Устройство для изготовления армирующего каркаса для армирования углерод-углеродного материала Российский патент 2024 года по МПК B65H54/02 

Изобретение относится к области получения теплозащитных материалов стойких к эрозийному разрушению при воздействии высоких температур и давлений, а более конкретно к конструкции армирующего каркаса для углерод-углеродного материала наконечника головной части ракеты (и способ его изготовления).

Углерод-углеродный материал, армирующий каркас в котором представляет собой кокон, намотанный перекрестным способом из углеродного волокна имеет более высокую эрозионную стойкость при воздействии высокой температуры и давлении благодаря более высокому содержанию углеродного волокна в армирующем каркасе и более мелкой его структуре по сравнению с углерод-углеродными материалами, армированными стержневыми каркасами. Недостатком такого армирующего каркаса является то, что при изготовлении цилиндрической заготовки перекрестным способом по принципу коконной намотки не обеспечивается постоянство угла наклона армирующих волокон к образующей цилиндрической поверхности заготовки. Угол наклона спирально укладываемых на цилиндрическую заготовку волокон зависит от текущего диаметра заготовки, по мере его увеличения угол наклона наматываемого волокна к образующей цилиндрической поверхности заготовки увеличивается, что ведет к нестабильности физико-механических характеристик углерод-углеродного материала.

Известна конструкция нитеводителя для мотальных машин (патент СССР №27674) состоящего из барабана, снабженного на поверхности ведущими пряжу желобками, идущими по винтовой спирали и взаимно-пересекающимися отличающаяся тем, что с целью предотвращения перехода пряжи во встречные винтовые желобки, последние имеют в точках скрещения разную глубину, а с целью перемещения пряжи в предназначенном направлении, одна из боковых канавок (желобков) за точками скрещения скошена. Достоинством конструкции нитеводителя является то, что он обеспечивает одинаковый угол наклона волокна к образующей цилиндрической поверхности наматываемой заготовки вне зависимости от ее диаметра. Недостатком данного способа намотки заготовки армирующего каркаса является то, что привод вращения наматываемой заготовки, фрикционно-связанной с нитеводителем, осуществляется от его контакта с барабаном нитеводителя, т.е. от величины коэффициента трения наружной цилиндрической поверхности барабана нитеводителя с наружной поверхностью наматываемой заготовки и величина его не является постоянной, а зависит от текущего переменного диаметра наматываемой заготовки.

Данный недостаток не имеет существенного значения при намотке нитей на шпули, а при намотке армирующего каркаса для армирования углерод-углеродного материала, уменьшение величины контактного давления между наматываемой заготовкой и барабаном нитеводителя приводит к их взаимному проскальзыванию и тем самым, к уменьшению плотности наматываемой заготовки.

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому изобретению является изобретение нитеводителя для мотальных машин патент СССР № 27674 и может быть принят за прототип.

Задачей настоящего изобретения является разработка наматывающего устройства углеродным волокном перекрестным способом заготовки наматываемого армирующего каркаса для армирования углерод-углеродного материала, обеспечивающего материалу стабильность физико-механических свойств во всем его объеме.

Поставленная задача решается тем, что для увеличения коэффициента трения и исключения явления проскальзывания между наружными поверхностями, заготовки наматываемого армирующего каркаса и поверхностью барабана нитеводителя на его цилиндрической поверхности на ромбические участки, ограниченные желобками, наносится слой резины, а для стабилизации взаимного контактного давления между цилиндрической заготовкой наматываемого армирующего каркаса и поверхностью барабана нитеводителя, барабан нитеводителя поджат к поверхности заготовки наматываемого армирующего каркаса, например, пружиной растяжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на Фиг. 1 показан барабан нитеводителя устройства;

на Фиг.2 показано устройство для получения заготовки наматываемого армирующего каркаса методом перекрестной намотки.

Барабан нитеводителя (Фиг. 1) содержит:

1. Основание барабана нитеводителя, снабженное на поверхности, ведущими углеродное волокно желобками;

2. Желобки, идущие по винтовой спирали и пересекающиеся друг с другом, образуя непрерывное направление для волокна;

3. Резиновые ромбической формы пластины, наклеенные на основание барабана нитеводителя.

Устройство для получения заготовки наматываемого армирующего каркаса методом перекрестной намотки (Фиг.2) содержит:

4. Центральный углерод-углеродный стержень, на который производится намотка углеродного волокна каркаса;

5. Барабан нитеводителя, лежащий на центральном углерод-углеродном стержне, и получающий от стержня вращение благодаря фрикционной связи;

6. Пружину, способствующую стабилизации фрикционной связи наматываемой заготовки наматываемого армирующего каркаса с поверхностью барабана нитеводителя.

7. Цанговый зажим.

Патентуемое устройство работает следующим образом:

Изготовленный центральный углерод-углеродный стержень 4 устанавливается в устройстве согласно Фиг.2 и фиксируется цанговым зажимом 7. Углеродное волокно, поступая со шпулярника 8, укладывается сверху на дно спирального желобка барабана нитеводителя 1 и крепится к центральному углерод-углеродному стержню 4, например, укладкой нескольких кольцевых витков по часовой стрелке волокна, смоченного водным раствором поливинилового спирта. После просушки раствора поливинилового спирта на кольцевых витках углеродного волокна, производится намотка каркаса ручным вращением углерод-углеродного стержня 4 по часовой стрелке до достижения необходимого диаметра заготовки наматываемого армирующего каркаса.

Изобретение относится к области получения теплозащитных материалов стойких к эрозийному разрушению при воздействии высоких температур и давлений. Устройство для изготовления армирующего каркаса содержит барабан 5 нитеводителя, поверхность которого снабжена ведущими волокно желобками, идущими по винтовой спирали и пересекающимися друг с другом, образуя непрерывное направление для волокна для обеспечения постоянства величины угла наклона волокна к образующей цилиндрической поверхности заготовки наматываемого армирующего каркаса во всем намотанном объеме каркаса. При этом для стабилизации фрикционного привода вращения заготовки наматываемого армирующего каркаса от поверхности барабана 5 нитеводителя и для усиления их фрикционной связи участки поверхности барабана 5 нитеводителя, имеющие ромбическую форму и ограниченные спирально расположенными желобками 2, покрыты слоем резины, а барабан нитеводителя и заготовка наматываемого армирующего каркаса поджаты друг к другу. Барабан 5 нитеводителя и заготовка наматываемого армирующего каркаса поджаты друг к другу посредством пружины 6. Устройство для изготовления армирующего каркаса обеспечивает материалу стабильность физико-механических свойств во всем его объеме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для изготовления армирующего каркаса для армирования углерод-углеродного материала, содержащее барабан нитеводителя, поверхность которого снабжена ведущими волокно желобками, идущими по винтовой спирали и пересекающимися друг с другом, образуя непрерывное направление для волокна для обеспечения постоянства величины угла наклона волокна к образующей цилиндрической поверхности заготовки наматываемого армирующего каркаса во всем намотанном объеме каркаса, отличающееся тем, что для стабилизации фрикционного привода вращения заготовки наматываемого армирующего каркаса от поверхности барабана нитеводителя и для усиления их фрикционной связи участки поверхности барабана нитеводителя, имеющие ромбическую форму и ограниченные спирально расположенными желобками, покрыты слоем резины, а барабан нитеводителя и заготовка наматываемого армирующего каркаса поджаты друг к другу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что барабан нитеводителя и заготовка наматываемого армирующего каркаса поджаты друг к другу посредством пружины.