СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 2025 года по МПК E04C5/07 B29C70/52 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологическим линиям для непрерывного изготовления арматурных элементов из полимерных композиционных материалов [B29C 39/00, B29C55/30].

Из уровня техники известна ЛИНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ АРМИРУЮЩЕЙ ЛЕНТЫ, ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТЫ И ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА АРМИРУЮЩЕЙ ЛЕНТЫ [CN 112297298 A, опубл. 02.02.2021]. Линия по производству армированных ремней, отличающаяся тем, что в состав производственной линии входят: отводящая рамка, предназначенная для размотки многопрядной армированной проволоки. Узел расчесывания проволоки используется для разделения размотанных нескольких прядей армированной проволоки на пряди и укладки нескольких прядей армированной проволоки после обработки разделения. Нагревательный элемент для нагрева армированной проволоки после процесса расчесывания. Форма для изготовления ремня имеет вакуумную полость и полость для композита, а нагретая армирующая проволока может последовательно проходить через вакуумную полость и полость для композита и находиться в композите. полость Внутренняя часть заполнена расплавленным пластиком с образованием армированного пояса в форме полосы. Формообразующий компонент используется для того, чтобы позволить армирующей ленте проходить между двумя прижимными роликами в формообразующем узле и регулировать расстояние между двумя прижимными роликами, чтобы толщина армирующей ленты была равна расстоянию между два прижимных ролика для придания формы армирующей ленте.

Недостатком аналога является высокая вероятность образования включений в виде пузырьков воздуха во время производства композитной арматуры.

Из уровня техники известен СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРНОЙ СЕТКИ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРНАЯ СЕТКА НА ЕГО ОСНОВЕ [RU 2714060 C1, опубл. 11.02.2020]. Способ изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, заключающийся в использовании для формирования сетки отвержденных поперечно-ориентированных стержней на основе ровинга, в формировании из неотвержденных продольно-ориентированных прядей ровинга полотна перед модулем формирования и плетения сетки в виде группы матриц с продольно-ориентированными фильерными каналами, в пропускании прядей ровинга через фильерные каналы матриц, в перекрестном разведении прядей при выходе их из фильерных каналов матриц, в укладке между перекрестно расположенными смежными прядями отвержденного поперечно-ориентированного стержня, в перевивке при вращении матриц перекрестно расположенных смежных прядей со стыковкой их с расположенным между ними поперечноориентированным стержнем для формирования продольно-ориентированных стержней и ячеек формируемой сетки, в протягивании формируемой сетки через камеры полимеризации и охлаждения для стабилизации параметров получаемой арматурной сетки и стыков соединений между продольными и поперечными стержнями, отличающийся тем, что полотно из продольно-ориентированных прядей ровинга разделяют на группу лент, каждая из которых сформирована двумя смежными лентами и которые смещают относительно друг друга в поперечном направлении относительно продольной оси вращения каждой матрицы, пропускают их через неподвижные стабилизаторы, на выходе из которых смежные ленты каждой группы ориентируют в продольном направлении, объединяют между собой и стабилизируют их положение в неподвижном отверстии соосным с фильерным каналом соответствующей матрицы, через который объединенные ленты пропускают и на выходе разделяют на две полосы с переориентацией их продольных осей в направлении, противолежащем направлению их ориентации перед вводом в фильерный канал матрицы, пропускают названные полосы лент через смежные относительно продольной оси фильерного канала стабилизаторы матрицы, при выходе из которых ленточные полосы перекрестно сводят в зону формирования продольно-ориентированного стержня и перекрестного стыковочного соединения с поперечно-ориентированным стержнем для формирования арматурной сетки.

Недостатком аналога является высокая вероятность образования включений в виде пузырьков воздуха во время производства композитной арматуры.

Наиболее близким по технической сущности является ЛИНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ АРМАТУРЫ [RU 2592302 C1, опубл. 20.07.2016]. Линия для изготовления арматуры, включающая шпулярник с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, камеру нагрева, пропиточную ванну с натяжным устройством и содержащим полиуретан отжимным устройством, формовочный узел с устройством намотки, полимеризационную камеру, охлаждающий узел, тянущее устройство и узел резки, отличающаяся тем, что камера нагрева ровинга включает электрические теплонагреватели U-образной формы, размещенные с возможностью поворота на угол до 25° относительно их продольной оси, стенки камеры нагрева выполнены из многослойных металлополимерных панелей, а вход и выход камеры нагрева содержат выравнивающие гребенки, пропиточная ванна содержит барабан-обтекатель и отжимной барабан, выполненные из полиуретана, а вход и выход пропиточной ванны содержит распределительные гребенки, формовочный узел выполнен в виде неподвижной структурирующей фильеры и вращающейся формовочной фильеры, при этом структурирующая фильера выполнена в виде пластины с отверстиями, а на формовочной фильере зафиксирован обмотчик, полимеризационная камера выполнена в виде трёх соединенных труб и имеет трехсекционную структуру, при этом линия дополнительно включает узел сматывания с крестообразным каркасом.

Основной технической проблемой прототипа является высокая вероятность образования включений в виде пузырьков воздуха во время производства композитной арматуры.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в снижении вероятности образования включений в виде пузырьков воздуха во время производства композитной арматуры.

Технический результат изобретения достигается за счёт того, что способ изготовления композитной арматуры заключающийся в том, что:

Направляют ровинги, содержащиеся в бобинах, хранящихся в шпулярнике, в профилировщик.

А профилировщике скручивают ровинги между собой вокруг оси в единый пучок.

Направляют пучок в пропиточную ванну.

В пропиточной ванне пучок пропитывают смесью полимерного связующего и отвердителя.

Направляют пропитанный пучок в аппрет-удалитель;

Удаляют из пропитанного пучка аппрет-удалителем излишки смеси полимерного связующего и отвердителя, смонтированного на верхнюю часть пропиточной ванны, формируя тем самым профиль арматуры.

Направляют профиль арматуры в скручивающее устройство.

В скручивающем устройстве скручивают профиль арматуры по спирали.

Направляют скрученный профиль арматуры в отрезной станок, содержащий опоры на которые смонтированы каретки и отрезные устройства, при этом на одну из кареток смонтирована фильера.

Пропускают конец скрученного профиля арматуры через каретку, содержащую фильеру, а затем и через фильеру, после чего конец скрученного профиля арматуры фиксируют в каретке без фильеры.

Протягивают скрученный профиль арматуры через фильеру перемещая каретки по опоре.

Отрезают протянутый профиль арматуры отрезным устройством, формируя прутки арматуры заданной длины.

Перемещают прутки арматуры в камеру пластификации посредством транспортёров.

Кладут прутки арматуры на конвейер с подогревом, смонтированный внутрь камеры пластификации.

Полимеризуют полимерное связующее с отвердителем путём их нагрева, перемещая в это время прутки арматуры до приёмного лотка.

Кроме того, способ характеризуется тем, что шпулярник, профилировщик, пропиточная ванна, аппрет-удалитель, скручивающее устройство, отрезной станок, транспортёры и камера пластификации установлены в технологической последовательности, при этом транспортёры расположены над отрезным станком и смонтированы на направляющие транспортёров, а также выполнены с возможностью перемещения по направляющим транспортёров.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлена линия для производства композитной арматуры, общий вид.

На фиг. 2 представлена камера пластификации, отрезной станок, а также опора транспортёра со смонтированным транспортёром, вид сбоку.

На фиг. 3 представлено отрезной станок, вид сверху.

На фигурах обозначено: 1 - шпулярник, 2 - профилировщик, 3 - пропиточная ванна, 4 - ровинг, 5 - скручивающее устройство, 6 - опора, 7 - транспортёр, 8 - каретки, 9 - камера пластификации, 10 - приёмный лоток, 11 - аппрет-удалитель, 12 - фильера, 13 - отрезное устройство, 14 - держатель, 15 - люк камеры пластификации, 16 - направляющие транспортёра, 17 - конвейер с подогревом, 18 - отрезной станок.

Настоящее изобретение реализуется посредством следующих технических средств.

Линия для производства композитной арматуры содержит:

Шпулярник 1 выполнен в виде стеллажа, содержащий бобины, при этом на бобины намотаны ровинги 4.

Профилировщик 2 представляет собой механизм, выполненный с возможностью скручивания ровингов 4 между собой, вокруг оси.

Пропиточная ванна 3 представляет собой ёмкость, предназначенную для пропитки скрученных ровингов и выполненную из химически нейтрального сплава или химически нейтрального композита, или химически нейтрального пластика, при этом внутри пропиточной ванны 3 установлено несколько валов, а на верхней части установлен аппрет-удалитель 11, выполненный с возможностью удаления излишков смеси полимерного связующего и отвердителя с пропитанных и скрученных ровингов.

Скручивающее устройство 5 выполнено с возможностью формирования внешнего пропитанных ровингов посредством дополнительного скручивания пропитанных ровингов по спирали.

Кроме того линия производства композитной арматуры содержит отрезной станок 18, содержащий опору 6 со смонтированными каретками 8, отрезными устройствами 13, держателями 14, при этом:

Каретки 8, причём одна из кареток 8 содержит фильеру 12, а также каретки выполнены с возможностью протяжки ровингов со сформированным внешним слоем, через фильеру 12, при этом каретки 8 выполнены с возможностью перемещения по опоре 6.

Отрезное устройство 13, выполненное с возможностью отреза протянутых через фильеру пропитанных ровингов.

Держатели 14, при этом один из держателей 14 расположен перед кареткой 8, содержащей фильеру 12, а другой держатель 14 расположен после каретки 8.

При этом над опорой 6 смонтированы направляющие транспортёра 16 на которые смонтирован транспортёр 7, выполненный с возможностью перемещения вдоль направляющих транспортёра 16, помимо этого, транспортёр 7 выполнен с возможностью перемещения протянутых и отрезанных ровингов в камеру пластификации 9 через люк камеры пластификации 15.

Внутри камеры пластификации 9 смонтирован конвейер с подогревом 17, выполненный с возможностью перемещения в приёмный лоток 10 и термической обработки протянутых и отрезанных ровингов, что представляет собой полимеризацию полимерного связующего со смолой.

Перед началом производства в шпулярник устанавливают бобины с ровингами.

Установленные бобины с ровингами пропускают по направляющим шкивам к профилировщику.

После чего, на небольшой промежуток времени, активируют линию производства композитной арматуры до момента, пока из выходных шкивов профилировщика не появится скрученные между собой ровинги.

После появления скрученных ровингов линию останавливают и отрезают неравномерную переднюю часть скрученных ровингов, после чего линию снова активируют.

По мере поступления скрученных ровингов пропускают через направляющие шкивы в пропиточную ванну, с предварительно налитой внутрь смеси из полимерного связующего и отвердителя, и осуществляют пропитку скрученных нитей ровинга, при этом соблюдают меры предосторожности.

Пропитанные смесью из полимерного связующего и отвердителя, скрученные ровинги пропускают через аппрет-удалитель, смонтированный в верхней части пропиточной ванны, посредством которого отделяют излишки смеси полимерного связующего и отвердителя, которые стекают обратно в пропиточную ванну.

Следующим шагом, пропитанные и скрученные ровинги направляют в скручивающее устройство, где пропитанные и скрученные ровинги ещё раз скручивают по спирали, чем формирую внешний слой.

После направляют ровинги со сформированным внешним слоем в отрезной станок, содержащий опоры на которые смонтированы каретки, отрезные устройства, при этом на одну из кареток смонтирована фильера.

Пропускают конец ровингов через каретку, а затем через фильеру, после чего фиксируют в каретке без фильеры. Посредством кареток протягивают ровинги со сформированным внешним слоем через фильеру, при этом регулируют протягивающее усилие от максимального, в начале процесса протягивания, до минимального, в конце процесса протягивания.

После чего, протянутые через фильеру ровинги отрезают при помощи отрезного устройства, и, при помощи транспортёра, передвижение которого осуществляют по направляющим, перемещают в камеру полимеризации, в которой, через люк камеры, отрезанные ровинги попадают на конвейер с подогревом, где, под действием температуры, происходит конечная полимеризация смеси полимерного связующего с отвердителем, и отрезанные отрезанные ровинги приобретают жёсткую внутреннюю структуру, вследствие чего формируется композитная арматура.

Затем термически обработанную композитную арматуру перемещают в приёмный лоток, предназначенный для сбора композитных арматур.

По мере окончания производственного материала в шпулярнике операцию повторяют заново.

Пример осуществления изобретения:

В качестве шпулярника было использовано модифицированное решение от компании SIRENKO, а в качестве ровинга был использован ровинг (прямой) из стекла, представляющий собой непрерывную комплексную прядь в виде жгута, состоящую из стеклянных элементарных нитей, намотанную на бобину, при этом бобины смонтированы на шпулярник.

В качестве профилировщика было использовано решение от компании МАШСПЕЦСТРОЙ, в частности модифицированная система ЛИСА-1.

Пропиточная ванна была сварена из химически нейтрального сплава, а именно из сплава AlMg, имеющего следующий состав (табл. 1):

Таблица 1 - Состав сплава AlMg.

Наименование Содержание элементов, масс., % Алюминий (Al) 90,45 Магний (Mg) 5,50 Марганец (Mn) 1,00 Цинк (Zn) 0,50 Железо (Fe) 0,50 Кремний (Si) 0,50 Медь(Cu) 0,40 Серебро (Ag) 0,40 Хром (Cr) 0,30 Цирконий (Zr) 0,25 Титан (Ti) 0,20

Листы из данного сплава были помещены в станок с числовым программным управлением OPTICUT OC3015GT, при помощи которого были вырезаны детали необходимого размера, представляющие собой стенки, дно и прочие части пропиточной ванны. После чего вырезанные станком части пропиточной ванны были сварены при помощи TRITON ALUMIG 250P DPULSE SYNERGIC. После сварки пропиточной ванны, было установлено, что объём пропиточной ванны составляет 24,6 литра.

В качестве полимерного связующего была использована эпоксидная смола ЭД-20, представляющая собой прозрачную вязкую жидкость желтоватого цвета без видимых механических включений, а в качестве отвердителя, использовался комплектный отвердитель даной смолы.

В качестве скручивающего устройства было использовано скручивающее устройство из линии производства композитной арматуры ПЛПСА-20, линия была разобрана, а скручивающее устройство было модифицировано для работы в настоящей линии.

Каретки и держатели были изготовлены на заказ компанией CNC echnology, а в качестве опор кареток использовалась рельсовая опора.

Фильера и аппрет-удалитель были изготовлены из того же сплава, что и части пропиточной ванны. Куб AlMg сплава с длиной стороны 50 мм поместили в станок с числовым программным управлением HCNC DMTG VDLS-850, где, при помощи фрезы, были произведены, под необходимые для настоящей линии производства композитной арматуры, фильера и аппрет-удалитель.

В качестве отрезного устройства была использована часть от станка DT 315S компании ILERI TEKNIK, верхняя часть станка была демонтирована от основания, а также была модифицирована при помощи приводов для автоматической работы.

Направляющие транспортёра и транспортёры были изготовлены на заказ компанией ИНТЕРМАШ и представляли собой модифицированные транспортёры, смонтированные на подвесные направляющие.

Для камеры пластификации был сварен корпус, в верхней части которого выполнен люк, из стали 13Х11Н2В2МФ толщиной 3 мм, внешнюю часть корпуса оклеили термоизоляцией из керамзита, что позволило сократить потери тепла.

Внутрь корпуса камеры пластификации был смонтирован конвейер с подогревом от компании ЗПУ.

Приёмный лоток также выполнен из сплава AlMg, части которого сварены при помощи TRITON ALUMIG 250P DPULSE SYNERGIC.

После сборки линия для производства композитной арматуры была протестирована в реальных условиях работы и, после корректировки производственных процессов, скорость производства композитной арматуры на линии составила 5,5 км композитной арматуры за смену 8 часов.

При этом было отмечено снижение включений, таких как пузырьки воздуха, в композитной арматуре, произведённой посредством настоящего способа.

Для сравнения количества включений в виде пузырьков воздуха в произведённой композитной арматуре настоящим способом и на решении-прототипе был проведён эксперимент, представленный в таблице ниже.

Таблица 2 - Сравнение композитных арматур.

Количество включений воздуха, % Прочность при растяжении, МПа Максимальное усилие для разрушения на изгиб, Н Длина, см Толщина, см Настоящее изобретение 0,85 1115 970 10 1 Решение прототип 2,24 880 765 10 1

Из таблицы видно, что композитная арматура, произведённая настоящим способом содержит включений на 1,39 процента меньше, чем композитная арматура, произведённая при помощи решения-прототипа.

Также был проведён дополнительный эксперимент в котором было произведено 10 прутков композитной арматуры длиной 10 см и толщиной 1 см. При этом 5 прутков было произведено посредством настоящего способа, а другие 5 прутков при помощи решения-прототипа (табл. 3).

Таблица 3 - Количество включений (пузырьков воздуха) в опытных образцах композитной арматуры.

Количество включений воздуха первый образец, % Количество включений воздуха второй образец, % Количество включений воздуха третий образец, % Количество включений воздуха четвёртый образец, % Количество включений воздуха пятый образец, % Настоящее изобретение 0,87 0,83 0,81 0,92 0,88 Решение прототип 2,12 1,86 2,32 2,02 1,88

Из таблицы выше можно сделать вывод, что композитная арматура, произведённая посредством настоящего способа содержит меньше включений воздуха, а также можно сделать вывод о том, что при использовании настоящего способа производства композитной арматуры снижается вероятность образования включений в виде пузырьков воздуха во время производства композитной арматуры.

Необходимость настоящего способа производства композитной арматуры обусловлена тем, что количество включений в виде пузырьков воздуха на прямую влияет на эксплуатационные характеристики композитной арматуры.

Таким образом, за счёт того, что способ изготовления композитной арматуры заключающийся в том, что:

Направляют ровинги, содержащиеся в бобинах, хранящихся в шпулярнике, в профилировщик.

А профилировщике скручивают ровинги между собой вокруг оси в единый пучок.

Направляют пучок в пропиточную ванну.

В пропиточной ванне пучок пропитывают смесью полимерного связующего и отвердителя.

Направляют пропитанный пучок в аппрет-удалитель;

Удаляют из пропитанного пучка аппрет-удалителем излишки смеси полимерного связующего и отвердителя, смонтированного на верхнюю часть пропиточной ванны, формируя тем самым профиль арматуры.

Направляют профиль арматуры в скручивающее устройство.

В скручивающем устройстве скручивают профиль арматуры по спирали.

Направляют скрученный профиль арматуры в отрезной станок, содержащий опоры на которые смонтированы каретки и отрезные устройства, при этом на одну из кареток смонтирована фильера.

Пропускают конец скрученного профиля арматуры через каретку, содержащую фильеру, а затем и через фильеру, после чего конец скрученного профиля арматуры фиксируют в каретке без фильеры.

Протягивают скрученный профиль арматуры через фильеру перемещая каретки по опоре.

Отрезают протянутый профиль арматуры отрезным устройством, формируя прутки арматуры заданной длины.

Перемещают прутки арматуры в камеру пластификации посредством транспортёров.

Кладут прутки арматуры на конвейер с подогревом, смонтированный внутрь камеры пластификации.

Полимеризуют полимерное связующее с отвердителем путём их нагрева, перемещая в это время прутки арматуры до приёмного лотка.

Кроме того, способ характеризуется тем, что шпулярник, профилировщик, пропиточная ванна, аппрет-удалитель, скручивающее устройство, отрезной станок, транспортёры и камера пластификации установлены в технологической последовательности, при этом транспортёры расположены над отрезным станком и смонтированы на направляющие транспортёров, а также выполнены с возможностью перемещения по направляющим транспортёров.

Обеспечивается такой технический результат как снижение вероятности образования включений в виде пузырьков воздуха во время производства композитной арматуры.

Изобретение относится способу производства композитной арматуры. Техническим результатом является снижение вероятности образования включений в виде пузырьков воздуха во время производства композитной арматуры. Технический результат достигается способом изготовления композитной арматуры, который заключается в том, что ровинги, содержащиеся в бобинах, направляют в профилировщик, где их скручивают между собой вокруг оси в единый пучок. Пучок направляют в пропиточную ванну, где его пропитывают смесью полимерного связующего и отвердителя. Пропитанный пучок направляют в аппрет-удалитель, где удаляют излишки смеси полимерного связующего и отвердителя. Профиль арматуры направляют в скручивающее устройство. Затем скрученный профиль арматуры направляют в отрезной станок, содержащий опоры, на которые смонтированы каретки и отрезные устройства, при этом на одну из кареток смонтирована фильера. Конец скрученного профиля арматуры пропускают через каретку, содержащую фильеру, а затем и через фильеру, после чего конец скрученного профиля арматуры фиксируют в каретке без фильеры. Затем протягивают скрученный профиль арматуры через фильеру, перемещая каретки по опоре, и отрезают протянутый профиль арматуры отрезным устройством, формируя прутки арматуры заданной длины. Прутки арматуры перемещают в камеру пластификации посредством транспортеров и кладут на конвейер с подогревом, смонтированный внутри камеры пластификации. Затем полимеризуют полимерное связующее с отвердителем путем их нагрева, перемещая прутки арматуры до приемного лотка. Причем шпулярник, профилировщик, пропиточная ванна, аппрет-удалитель, скручивающее устройство, отрезной станок, транспортеры и камера пластификации установлены в технологической последовательности. При этом транспортеры расположены над отрезным станком и смонтированы на направляющие транспортеров, и выполнены с возможностью перемещения по этим направляющим. 3 ил., 3 табл.

Способ изготовления композитной арматуры, заключающийся в том, что:

направляют ровинги, содержащиеся в бобинах, хранящихся в шпулярнике, в профилировщик;

в профилировщике скручивают ровинги между собой вокруг оси в единый пучок;

направляют пучок в пропиточную ванну;

в пропиточной ванне пучок пропитывают смесью полимерного связующего и отвердителя;

направляют пропитанный пучок в аппрет-удалитель;

удаляют из пропитанного пучка аппрет-удалителем излишки смеси полимерного связующего и отвердителя;

направляют профиль арматуры в скручивающее устройство;

направляют скрученный профиль арматуры в отрезной станок, содержащий опоры, на которые смонтированы каретки и отрезные устройства, при этом на одну из кареток смонтирована фильера;

пропускают конец скрученного профиля арматуры через каретку, содержащую фильеру, а затем и через фильеру, после чего конец скрученного профиля арматуры фиксируют в каретке без фильеры;

протягивают скрученный профиль арматуры через фильеру, перемещая каретки по опоре;

отрезают протянутый профиль арматуры отрезным устройством, формируя прутки арматуры заданной длины;

перемещают прутки арматуры в камеру пластификации посредством транспортеров;

кладут прутки арматуры на конвейер с подогревом, смонтированный внутри камеры пластификации;

полимеризуют полимерное связующее с отвердителем путем их нагрева, перемещая в это время прутки арматуры до приемного лотка;

кроме того, способ характеризуется тем, что шпулярник, профилировщик, пропиточная ванна, аппрет-удалитель, скручивающее устройство, отрезной станок, транспортеры и камера пластификации установлены в технологической последовательности, при этом транспортеры расположены над отрезным станком и смонтированы на направляющие транспортеров, а также выполнены с возможностью перемещения по направляющим транспортеров.