способ формования наполненных профильных изделий

Формула изобретения

1. Способ формования наполненных профильных изделий методом пултрузии, при котором осуществляют пропитку волокон связующим, его отверждение и формообразование изделия в рабочей фильере, отличающийся тем, что после пропитки волокон осуществляют формирование технологического пакета формуемого изделия, используя предварительно отформованные элементы с частичным отверждением, внутренние и периферийные пучки из заданного количества жгутов волокон, пропитанных связующим, причем формирование технологического пакета осуществляют посредством распределителя-фиксатора, располагая при этом отформованные элементы и волокна в заданный профиль, а в процессе формообразования изделия при прохождении технологического пакета через рабочую фильеру осуществляют смыкание отформованных элементов и волокон и заполнение полостей между отформованными элементами и между этими элементами и рабочей поверхностью фильеры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно отформованные элементы перед зоной контакта их с волокном нагревают, после чего их приводят в контакт с волокном перед входом в рабочую фильеру для нагрева изнутри волокон за счет отбора тепла от нагретых отформованных элементов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования технологического пакета используют предварительно отформованные элементы со степенью отверждения до 70%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам формования наполненных профильных изделий методом полтрузии и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве профильных изделий.

Известен способ формования непрерывных изделий пултрузией из волокон, пропитанных термореактивным связующим, в котором смолу с отвердителем смешивают непрерывно перед входом в пропитывающее устройство, а пропитку осуществляются за счет ввода связующего внутрь пучка наполнителя [1].

Однако в известном способе имеют место ограниченность сечения формуемого профиля, а именно относительно малые их диаметры - до 10 мм, сложность пропитки больших сечений, невозможность получения профилей с переходами по сечению, а также сложность обслуживания установки из-за высокочастотных источников.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ формования наполненных профильных изделий методом пултрузии, при котором осуществляют пропитку волокон связующим, его отверждение и формообразование изделия в рабочей фильере [2].

В известном способе на стадии пропитки термореактивное связующее смешивают с отвердителем. На этапе предварительного отверждения отверждение начинается за счет нагрева волокон при помощи токов высокой частоты, которые в свою очередь нагревают смолу. При прохождении через рабочую формующую фильеру волокно, пропитанное связующим, подвергается дополнительному наружному нагреву и формуемому изделию придается окончательная форма. Однако в указанном способе необходима защита обслуживающего персонала от высокочастотного излучения, наличие двух и более источников нагрева, сечение формуемого профиля может иметь только простую конфигурацию (круг, квадрат), затруднено использование при формовании наполнителей разного вида из-за их различного поведения в электрическом поле высокой частоты.

Техническим результатом изобретения является получение протяжкой наполненных полимерных композиционных изделий (ПКМ) преимущественно большого сечения (более 1500 мм), в том числе гибридных, с заданными прочностными характеристиками, повышение качества формуемых изделий при одновременном повышении производительности процесса.

Для достижения технического результата в способе формования наполненных профильных изделий методом пултрузии, при котором осуществляют пропитку волокон связующим, его отверждение и формообразование изделия в рабочей фильере, согласно изобретению после пропитки волокон осуществляют формирование технологического пакета формуемого изделия, используя предварительно отформованные элементы с частичным отверждением, внутренние и периферийные пучки из заданного количества жгутов волокон, пропитанных связующим, причем формирование технологического пакета осуществляют посредством распределителя-фиксатора, располагая при этом отформованный элементы и волокна в заданный профиль, а в процессе формообразования изделия при прохождении технологического пакета через рабочую фильеру осуществляют смыкание отформованных элементов и волокон и заполнение полостей между отформованными элементами и между этими элементами и рабочей поверхностью фильеры.

Кроме того, предварительно отформованные элементы перед зоной контакта их с волокном нагревают, после чего их приводят в контакт с волокном перед входом в рабочую фильеру для нагрева изнутри волокон за счет отбора тепла от нагретых отформованных элементов.

Для формирования технологического пакета используют предварительно отформованные элементы со степенью отверждения до 70%.

В описываемом способе комплект предварительно отформованных элементов, входящих в технологический пакет, нагревают перед зоной контакта их с пропитанными жгутами с таким расчетом, чтобы температура в зоне контакта была не более 80^oC, а место нагрева выбирают исходя из условия, чтобы перед входом в рабочую фильеру температура предварительно отформованных элементов была не ниже 50^oC. Тепло, аккумулированное предварительно отформованными элементами, большей частью расходуется на нагрев волокна и нанесенного на его поверхность связующего. Таким образом обеспечивается температура технологического пакета на входе в рабочую фильеру на уровне 5010^oC. Это обеспечивает более качественную пропитку волокна, а также смещение зоны максимальных температур в формующей фильере в сторону захода технологического пакета в рабочую фильеру, что в свою очередь позволяет несколько увеличить скорость протяжки и получить более качественное изделие. Нагрев осуществляется или с помощью печи сопротивления, или лампы накаливания с теплоизолирующей обкладкой, или СВЧ, или любыми другими способами.

Предпочтительно зона контакта предварительно отформованных элементов с пропитанными жгутами находится между вторым и третьим распределителем-фиксатором в направлении от рабочей фильеры или смещена в соответствии с заданной программой.

Способ обеспечивает изготовление изделий из ПКМ относительно большого сечения (более 15000 мм) сложной конфигурации методом полтрузии с заданным распределением армирующего наполнителя по сечению. Он позволяет последовательно вводить в технологический пакет предварительно отформованные элементы с различной формой сечения в заданный профиль, например -образного сечения, труб, стержней, треугольников и т.д., при этом местоположение этих элементов в сечении формуемого изделия строго зафиксировано посредством установленной перед рабочей фильерой системы распределителей-фиксаторов.

Стыковка предварительно отформованных элементов в процессе формования изделия вытяжкой легко может быть осуществлена за счет смещения по длине элементов относительно друг друга в продольном направлении, что позволяет сохранить монолитность и прочность профиля, разнеся по длине стыки соединяемых элементов. Это также облегчает заход предварительно отформованных элементов в формующую фильеру. Преимуществом способа является также возможность получения отформованного изделия из ПКМ со сквозными каналами заданных сечений, которые могут быть использованы для размещения других конструктивных элементов, например проводов, или для снижения массы формуемых изделий при сохранении их механических свойств. Наличие полых каналов позволяет решить вопрос сборки профилей любой длины практически без ограничения с сохранением сквозных каналов по всей длине конструкции.

Набор комплектующих задается сечением профиля формуемого изделия, требованиями к физико-механическим характеристикам зон сечения формуемого профиля и определяется расчетно-экспериментальным путем.

В качестве наполнителя формуемых изделий из ПКМ могут быть использованы любые армирующие волокна, в том числе стекло, угле- и органоволокниты, их сочетания, а также ткани на основе этих волокон, распределенные внутри формуемого профиля или по его поверхности, металлические нити или их смеси, сочетания металлических нитей с нитями или жгутами из любых других материалов.

Полученные описываемым способом изделия из ПКМ монолитны, не имеют расслоений. При испытании на удар и сжатие разрушение образца проходит непосредственно по телу профиля, а не по границе комплектующих элементов.

Пример. Формование методом полтрузии из ПКМ стержня диаметром 65 мм.

Расчетно-экспериментальным путем определили набор комплектующих для стержня 65 мм. В него вошли: 7 предварительно отформованных стержней 20 мм из стеклоровинга РБР-13-2520 и связующего ВС2561 на основе эпоксихлордиановой смолы ЭХД со степенью отверждения 70%, 816 жгутов стеклоровинга, предварительно пропитанных тем же связующим. Жгуты стеклоровинга делились на 6 внутренних пучков по 34 жгута каждый и 16 периферийных комплексных пучков по 102 жгута, каждый периферийный пучок делился соответственно на 3 пучка по 34 жгута.

На пултрузионную установку устанавливали рабочую фильеру и вспомогательные фильеры, обеспечивающие заданное направление волокон на подходе к пропитывающей ванне и выходе из нее. Затем между рабочей фильерой и вспомогательными фильерами устанавливали 3 распределителя-фиксатора, которые обеспечивали фиксацию комплектующих элементов: их местоположение и направление. Распределители-фиксаторы представляют собой перфорированные пластины, которые имеют систему отверстий, количество и размеры которых определяются формой поперечного сечения формуемого изделия. Площади отверстий связаны с площадью поперечного сечения формуемого изделия коэффициентом подобия и, будучи сомкнутыми, образуют фигуру, эквидистантную площади поперечного сечения формуемого изделия. Коэффициенты подобия зависят от места нахождения распределителей относительно рабочей фильеры и выполняемой ими функции и равны 1,05-1,11-1,18.

После этого производилась заправка пултрузионной установки, начиная с нижней точки профиля по часовой стрелке последовательно, комплектующими элементами.

Предварительно отформованные элементы (стержни) до зоны контакта их с волокном, пропитанным связующим, нагревали с помощью лампы накаливания и теплоотражателя до 80^oC. Лампа накаливания и теплоотражатель установлены таким образом, что создают замкнутый объем, через который в процессе пултрузии непрерывно перемещаются предварительно отформованные элементы. Температуру нагрева регулируют с помощью латра.

На формующую фильеру устанавливают электрические нагреватели. С помощью автоматических задатчиков достигалась и поддерживалась температура 230^oC.

Затем приготавливали связующее и загружали его в пропитывающую ванну для пропитки волокна. Пропитку ведут при температуре 40-60^oC, избыток связующего отжимали. Концы жгутов крепили к тянущему устройству и после прогрева фильеры до температуры 230^oC начинали процесс протяжки. Скорость протяжки 0,05-0,1 м/мин.

Стержень, полученный описываемым способом, был качественным, монолитным; разрушение при ударе и сжатии происходило непосредственно по телу профиля, а не по границе комплектующих деталей.