Способ изготовления трубчатых плетеных изделий Советский патент 1993 года по МПК D04C1/00 

Изобретение относится к области плетения изделий, в частности к способам их изготовления и может быть использовано в авиастроении, судостроении и других отраслях промышленности при изготовлении изделий из композиционных материалов. Предлагаемый способ также может быть применен для изготовления изделий спортивного инвентаря.

Целью изобретения является повыше ние прочностных и жесткостных характеристик трубчатых изделий из композиционных материалов на основе углеродных волокон, полученных метоДом плетения.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе получения трубчатых плетеных изделий, заключающемся в переплетении на поверхности оправки двух

групп нитей, перемещающихся по замкнутым синусоидам во взаимно противоположных направлениях с пропусканием между ними продольной арматуры, имеет следующие отличия:

а)для продольной арматуры в виде углеродных волокон оплеточные нити подбираются из материалов, обладающих хорошей адгезией к полимерной матрице;

б)отношение длины окружности трубчатого изделия, взятой по внутреннему сечению, к произведению количества продольных жгутов на их диаметр находится в пределах от 1до2:

в)толщина оплеточного слоя и диаметр продольного жгута соотносятся в пределах от 1:15 до 1:8;

г) расстояние между оплеточными нитями, измеренное в сформированном изделии, принято равным примерно 0,5-1 мм, а при плетении лентой или группой нитей, сформированных в ленту, равно ширине ленты, однако не менее 0,5мм, не более 2 мм.

Кроме того предложенный способ отличается тем, что продольные жгуты предварительно пропитывают полимерным связующим и обматывают нитями по спирали.

Предложенное техническое решение соответствует критерию существенные отличия, так как вышеперечисленные признаки изготовления трубчатых изделий методом плетения не обнаружены ни в способах-аналогах, ни в других известных зая- вителю способах. Дополнительный отличительный признак - предварительная пропитка и обмотка жгутов - известен из аналога, но использование указанных операций при плетении дает положительный эффект и заявителем в новой совокупности технологических приемов не обнаружен.

Достижение положительного эффекта при осуществлении предложенного способа подтверждается экспериментальными исследованиями зависимостей прочностных характеристик трубчатых плетеных образцов от их структурных параметров. Соответствие структурных параметров указанным соотношениям обеспечивает максимальную степень реализации прочности исходных материалов в изделии, а следовательно высокую прочность изделия при минимальном весе.

Сущность предложенного способа заключается в следующем: плетение,изделия осуществляется на роторно-намоточной машине (см. Информационный листок № 89- 067, Ворошиловградского МТЦНТИ, 1989).

Исходя из рекомендаций, приведенных в отличительном пункте в, в качестве осевой арматуры используется углеродный жгут УКН5000, а в качестве оплеточной арматуры - стеклянная нить ВМПС-б.

Для диаметра изготавливаемого трубчатого изделия и количества неподвижных веретен с продольной арматурой из соотношения, указанного в отличительном пункте б определяется расчетный диаметр продольных жгутов. Определяется количество сложений исходного жгута для получения расчетного сечения. Составленный таким образом продольный жгут наматывается на катушки неподвижных веретен. Исходя из соотношения в, выбирается оплеточная нить, которая наматывается на катушки, устанавливаемые на подвижные веретена. Количество подвижных веретен и толщина нитей на них

0

5

определит подачу оправки с изделием (условие п. г).

Пропущенные сквозь полые оси коклюшечных шестерен продольные жгуты, нити подвижных веретен закрепляются на краю оправки, включается роторно-намоточная машина и взаимно согласованными перемещениями подвижных веретен и оправки плетется трубчатое изделие, структурные параметры которого близки к оптимальным, и таким образом, достигается максимальная реализация прочностных свойств исходных материалов. После плетения изделие пропитывается и полимеризуется.

П р и м е р 1. Роторно-намоточная машина, содержащая 20 подвижных веретен, из них 10 совершают движение по часовой стрелке, а 10 - против, неподвижных катушек с осевыми жгутами - 20. С применением 0 этой машины изготавливались трубчатые изделия на оправках диаметрами 20, 25, 30 мм. В качестве продольной арматуры использовался углеродный жгут УКН-5000 линейной плотностью 400 текс, а для оплетки - стеклянная нить ВМПС-6 линейной плотностью 60 текс в виде ленты в 5 сложений. Осевая подача оправки б ыла принята, согласно приведенным рекомендациям, 20 мм на оборот подвижного веретена, т.е. ширина оплеточной ленты на поверхности жгута равна 1 мм и просвет между смежными лентами 1 мм. Условия пропитки и термообработки всех исследуемых образцов были идентичны. Образцы изготовлены на эпоксидной смоле ЭД-20 с отвердителем-горяче- го отверждения - триэтаноламином (ТЭА).

Были изготовлены образцы с различным количеством сложений углеродных жгутов продольного армирования. Варьируя количество арматуры в продольном направлении без изменения остальных параметров получены образцы с различными соотношениями структурных параметров плетеного изделия. За-критерий качества принималась прочность образца при сжатии. Образцы испытывали на испытательной машине Р-20.

Получены следующие результаты.

5

0

5

0

5

0

5

прототипом. Получение изделий со стабильно высокими характеристиками обеспечит более широкое использование композитов в различного назначения конструкциях, позволяет получать изделия, конкурентноспо- собные на мировом рынке.

Предложенным способом изготовлены углепластиковые трубки для рамы велосипеда. Изготовлены опытно-промышленные образцы рамы (на основе плетеных трубок), которые проходят испытания. Полученное изделие конкурентноспособно с зарубежными аналогами и даже превосходит их по весовым характеристикам,

Использование: способ, изготовления rpV64aTbix плетеных изделий относится к плетению изделий, которые могут быть ис, пользованы в авиастроении, судостроении, для изготовления спортивного инвентаря. Сущность изобретения: на поверхности цилиндрической оправки переплетают три группы нитей. Две основные группы оплеточных нитей перемещают по замкнутой синусоиде во взаимно противоположных направлениях по окружности оправки, а третью, дополнительную, группу нитей про пускают в качестве продольной арматуры в узловых точках перехода основных групп нитей. Для продольной арматуры используют жгуты из углеродных волокон, для оплеточных нитей - материалы, обладающие адгезией к полимерной матрице. Отношение длины внутренней окружности трубчатого изделия к произведению количества и диаметра продольных жгутов находится в пределах от 1 до 2. Отношение толщины оплеточного слоя к диаметру продольного жгута - от 1:15 до 1:8. Расстояние между оплеточными нитями соответствует 0,5-1 мм, а при плетении лентой равно ширине ленты, но находится в пределах от 0,5 до 2 мм. Продольные жгуты предварительно пропитывают полим ерным связующим и обматывают нитями по спирали 1 з.п,ф-лы. С/1 С

П р им е р 2. В условиях 1 на образцах 025мм с продольной арматурой в 8 сложений жгута УКН-5000 варьировался шаг оплетки. Исследовано 2 варианта: а) просвет между оплеточными лентами на осевом жгуте в изделии равен примерно трем ширинам ленты; б) просвет равен половине ширины ленты.

Изготовленные по варианту а трубки имеют некоторое искривление продольной арматуры; такие образцы имеют значения разрушающих напряжений на ниже, чем у соответствующих образцов из примера 1.

Изготовленные по варианту б трубки из-за стеснённой раскладки оплеточных нитей, не облегают оправку, наблюдается искривление осевой арматуры, нарушаются структурные соотношения изделий, снижаются жесткостные и прочностные характеристики.

В обоих случаях качество поверхности изделия ухудшилось, Предложенные соотношения структурно-технологических параметров изготовления трубчатых изделий плетением обеспечивают преимущества заявляемого технического решения перед

Формула изобретения 1,Способ изготовления трубчатых плетеных изделий, заключающийся в переплетении на поверхности цилиндрической оправки трех групп нитей, из которых две основные группы оплеточных нитей перемещают по замкнутой синусоиде во взаимно противоположных направлениях по окружности оправки, а третью дополнительную группу нитей в качестве продольной арматуры, которая образована жгутами из углеродных волокон, пропускают в узловых точках перехода основных групп нитей, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности трубчатых плетеных изделий, оплеточные нити выполнены из материалов, обладающих адгезией к полимерной матрице, количество и диаметр продольных жгутов выбраны из условия, что отношение длины внутренней окружности трубчатого изделия к произведению количества и диаметра продольных жгутов находится в пределах 1-2, отношение толщины оплеточного слоя к диаметру продольного жгута - в пре0 делах 1/15-1/8, причем расстояние между оплеточными нитями, измеренное в сформованном изделии, соответствует 0,5-1 мм, а при плетении лентой или группой нитей, сформированных в ленту, равно ширине

5 ленты, но находится в пределах 0,5-2 мм,

0

5

0

5