способ изготовления гофрированного трубчатого изделия

Формула изобретения

1. Способ изготовления гофрированного трубчатого изделия, при котором осуществляют формообразование на гофрированной оправке заготовки из полимерного материала и ее термообработку, отличающийся тем, что на гофрированную оправку перед формообразованием заготовки и/или поверх размещенной на оправке заготовки после ее формообразования накладывают углеродный волокнистый материал, а термообработку заготовки осуществляют в термоизолированном объеме путем подачи электрического напряжения на углеродный волокнистый материал.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродного волокнистого материала используют трикотаж из углеродного волокна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению особых изделий из веществ, находящихся в пластическом состоянии, а именно к способам изготовления гофрированных трубчатых изделий, и предназначено для использования при изготовлении преимущественно крупногабаритных с большой глубиной (150 мм) гофров сильфонов, шлангов и т.п. изделий из полимерных материалов, имеющих преимущественно высокую температуру плавления (250-400^oC).

Известен способ изготовления гофрированного трубчатого изделия, включающий изготовление прямой трубчатой заготовки из полимерного материала, надевание ее на цилиндрическую оправку с зазором, равным глубине гофров, наматывание по спирали на заготовку проволоки, обеспечивающее образование гофров, и термообработку указанной заготовки в печи [1]

Однако в известном способе при изготовлении крупногабаритных гофрированных изделий (с глубиной гофров 150 мм) при спиральной намотке проволоки на прямолинейную трубчатую заготовку возникают морщины и складки материала заготовки (а следовательно, изделия) вследствие значительной потери ее стенками устойчивости из-за большого зазора между внутренней поверхностью трубчатой заготовки и наружной поверхностью оправки, необходимого для образования гофров большой глубины.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления трубчатого изделия, при котором осуществляют формообразование на гофрированной оправке заготовки из полимерного материала и ее термообработку [2]

Известный способ обеспечивает получение крупногабаритного гофрированного изделия (с глубиной гофров 150 мм) без образования морщин и складок материала изделия за счет того, что формообразование заготовки осуществляют непосредственно на гофрированной оправке, обеспечивая тем самым устойчивость стенок получаемой заготовки при образовании гофров.

Однако указанный способ, как показало опробование, при изготовлении крупногабаритного (глубина гофров 150 мм) трубчатого изделия не обеспечивает получение изделия с полностью монолитной структурой его материала в районе наружных впадин гофров.

Объясняется это тем, что при печной термообработке заготовки этого изделия возникает большой градиент температур по контуру заготовки, возникающий из-за большой разноудаленности вершин и впадин гофров от стенки печи. В результате этого в районе наружных впадин заготовки, наиболее удаленных от стенок печи, ее материал не приобретает вид монолитной структуры.

Техническим результатом изобретения является изготовление изделия с полностью монолитной структурой материала.

Для достижения технического результата в способе изготовления гофрированного трубчатого изделия, при котором осуществляют формообразование на гофрированной оправке заготовки из полимерного материала и ее термообработку, согласно изобретению, на гофрированную оправку перед формообразованием заготовки и/или поверх размещенной на оправке заготовки после ее формообразования накладывают углеродный волокнистый материал, а термообработку осуществляют в термоизолированном объеме путем подачи электрического напряжения.

В качестве углеродного волокнистого материала используют трикотаж из углеродного волокна.

Накладывание на оправку и/или поверх размещенной заготовки из полимерного материала углеродного волокнистого материала позволяет использовать последний в качестве нагревателя при термообработке указанного полимерного материала.

Проведение термообработки в термоизолированном объеме путем подачи на углеродный волокнистый материал электрического напряжения позволяет, как показало опробование, осуществлять достаточно равномерный нагрев поверхностей получаемого изделия.

Использование в качестве углеродного волокнистого материала трикотажа из углеродного волокна позволяет ему благодаря его хорошей растяжимости более плотно охватывать гофрированную оправку и/или размещенную на ней заготовку из полимерного материала.

Описываемый способ позволяет получить изделие с полностью монолитной структурой материала.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображена гофрированная оправка с заготовкой из полимерного материала, поверх которой наложен углеродный волокнистый материал; на фиг. 2 гофрированная оправка с расположением углеродного волокнистого материала на ее поверхности и поверх заготовки из полимерного материала; на фиг. 3 гофрированная оправка с расположением углеродного волокнистого материала между ее поверхностью и заготовкой из полимерного материала до ее формообразования; на фиг. 4 то же после формообразования заготовки из полимерного материала.

Способ изготовления гофрированного трубчатого изделия включает формообразование на гофрированной оправке 1 заготовки 2 из полимерного материала и ее термообработку.

На оправку 1 или поверх размещенной на ней заготовки 2 накладывают углеродный волокнистый материал 3 (соответственно фиг. 3 и 1).

Углеродный волокнистый материал 3 можно накладывать и на оправку 1, и поверх размещенной на ней заготовки 2 (фиг. 2).

Термообработку заготовки из полимерного материала проводят в термоизолированном объеме путем подачи на углеродный волокнистый материал 3 электрического напряжения.

В качестве термоизолированного объема может быть использован термоизолирующий материал 4, которым покрывают оправку 1 с заготовкой 2 и углеродным волокнистым материалом 3 (фиг. 1 и 2) или термоизолированная камера 5 (фиг. 3 и 4).

В качестве полимерного материала можно использовать фторопластовую пленку ф-4 Гост 24222-80, фторопластовую ленту Ф-2М ТУ-6-05-41-615-82, резину 51-2058 ТУ 38105.180-75 и т.п.

В качестве углеродного волокнистого материала 3 можно использовать трикотаж из углеродного волокна, например, трикотаж Урал ТР-22 ТУ 6-06-31-239-79, углеродную нить Урал НТУ 6-06-31-599-87.

В качестве термоизолирующего материала можно использовать, например, стекломаты ОСТ 6-11-82-79 и т.п. материал.

Режимы термообработки выбирают традиционные, т.е. рекомендуемые конкретной марке полимерного материала.

Пример 1.

Для изготовления сильфона (наружный диаметр 1000 мм, внутренний диаметр 700 мм, глубина гофров 150 мм) на гофрированную оправку 1, выполненную из песчанополимерной смеси, наносили антиадгезионную смазку в виде фторопластовой суспензии Ф-2 СД ТУ -6-05-041-645-77.

Затем на оправке 1 производили формообразование заготовки 2 путем укладки на эту оправку листов из фторопласта Ф-4 Гост 24222, раскроенных в виде развертки поверхности сильфона, до толщины 2 мм.

После этого на поверхность заготовки 2 наносили антиадгезионную смазку в виде упомянутой выше фторопластовой суспензии и производили викелевку стеклоровингом РВМН Гост 17139-79, наматывая его в один слой с натяжением 40 кг.

На образованную таким образом заготовку 2 накладывали углеродный волокнистый материал 3 в виде трикотажа из углеродного волокна Урал ТР-22 ТУ 6-06-31-239-79, после этого полученную сборку покрывали термоизолирующим материалом 4 в виде стекломатов ОСТ 6-11-82-79, образуя термоизолированный объем (см. фиг. 1).

Термообработку осуществляли по следующему режиму:

нагревание до температуры 360^oC с подачей напряжение 36В на углеродный волокнистый материал 3 при силе тока 350 А;

выдержка при этой температуре 1 час;

охлаждение.

Исследование полученного изделия показало, что его материал полностью спекся и имел вид монолитной структуры.

Пример 2.

Осуществляли изготовление сильфона (наружный диаметр 1000 мм, внутренний диаметр 700 мм, глубина гофров 150 мм) на гофрированную оправку 1, выполненную из гипса, накладывали углеродный волокнистый материал 3 путем намотки на нее углеродной нити Урал Н ТУ 6-06-31-599-87.

На поверхность углеродного волокнистого материала 3 наносили антиадгезионную смазку в виде фторопластовой суспензии ф-2СД ТУ 6-05-041-645-77.

Затем на оправке 1 производили формообразование заготовки 2 путем намотки на эту оправку фторопластовой ленты Ф-2М ТУ 6-05-41-615-82 шириной 30 мм с усилием 5 кг до толщины 2 мм.

На поверхность заготовки 2 наносили вышеупомянутую антиадгезионную смазку и производили викелевку стекловингом РВМН ГОСТ 171-39-79, наматывая его в один слой с натяжением 40 кг.

Затем поверх образованной таким образом заготовки 2 накладывали углеродный волокнистый материал 3 путем намотки на него углеродной нити Урал Н ТУ 6-06-31-599-87.

После этого полученную сборку покрывали термоизолирующим материалом 4 в виде стекломатов ОСТ 6-11-82-79, образуя термоизолированный объем (фиг. 2).

Термообработку осуществляли по следующему режиму:

нагревание до температуры 140^oC с подачей напряжения 36 В на углеродный волокнистый материал 3 при силе тока 40 А;

нагревание до температуры 170^oC;

выдержка при этой температуре 2 часа;

охлаждение.

Исследование полученного изделия показало, что его материал спекся и имел вид монолитной структуры.

Пример 3.

Производили изготовление сильфона (наружный диаметр 1000 мм, внутренний диаметр 700 мм, глубина гофров 150 мм) на гофрированную оправку 1, выполненную из песчанополимерной смеси, накладывали углеродный волокнистый материал 3 в виде трикотажа из углеродного волокна Урал ТР-22 ТУ 6-06-31-239-79 и наносили на него антиадгезионную смазку в виде фторопластовой суспензии Ф-2СД ТУ 6-05-041-645-77.

Поверх углеродного волокнистого материала 3 на оправку 1 надевали предварительно сформованную прямолинейную цилиндрическую заготовку 2 из фторопластового листа Ф-4 Гост 24222-80 и помещали сборку в термоизолированный объем в виде герметичной термоизолированной камеры 5 (фиг. 3).

Формообразование заготовки 2 и ее термообработку производили по следующему режиму:

создание избыточного давления с наружной стороны заготовки 2 1 МПа;

нагрев до температуры 340^oC с подачей напряжения 36 В на углеродный волокнистый материал 3 при силе тока 350 А;

выдержка при этой температуре и этом давлении 30 мин.

увеличение давления до 1,5 МПа при той же температуре;

выдержка 1 час;

охлаждение под давлением;

сброс давления.

Исследование полученного изделия показало, что его материал имел вид монолитной структуры.

Пример 4 (по способу-прототипу).

Для изготовления сильфона (наружный диаметр 1000 мм, внутренний диаметр 700 мм, глубина гофров 150 мм) на гофрированную оправку 1, выполненную из песчанополимерной смеси, наносили антиадгезионную смазку в виде фторопластовой суспензии Ф-2СД ТУ 6-05-041-645-77.

Затем на оправке 1 производили формообразование заготовки 2 путем укладки на эту оправку листов из фторопласта Ф-4 Гост 24222, раскроенных в виде развертки поверхности сильфона, до толщины 2 мм.

После этого на поверхность заготовки 2 наносили антиадгезионную смазку в виде вышеупомянутой фторопластовой суспензии и производили викелевку стеклоротингом РВМН Гост 17139-79, наматывая его в один слой с натяжением 40 кг.

Сборку помещали в печь и производили термообработку заготовки 2 по следующему режиму:

нагревание в печи до температуры 360^oC;

выдержка при этой температуре 1 час;

охлаждение.

Исследование полученного изделия показало, что его материал в районе наружных впадин не спекся и не имел вид монолитной структуры.

Пример 5 (по способу-прототипу).

Для изготовления сильфона (наружный диаметр 1000 мм, внутренний диаметр 700 мм, глубина гофров 150 мм) на гофрированную оправку 1, выполненную из гипса, наносили антиадгезионную смазку в виде фторопластовой суспензии Ф-2С ТУ 6-05 -041-645-77).

Затем на оправке 1 производили формообразование заготовки 2 путем намотки на эту оправку фторопластовой ленты Ф-2М ТУ 6-05-41-615-82 шириной 30 мм с усилием 5 кг до толщины 2 мм.

На поверхность заготовки 2 наносили вышеупомянутую антиадгезионную смазку и производили викелевку стеклоровингом РВМН Гост 17139-79, наматывая его в один слой с натяжением 40 кг.

Сборку помещали в печь и производили термообработку заготовки 2 по следующему режиму:

нагревание в печи до температуры 140^oC;

поднятие температуры до 170^oC;

выдержка при этой температуре 2 часа;

охлаждение с печью.

Исследование полученного изделия показало, что его материал в районе наружных впадин не спекся и не имел вид монолитной структуры.

Пример 6 (по способу-прототипу).

Производили изготовление сильфона (наружный диаметр 1000 мм, внутренний диаметр 700 мм, глубина гофров 150 мм) на гофрированную оправку 1, выполненную из песчанополимерной смеси, наносили антиадгезионную смазку в виде фторопластовой суспензии Ф-2СД ТУ 6-05-041-645-77.

Затем на оправку 1 надевали предварительно сформованную прямолинейную цилиндрическую заготовку 2 из фторопластового листа Ф-4 Гост 24222-80 и помещали сборку в герметичную печь.

Формообразование заготовки 2 и ее термообработку производили по следующему режиму:

создание избыточного давления с наружной стороны заготовки 2 1 МПа;

нагрев в печи до температуры 340^oC;

выдержка при этой температуре и этом давлении 30 мин;

увеличение давления до 1,5 МПа при той же температуре;

выдержка 1 час;

охлаждение с печью под давлением;

сброс давления.

Исследование полученного изделия показало, что его стенки имели разрывы.

Пример 7.

Изготовление сильфона осуществляли аналогично приведенному в примере 1, за исключением того, что для оправки 1 с заготовкой 2 термоизолированного объема не создавали.

Исследование полученного изделия показало, что его материал в районе наружных выступов не спекся и не имел вид монолитной структуры.

Пример 8.

Изготовление сильфона осуществляли аналогично приведенному в примере 2, за исключением того, что для оправки 1 с заготовкой 2 термоизолированного объема не создавали.

Исследование полученного изделия показало, что его материал в районе наружных выступов не спекся и не имел вид монолитной структуры.