Способ непрерывного получения композиционного материала и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B29B7/32 B29B15/14 

Изобретение относится к технологии и оборудованию для получения композиционных материалов с наполнителем в виде рубленного стекловолокна и порошков в полимерной матрице.:

Целью изобретения является повышение физикомеханических характеристик композиционного, материала за счет снижения насыщенности воздухом приготовляе-- мой композиции.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - насос с рубящими и дозирующими элементами; на фиг. 3 - схема рубки и транспортиррвки волокна в насосе.

Устройство для непрерывного получения композиционного материала содержит емкость 1 для смешения смолы с добавками, емкость 2 для загрузки связующего, смеситель 3 с камерой, насос 4, расположенный

между емкостью 2 и смесителем 3, бункер 5 с питателем для порошкообразного напол- , нителя, бобинодержатели 6 стеклянной ровницы, а также основание 7. на котором установлены вышеуказанные элементы кон- . струкции. Механизм рубки стекловолокна, являющийся одновременно дозирующим элементом насоса, выполнен в виде двух сцепленных между собой шестерен 8, имеющих четное количество зубьев, причем каждый второй зуб 9 заострен, а во впади- нах зубьев выполнены сквозные радиальные каналы 10 сечением (0,5 - 0,8)т2. где т - модуль зацепления шестерен, шестерни 8 расположены на неподвижных осях 11, в которых выполнены канавки 12 сечением в виде сектора, центральный угол которого соответствует углу камеры нагнетания 13 насоса 4, углу между горизонтальной осью,

оо

о к

00

о

проходящей через центры шестерен 8 и началом камеры нагнетания. В камере нагнетания 13 установлена перемычка 14, образующая компрессионную камеру 15 между шестернями 8 и имеющая вогнутые боковые участки, выполненные по окружности шестерен с зазором 16 относительно зубьев шестерен 8 (см, фиг. 3). В верхней части корпуса 17 насоса 4 выполнены окна 18 для введения стекловолокна, которые перекрыты прижимными роликами 19 из упругого материала. Ролики 19 установлены 6 направляющих 20 с возможностью горизонтального перемещения винтами 21, давление роликов 19 на зубья 9 регулируется винтами 22. Высота незаостренных зубьев 23 шестерен 8 меньше высоты зубьев 9, камера всасывания 24 насоса 4 с емкостью 2 соединена трубопроводом 25, а камера нагнетания 13 со смесителем 3 соединена трубопроводом 26 через запорный вентиль 27. -:;.,; . .: ;. -- -у;-..-- - ; ;.

Способ осуществляют следующим образом. -. .: .- - . :: -. .. .

Перед началом работы винтами 22 устанавливают давление роликов 19, регулируй усилие рубки стекловолокна заостренными зубьями 9. :

В емкость 1 для смещения смолы с добавками загружают компоненты связующего, перемешивают их. подают в емкость 2 для загрузки связующего, откуда через трубопровод 25 масса связующего поступает в камеру всасывания 24 насоса 4. Включив двигатель, прокручивают шестерни 8 для транспортировки связующего в камеру нагнетания 13, при этом происходит заполнение им и компрессионной камеры 15, радиальных каналов 10 и канавок 12. Двигатель отключают. Винтами 21 отводят ролики 19 от шестерен 8 и вводят- волокно под ро- лики 19. Винтами 21 прижимные ролики 19 подводят к окнам 18, перекрывая последние, при этом прижимные ролики не только препятствуют вытеканию связующего через отверстия окон, но и служат опорой при резке волокна зубьями шестерен 8.

Включают насос 4 на подачу компонентов композиционного материала. Запорный вентиль 27 на трубопроводе 26 при этом открыт. - -.- .. . -.

За счет того, что при контакте роликов 19 с волокном возникают большие усилия трения, чем при аналогичном взаимодействии волокна и корпуса насоса, а также за счет защемления нитей волокон между зубьями 23 и роликами 19 обеспечивается устойчивое протягивание нитей по корпусу -17 насоса 4 через окна 18, перекрытые роликами 19. При давлении зубьев 9 на стекловолокно и ролики 19 происходит рубка- ломка нитей волокна на отрезки и транспортировка дозы отрезков волокна совместно с дозой связующего в камеру нагнетания 13.

Рубка производится в среде связующего без доступа воздуха с обеспечением полной смачиваемости каждого отрезка волокна по всей поверхности его. Далее масса связующего с равномерно распределенным в ней

стекловолокном поступает в камеру нагнетания. -.:;.:..у. : /, У.г. у./ . у :. -. у .. Радиальные каналы 10, канавки 12 и зазоры 16 обеспечивают вытекание связующего из копрессионной камеры 15, а

высокий динамический напор потоков исключает попадание отрезков стекловолокна в зону зацепления. Уменьшение Сечения оа-... диальных каналов 10 ниже значения 0,5т2 приведет к увеличению гидравлического со

противления в каналах, что будет препятствовать отводу связующего через эти каналы, а, следовательно, очищению зубьев от стекловолокна, которое при этом может попадать в зону зацепления. Увеличение

сечения каналов 10 выше значения 0,8 т2V приводит куменьшению потока связующего . через зазоры 16 и, как следствие, к возможному попаданию волокон в компрессионную камеру 15 через зазоры 16. С

уменьшением длмны бокового участка перемычки 14 ниже значения двух шагов зацепления шестерён 8 снижается давление в компрессионной камере 15, уменьшаются потоки связующего в зазорах 16. Увеличение длины боковых участков перемычки 14 свыше трех шагов зацепления приводит к увеличению гидравлического сопротивления в зазорах 16, уменьшению напора потоков связующего в них и в попаданию

стекловолокна в зацепление шестерен.

Выполнение канавок 12 в осях 11 с углами сечения, отличающимися от угла камеры нагнетания 13 приводит к рассогласованию забора и выброса связующего из компрессионной камеры 15 через радиальные каналы 10. Из камеры1 нагнетания рубленное волокно, равномерно распределенное в связующем, по трубопроводу 26 транспортируется в смеситель 3. Подача порошкооб0 разного наполнителя в смеситель 3 производится непрерывно из бункера 5. При этом время смешивания компонентов в смесителе 3 сокращается. Из смесителя 3 масса подается на формование.

5 Реализация изобретения проводилась с композиционным материалом на основе эпоксидных смол с содержанием 20% стекг ловолокна по массе, что составляет 8 - 10% по объему. Механизм рубки и дозирования устройства содержит две шестерни 8 шириной 20 мм с модулем зацепления m 2 мм и числом зубьев 40. Длина рубленных отрезков волокна 12,5 мм. Прижимные ролики 19 диаметром 100 мм выполнены из полиурета- на. Окна 18 имеют длину 15 мм, их ширина соответствует ширине подаваемого пучка волокон стеклянной ровницы и составляет 16 мм. Окна расположены в верхней части корпуса насоса с учетом возможности контакта зубьев шестерен 8 с прижимными ро- ликами 19. Шестерни 8 вращаются от электродвигателя через червячный редуктор с частотой 60 об/мин. Радиальные каналы 10 выполнены диаметром 2 мм, что составляет по площади 0,8т , Радиальные каналы диаметром 1,4 мм, что соответствует значению 0,4т , не обеспечивает отвод связующего из компрессионной камеры 15, а это вызывает заклинивание шестерен 8, и не обеспечивает очищение зубьев от при- липших отрезков волокна. Радиальные каналы диаметром 2,3 мм, что составляет 1,0т , уменьшают потоки связующего через зазоры 16, при этом волокна попадают в компрессионную камеру и в зацепление ше- стерен. Перемычка корпуса 14 образует компрессионную камеру 15 объемом 1,5 см3, что составляет десять объемов впадин между зубьями. При таком объеме компрессионной камеры происходит равномерное истечение потоков, не наблюдается пульсирующего течения связующего через радиальные каналы 10 и зазоры 16 Длина боковых поверхностей перемычки 14 равна 15 мм, что составляет 2,5 шага зацепления. При длине боковых поверхностей 1,5 шага зацепления уменьшается динамический напор потоков связующего через зазоры 16, наблюдается пульсация потоков волокна попадают в зацепление. При длине зазоров 16, равной четырем шагам зацепления, увеличивается гидравлическое сопротивление протеканию связующего в зазорах 16 и во- локна попадают в зацепление,

Кроме того, увеличение гидравлическо- го сопротивления радиальных каналов 10 и зазоров 16 вызывает разогрев связующего и снижает жизнеспособность его, Угол камеры нагнетания 13 и угол сечения канавок 12 в осях 11 равны 90°. Уменьшение угла канавок 12 относительно угла камеры нагнетания 13 вызывает запаздывание вытес- нения связующего и отрезков волокна из впадин между зубьями потоками связующего из радиальных каналов 10, а увеличение угла канавок 12 приводит к созданию дополнительных сопротивления транспортированию отрезков волокна из зоны рубки в камеру нагнетания. Зазор между вершиной зуба 9 и контурами корпуса 17 и перемычки

14 равен 0,2 мм, а между головкой зуба 23 и контурами корпуса и перемычки составляет 0,5-0,6 мм. ...

После рубки и дозирования частично приготовленная композиция из насоса 4 по трубопроводу 26 поступает в смеситель 3. куда подают и наполнитель из бункера 5, композицию перемешивают а течение 1,5 - 2,0 мин. После смешивания в смесителе готовый материал поступает по назначению. Производительность устройства при частоте вращения шестерен 60 об/мин составила 1,5 - 1,6 кг композиции в мин.

Ударная вязкость образцов. изготовленных данным способом на устройстве увеличена по сравнению со способом прототипом с 19-21 кгм/см2до35 38 кгм/см , снижена пористость композиционного материала, что повышает ресурс его при воздействии вибрационных нагрузок.

Формула изо б р е т е и и я

1. Способ непрерывного получения композиционного материала, включающий приготовление связующего, рубку стекловолокна, дозированную подачу связующего, стекловолокна и сухих компонентов в смеситель, перемешивание и выгрузку массы, отличающийся тем. что, с целью повышения фимико-механических свойств материала за счет снижения насыщенности воздухом приготовляемой композиции, стекловолокно перед рубкой погружают в связующее и производят рубку в жидкотеку- чей среде. . .

2. Устройство для непрерывного получения композиционного материала, содержа- щее емкость для смешения смолы с добавками, емкость для загрузки связующего, смеситель, связанный с ней через насос с дозирующими элементами, бункер для наполнителя с питателем, бобинодержатели стекловолокна и механизм его рубки, отличающее с я тем, что, с целью повышения физико-механических свойств материала за счет снижения насыщенности воздуха приготовляемой композиции, механизм рубки стекловолокна выполнен в виде двух находящихся в зацеплении шестерен насоса с четным количеством зубьев, установленных на осях, имеющих по длине канавку с секторным сечением с центральным углом, со. ответствующим углу наклона днища камеры нагнетания насоса снабженной перемычкой с вогнутыми боковыми поверхностями уста- новленной с зазором относительно шестерен и образующей компрессионную камеру между этими шестернями, каждый второй зуб которых заострен, а во впадинах между ними выполнены сквозные радиальные каналы, причем в верхней части корпус насоса .

имеет окна для введения стекловолокна, перекрываемые роликами из упругого материала.

3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что длина боковых участков пере-

мычки равна 2-3 шагам зацепления шестерен, а радиальные каналы во впадинах этих шестерен имеют сечение, равное 0,5 -- 0,8т2, где т - модуль зацепления шесте

Использование: изобретение относится к технологии и оборудованию для материалов с наполнителем в виде рубленого стекловолокна. Существо изобретения: перед рубкой стекловолокно помещают в приготовленное связующее и производят его рубку в жидкотекучей среде. Массу связующего со стекловолокном подают в смесительдля дополнительного перемешивания. В устройстве для осуществления этого способа механизм . рубки выполнен в виде двух сцепленных между собой шестерен насоса с четным количеством зубьев, каждый второй зуб которых заострен, Во впадинах зубьев выполнены радиальные каналы, а на осях шестерен - канавки. Между шестернями установлена перемычка, образующая компрессионную камеру. В верхней части корпуса насоса выполнены окна для введения стекловолокна. 2 с. и 1.з.rv. ф-лы, 3 ил. ел с

Ч -2126

73 8 . /

Фиг.1

24 15

13 W 18 19 Волокно