способ определения массового содержания связующего в изделиях из композиционного материала

Формула изобретения

Способ определения массового содержания связующего в изделии из композиционного материала, получаемом намоткой нити, предварительно пропитанной связующим, с последующей окончательной полимеризацией, включающий взвешивание, отличающийся тем, что для каждого типа изделия определяют расчетным или экспериментальным путем в качестве исходной постоянной величины расходуемую на изделие длину нити, определяют значения линейной плотности образцов нити и ее остатков, взятых с каждой бобины соответственно до и после пропитки связующим и намотки на технологическую оправку, взвешивание проводят для изделия до намотки пропитанной нитью и после намотки и окончательной полимеризации композиционного материала, определяя массу композита, при этом содержание связующего определяют по формуле

где С - содержание связующего в композите, мас.%;

М - масса композита, г;

L - длина расходуемой на изделие нити, км;

- среднее арифметическое определенных значений линейной плотности нити и ее остатков на каждой бобине до и после пропитки и намотки, текс (г/км).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства изделий из композиционного материала, например стеклопластика, методом намотки предварительно пропитанной нити, в частности к способам определения содержания связующего, и может быть использовано в химическом машиностроении и других отраслях промышленности, где требуется обеспечить стабильность показателей качества пропитки и технологически предусматривается контроль данного параметра.

Известен способ, при котором масса связующего определяется как разность между массой пластика, определяемого путем взвешивания изделия до и после намотки и полимеризации, и массой нити (стекло, арамид, армос, уголь и т.п.), расход которой определяется как разность масс бобин до и после намотки. Этот метод используется, например, в случаях намотки нити с пропусканием ее с бобины через связующее непосредственно на изделие, например, для его упрочнения, или на удаляемую после отверждения формообразующую оправку [1].

Однако он неприменим, когда изделие для улучшения свойств пластика, определяемых качеством пропитки, изготавливают намоткой предварительно пропитанной связующим нитью с технологических оправок с последующей окончательной полимеризацией. При этом на технологическую оправку наматывают заведомо больше, чем требуется по меньшей мере на одно изделие, нити со связующим, и невозможно с необходимой точностью учесть ни количество связующего, ни нити.

В таких случаях применяется, например, для стеклопластика известный метод выжигания [2, 3]. Это разрушающий способ контроля содержания связующего в пластике, при котором с разных участков готового изделия берут образцы пластика в виде навесок. Навески взвешивают, затем выжигают в муфельной печи при определенной температуре в течение заданного времени, снова взвешивают и усредненное значение убыли массы принимают за содержание связующего. При этом в состав искомой величины входит погрешность в виде замасливателя нити, также сгорающего при выжигании. Например, для стеклонити количество замасливателя может составлять 0,7...1,6% (определено по ГОСТ 6943.8-79). Как видим, определение содержания связующего в пластике по этому способу требует существенных затрат на подготовку образцов, специального оборудования и весьма трудоемко при недостаточной степени точности.

Для определения содержания связующего в стеклопластиках неразрушающим методом может быть использована бета-радиоактивность [3, стр.477]. Метод базируется на явлении обратного рассеяния (отражения) электронов от материала с более высокой плотностью (средний атомный номер стекла выше, чем у связующего). Однако чувствительность метода ограничена относительно тонкими структурами, позволяющими радиации проникать лишь на 0,5 мм. Техника измерений с использованием быстрых электронов с учетом дороговизны и размеров оборудования является большой проблемой для практического применения в производстве. К тому же точность определения технологических параметров этим методом (±2%) ниже, чем это было бы необходимо.

Таким образом, из существующего уровня техники определения содержания связующего в композиционных материалах, получаемых методом намотки заранее пропитанной связующим нитью, наиболее приемлемым для практического применения и близким к предлагаемому решению является известный способ, например, выжигания [2].

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности доступного неразрушающего метода контроля содержания связующего в композите, получаемом намоткой нитью, предварительно пропитанной связующим, с последующей окончательной полимеризацией. При этом по сравнению с прототипом (метод выжигания) уменьшаются затраты, продолжительность и трудоемкость и одновременно увеличивается точность определения массового содержания связующего в композиционном материале.

Сущность изобретения заключается в том, что в предложенном способе определения содержания связующего в изделии из композиционного материала, получаемом намоткой нити, предварительно пропитанной связующим, с последующей окончательной полимеризацией, включающем взвешивание, для каждого типа изделия определяют расчетным или экспериментальным путем в качестве исходной постоянной величины расходуемую на изделие длину нити, определяют значения линейной плотности образцов нити и ее остатков с каждой бобины, взятых соответственно до и после пропитки связующим и намотки на технологическую оправку, взвешивание проводят для изделия до намотки пропитанной нитью и после намотки и окончательной полимеризации композиционного материала, определяя массу композита, при этом содержание связующего определяют по формуле

где С - содержание связующего в композите, мас.%;

М - масса композита, г;

L - длина расходуемой на изделие нити, км,

- среднее арифметическое определенных значений линейной плотности нити и ее остатков на каждой бобине до и после пропитки и намотки, текс (г/км).

Массовое содержание связующего в композиционном материале составляет разность масс композита (М) и нити (m). Определение массы нити в соответствии с предлагаемым способом не использовалось ранее при изготовлении изделий намоткой с технологических оправок предварительно пропитанной нитью. Вместе с тем предлагаемое решение является достаточно простым. Для определенного типа изделия длина (L, км) расходуемой на него нити является величиной постоянной, которую нетрудно без каких-либо затрат определить с требуемой точностью (например, для трубчатых изделий в поле допуска на длину изделия она изменяется до ±0,08%) либо расчетным путем, исходя из конфигурации изделия и параметров намотки, либо экспериментально. При расчете массы (m, г) по формуле расходуемой на изделие нити используют усредненное значение ( , текс) линейной плотности образцов нити и ее остатков, взятых с каждой бобины соответственно до и после пропитки и намотки на технологическую оправку. Вычисление линейной плотности (Т, текс) образцов нити производят известным путем с известной и достаточно высокой точностью (например, для стеклонити - с точностью до 0,01% по ГОСТ 6943.1-79). Предложенный способ в заявленной неразрывной совокупности признаков обеспечивает возможность неразрушающего определения, причем с более высокой точностью за счет исключения влияния величины замасливателя, содержания связующего, и, следовательно, обеспечивает возможность неразрушающего контроля качества изготовления изделий из композиционного материала намоткой предварительно пропитанной нитью, не требует специального оборудования, тем самым снижает затраты.

Пример. Требуется изготовить изделие с оболочкой из стеклопластика. Для каждого участка изделия, отличающегося по конфигурации от других, рассчитывают с точностью до одного метра с учетом его геометрических размеров и параметров намотки расход стеклонити. Суммируя эти значения, получают содержание стеклонити (L, км) в стеклопластике - величину постоянную для конкретной модели - 4,227 км.

Определяют по ГОСТ 6943.1-79 линейную плотность (Т, текс) стеклонити на каждой из двух бобин перед пропиткой связующим и намоткой на технологическую оправку. После пропитки на бобинах оставляют стеклонить в количестве, достаточном для определения линейной плотности, и определяют ее. Соответственно, линейная плотность на первой бобине - 58,2 текс и 58,9 текс, на второй бобине - 56,0 текс и 55,8 текс. Вычисляют среднее арифметическое линейной плотности ( ): =(58,2+58,9+56,0+55,8):4=57,22 (текс).

Исходя из определенных таким образом значений L и Т, вычисляют массу стеклонити (m) в стеклопластике:

m=L· =4,227-57,22=241,87 (г). (Примечание. Для сравнительной оценки данного значения, полученного предлагаемым способом, на изделие наматывали стеклонить без связующего и определяли ее массу как разность масс изделия после намотки и до нее. Разница при сравнении составила 0,1...0,2%, т.е. получено достаточно высокое соответствие значений).

Взвешивают изделие до намотки на него с технологической оправки стеклопластика (нити, пропитанной связующим) - 2129,82 г и после намотки и полимеризации связующего - 2434,28 г. Вычисляют массу стеклопластика (M): М=2438,28-2129,82=304,46 (г).

Вычисляют содержание связующего в стеклопластике (С, мас.%):

С=[(М-m)/М]·100%=[(304,46-241,87)/304,46]·100%=20,6%.

Реализация изобретения позволяет:

- сохранить изделия из намотанного с предварительной пропиткой нитью композита, разрушаемые при существующей известной методике определения связующего;

- снизить трудоемкость способа, т.к. процесс приготовления навесок композита дольше и сложнее, чем получение нескольких мотков нити с бобин;

- снизить продолжительность определения содержания связующего: при известном способе она измеряется часами, в предлагаемом - минутами;

- снизить затраты, т.к. отпадает необходимость в оборудовании для приготовления и выжигания навесок композита, а также энергозатратах.

Источники информации

1. Г.Д.Андреевская. Высокопрочные ориентированные стеклопластики. М.: Наука, 1966, с.285-289.

2. Композиционные материалы. Справочник. Под общ. ред. В.В.Васильева, Ю.М.Тарнопольского, М.: Машиностроение, 1990, с.230-231.

3. Справочник по композиционным материалам. В двух книгах. Книга вторая. Под ред. Дж.Любина, Перевод с англ., М.: Машиностроение, 1988, с.430-457, с.477.