способ изготовления герметичных тонкостенных стеклопластиковых труб из препрега

Формула изобретения

Способ изготовления герметичных тонкостенных стеклопластиковых труб из препрега, включающий намотку препрега на металлическую оправку, нагрев препрега, термообработку намотанной стеклопластиковой трубы, отличающийся тем, что предварительно нагревают металлическую оправку до температуры, обеспечивающей эластичное состояние связующего, содержание связующего берут в соотношении 38-42%, после чего производят намотку препрега, в процессе намотки осуществляют прогрев на всю толщину каждого наматываемого слоя препрега посредством предварительно нагретой оправки при технологическом натяжении, обеспечивающим продавливание связующего сквозь каждый наматываемый слой стеклоткани, вследствие чего происходит удаление воздуха из межнитяного пространства стеклоткани, затем после намотки стеклопластиковой трубы до заданной толщины излишки выдавленного связующего на поверхность трубы раскатывают с помощью холодного формующего ролика по всей поверхности трубы, создавая смоляную пленку, после чего стеклопластиковую трубу подвергают термообработке с вращением оправки, а затем готовую стеклопластиковую трубу снимают с оправки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, химической промышленности и может быть использовано в конструкциях криостатов, судовых, газовых и криогенных трубопроводах.

Для большинства из перечисленных изделий по условиям эксплуатации стеклопластиковых труб наиболее важным требованием является высокая степень герметичности.

Известно несколько технологических методов формирования стеклопластиковых труб, отличающихся способами нанесения связующего и обеспечения необходимого уровня его концентрации в структуре стеклопластика [2, стр.50]. Наиболее распространенным среди них является метод "сухого" формирования стеклопластиковых труб из предварительно пропитанной и подсушенной стеклоткани (препрега).

При этом препрег должен иметь содержание связующего 27-31%, содержание летучих фракций не более 1,5-2% и растворимых фракций - 95-100% [1, стр.72].

В качестве прототипа принят способ формирования стеклопластиковых труб методом сухой намотки с технологическим натяжением арматуры [2, стр.53]. Данный способ заключается в следующем. Сначала пропитывается и подсушивается стеклоткань до достижения указанных выше характеристик [1, стр.72]. Затем полученный препрег устанавливается на специальные отпускные устройства, осуществляющие при намотке необходимое технологическое натяжение посредством торможения [1, стр.81]. На намоточный станок устанавливается металлическая оправка необходимого диаметра, на ней закрепляется стеклотканый препрег, который наматывается на оправку с необходимым технологическим натяжением. Намотка производится с использованием обогреваемого формирующего ролика или лампы инфракрасного излучения для подогрева связующего до температуры, достаточной для его расплавления до консистенции, соответствующей наиболее качественной аутогезии и адгезии [1, стр.92].

Основным недостатком прототипа является то обстоятельство, что нагревание препрега до требуемой температуры выполняется в месте локального прижима формирующим (уплотняющим) роликом или применением лампы инфракрасного излучения для подогрева препрега перед поступлением его на оправку.

В конечном итоге нагретый препрег наматывается на холодную оправку и связующее моментально охлаждается, густеет и удалить полностью воздух из межволоконного и межниточного пространства не удается. При последующем изготовлении стеклопластиковых труб в структуре материала после отверждения образуются микропоры, что приводит к снижению герметичности готового изделия.

Необходимо учитывать то обстоятельство, что процесс пропитки стеклоткани технологически делится на две стадии. Первая стадия - нанесение слоя жидкого связующего на поверхность стеклоткани, вторая - пропитка стеклоткани, т.е. проникновение связующего внутрь структуры стеклоткани [1, стр.70].

На самом деле в процессе пропитки не происходит полная экстракция (удаление) воздуха из межнитевой и межволоконной структуры стеклоткани. Проникновению связующего в глубь структуры препятствует воздух, находящийся внутри стеклоткани, который создает сопротивление, причем последнее увеличивается по мере проникновения связующего в структуру стеклоткани [1, стр.74].

Опытным путем установлено, что удаляемый из внутреннего объема стеклоткани воздух составляет 10-12% по сравнению с требуемым из соображений необходимой герметичности [1, стр.72].

Задачей изобретения является повышение герметичности стеклопластиковых труб за счет полного удаления воздуха из структуры стеклоткани препрега и заполнения этого пространства связующим в процессе формования изделия.

Эта задача решается тем, что в процессе изготовления герметичных стеклопластиковых труб из препрега, включающего намотку препрега на металлическую оправку, нагрев препрега, термообработку намотанной стеклопластиковой трубы, согласно изобретению берут препрег с содержанием растворимых продуктов не менее 95-100%, летучих продуктов не менее 1,5-2%, содержание связующего берут в соотношении 38-42%, намотку препрега производят на предварительно нагретую металлическую оправку до температуры, обеспечивающей эластичное содержание связующего. В процессе намотки осуществляют прогрев на всю толщину каждого наматываемого слоя препрега посредством предварительно нагретой оправки.

Затем наматывают препрег при технологическом натяжении, обеспечивающем продавливание связующего сквозь каждый наматываемый слой стеклоткани, вследствие чего происходит удаление воздуха из межнитяного пространства стеклоткани, т.е. обеспечивается качественная аутогезия связующего со связующим ранее намотанных слоев стеклоткани.

Затем после намотки стеклопластиковой трубы до заданной толщины излишки выдавленного связующего на поверхность трубы раскатывают с помощью холодного формующего ролика по всей поверхности трубы, создавая смоляную пленку. Затем стеклопластиковую трубу подвергают термообработке, в процессе которой оправка медленно вращается во избежание образования подтеков связующего на внешней поверхности готовой трубы, затем готовую стеклопластиковую трубу снимают с оправки.

Процесс изготовления герметичных тонкостенных стеклопластиковых труб из стеклотканого препрега выполняется в следующей последовательности.

На оправку, нагретую до температуры, обеспечивающей эластичное состояние связующего препрега с содержанием растворимых продуктов не менее 95-100%, летучих продуктов не менее 1,5-2%, связующего 38-42%, наматывают тело трубы.

Указанное повышенное содержание связующего в препреге определено экспериментальным путем и как раз соответствует объему воздуха, вытесняемого из внутренней структуры стеклоткани плюс первично необходимое содержание связующего 27-31%.

Технологическим натяжением связующее продавливается через внутреннюю структуру стеклоткани и наполняет непропитанный внутренний объем, удаляя из этого объема воздух.

В процессе намотки предварительно нагретая оправка прогревает на всю толщину каждый наматываемый слой препрега, а контактное давление, создаваемое только технологическим натяжением, и эластичное состояние связующего способствуют его активному продавливанию через межнитевую структуру стеклоткани, что в конечном итоге и обеспечивает герметичность материала стеклопластиковой трубы.

По окончании намотки стеклопластиковой трубы излишки выдавленного на внешнюю поверхность связующего равномерно раскатывают по всей поверхности изделия холодным формующим роликом.

Затем стеклопластиковую трубу подвергают термообработке при медленном вращении оправки для исключения подтеков связующего на внешней поверхности стеклопластиковой трубы, таким образом стеклопластиковой трубе придается необходимый товарный вид и исключается необходимость механической обработки наружной поверхности трубы после термообработки, что недопустимо из соображений герметичности.

После термообработки готовую стеклопластиковую трубу снимают с оправки.

При осуществлении данного технического решения положительный эффект достигается за счет того, что намотка препрега выполняется на металлическую оправку, нагретую до температуры, обеспечивающей эластичное состояние связующего, и за счет необходимого технологического давления происходит продавливание связующего через стеклотканую структуру препрега с одновременным выдавливанием воздуха в каждом последовательно наматываемом слое. Тем самым создается монолитная структура стенки стеклопластиковой трубы и обеспечивается необходимый уровень герметичности изделий.

Экспериментально установлено, что толщина стенки трубы 0,8-1,2 мм обеспечивает газопроницаемость по гелию не хуже 1,5×10^-5 см ³×см/см²×с×атм, а более 2 мм - 10^-6 см³ ×см/см²×с×атм.

Список литературы

1. Цыплаков О.Г. "Производство судовых крупногабаритных изделий из стеклопластика". Издательство "Судостроение", Л., 1967 г.

2. Цыплаков О.Г. "Основы формирования стеклопластиковых оболочек". "Машиностроение", Л., 1968 г.