 20 мм был использован второй способ из заявляемых.

Для формирования тканой оболочки использовали нить углеродную Урал Н/205-22А ТУ BY 400031289.140 - в качестве перевязочной нити и осевой нити основы, нить углеродную Урал Н/400-22А ТУ BY 400031289.140 - в качестве осевой нити основы, в качестве утка использовали нить УКН/5000 ГОСТ 28008.

При формировании толщины оболочки по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схему армирования включали нити, линейную плотность которых в каждых двух слоях изменяли от внутренней поверхности к наружной следующим образом: 400 текс, 615 текс, 800 текс, 1025 текс, 1200 текс. При этом в каждом слое количество осевых нитей основы оставляли неизменным (см. фиг. 2).

Пример 3

В отличие от первого и второго примера изделие из композиционного материала было предназначено для работы в условиях набегающего скоростного потока со стороны его внутренней и наружной поверхности. При этом сколько-нибудь значительных растягивающих усилий при его работе оно не испытывало. Исходя из этих соображений, при формировании многослойных тканых оболочек использовали третий из заявляемых способов.

Для формирования тканой оболочки использовали нить углеродную Урал Н/205-22А ТУ BY 400031289.140 - в качестве перевязочной нити и осевой нити основы, нить углеродную Урал Н/400-22А ТУ BY 400031289.140 - в качестве осевой нити основы, в качестве утка использовали нить УКН/5000 ГОСТ 28008.

В соответствии с указанным способом при формировании тканой оболочки с существенно отличающимся внутренним и внешним диаметрами, по толщине по мере увеличения диаметра в схеме армирования было задано на первых двух слоях 144 осевых нитей основы линейной плотности 615 текс и 72 разделяющих их перевязочных нитей, а в схеме армирования последующих пяти слоев было задано 192 осевых нитей основы линейной плотности 615 текс и 96 разделяющих их перевязочных нитей, т.е. в указанных слоях изменяли количество нитей основы, не изменяя их линейной плотности. В схему же армирования наружных четырех слоев включили 192 осевых нитей основы линейной плотности 1200 текс и 96 разделяющих их перевязочных нитей, т.е. количество нитей в слоях не изменяли, а изменили их линейную плотность, увеличивая ее по мере увеличения диаметра слоя (см. фиг. 3). Заданную схему армирования ввели в программу наработки тканой оболочки на круглоткацкой машине.

Результаты испытаний углерод-углеродного композиционного материала, армированного такого типа тканой оболочкой, показали, что заявляемый способ обеспечил получение его с требуемыми характеристиками.

Необходимо отметить, что необходимость в применении третьего способа формирования многослойных тканых оболочек возникает также по той причине, что не всегда есть возможность задать в схеме армирования слоев увеличенное количества нитей основы, которое было бы пропорционально увеличению диаметра слоев. Это связано с ограниченным количеством нитей на шпулярниках круглоткацкой машины.

Заявлены три способа формирования тканой многослойной оболочки с отличающимися внутренним и наружным диаметрами, причем при формировании толщины оболочки применяют не только прием, в соответствии с которым по мере увеличения диаметра каждого из слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы, но и прием, в соответствии с которым в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, изменяемой пропорционально изменению диаметра слоя, для получения на их основе изделий из композиционных материалов с более высокой прочностью в осевом направлении со стороны наружной поверхности изделия и изделия в целом, без снижения производительности их формирования. 3 н.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

1. Способ формирования тканой многослойной оболочки на установленной в центре круглоткацкой машины формообразующей оправке, заключающийся в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы, отличающийся тем, что при наработке оболочки по толщине по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы.

2. Способ формирования многослойной тканой оболочки на установленной в центре круглоткацкой машины формообразующей оправке, заключающийся в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы, отличающийся тем, что при формировании толщины оболочки по мере увеличения диаметра каждого из ее слоев в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, изменяемой пропорционально изменению диаметра слоев.

3. Способ формирования многослойной тканой оболочки на установленной в центре круглоткацкой машины формообразующей оправке, заключающийся в том, что при наработке оболочки по толщине чередуют слои из осевых нитей основы и слои из концентричных утков, а их соединение между собой осуществляют радиальными перевязочными нитями основы, отличающийся тем, что при наработке оболочки по толщине по мере увеличения диаметра каждого из слоев в схеме армирования слоев задают увеличенное пропорционально увеличению диаметра слоя количество осевых нитей основы и разделяющих их радиальных перевязочных нитей основы, при этом в схему армирования слоев включают нити различной линейной плотности, изменяемой пропорционально изменению диаметра слоя.