способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционных материалов

Формула изобретения

Способ изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающий ориентирование непрерывных армирующих волокон, нагрев полученного жгута, пропитку жгута полимерным связующим, формование профиля изделия путем протяжки жгута через нагретую фильеру, продольно-поперечную обмотку изделия, отверждение и отбор готового изделия, отличающийся тем, что нанесение связующего на жгут осуществляют в псевдоожиженном состоянии, при этом связующее дополнительно содержит трифениловый эфир фосфорной кислоты при его содержании 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего, а пропитку жгута осуществляют в процессе формования профиля изделия при температуре плавления связующего.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано для непрерывного изготовления профильных изделий из композиционных материалов.

Известен способ получения длинномерных профильных изделий (полимерных арматурных стержней) из композиционного материала, включающий нагрев базальтового ровинга до 150-200°С, пропитку его полимерным связующим при 30-50°С, формование профиля стержня путем протягивания ровинга через отжимное устройство и фильеру, установленные на выходе из пропиточной ванны, и далее - через вторую и третью фильеры, установленные после первой термокамеры до и после оплеточного устройства. Отверждение стержня осуществляют в 8-ми термокамерах в режиме ступенчатого подъема температур и охлаждения (а.с. СССР №1735533, кл. Е04С 5/07, опубл. бюл. №19, 1992 г.).

Недостатком метода является многостадийность (15 стадий) и сложность процесса, а также низкие механические свойства арматурных стержней.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления длинномерных профильных изделий (стеклопластиковой арматуры), включающий ориентирование непрерывных армирующих волокон, нагрев полученного жгута до температуры 95-100°С, пропитку жгута связующим, содержащим растворитель, при 30°С, отжим связующего, нагрев жгута до 100-120°С для удаления летучих, формование профильного изделия протяжкой в несколько стадий через обогреваемые фильеры с уменьшающимися по ходу изделия проходными сечениями, вакуумирование после каждой стадии формования профильного изделия и отверждение изделия с последующим отбором его «а.с. СССР №937207, кл. В29С 55/30, опубл. бюл. №23, 1982 г..

Недостатком способа является многостадийность (13 стадий) и низкая механическая прочность арматурных стержней.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение технологии (сокращение стадийности) и повышение механической прочности изделий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в предложенном нами способе изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающем ориентирование непрерывных армирующих волокон, нагрев полученного жгута, пропитку жгута полимерным связующим, формование профильного изделия протяжкой жгута через обогреваемую фильеру, продольно поперечную обмотку изделия, отверждение и отбор готового изделия, отличие состоит в том, что нанесение связующего на жгут осуществляют в псевдоожиженном состоянии, при этом связующее дополнительно содержит трифениловый эфир фосфорной кислоты в количестве 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего, а пропитку жгута осуществляют при температуре плавления связующего в процессе формования профиля изделия.

Нанесение на жгут в псевдоожиженном состоянии порошкообразного высокодисперсного связующего, каким являются, например, фенольные связующие марок СФП-011Л, СФП-012А и другие, способные отверждаться, в сочетании с трифениловым эфиром фосфорной кислоты при его содержании 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. связующего позволяет совместить процесс пропитки жгута связующим и формование профиля изделия в одну стадию. При протяжке жгута через нагретую до температуры плавления связующего фильеру происходит пропитка жгута расплавом, но при этом нет выделения летучих продуктов, содержание которых в способе прототипа составляет 15-25% массы. В предлагаемом способе не требуется многократно нагревать, профилировать, отжимать связующее и вакуумировать жгут. Количество стадий сокращается с 13 до 6. Количество летучих продуктов при отверждении связующего составляет менее 1% массы, что обеспечивает получение плотных стержней с высокой механической прочностью благодаря более быстрому и полному отверждению связующего и меньшим остаточным напряжениям.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Армирующие волокна (базальтовые ровинги) с нескольких бобин шпулярника протягивают через устройство ориентирования армирующих волокон и получают жгут, который протягивают через устройство для нагрева. На этом участке происходит подогрев жгута до температуры 60-70°С, благодаря чему при протягивании жгута через емкость со связующим СФП-012 В, содержащим 3 мас.ч. трифенилового эфира фосфорной кислоты на 100 мас.ч. связующего, находящимся в псевдоожиженном состоянии, частички порошка трифенилового эфира фосфорной кислоты плавятся на поверхности жгута и обеспечивают равномерное прилипание порошка связующего к жгуту. Затем жгут протягивают через металлическую обогреваемую фильеру, в которой происходит плавление связующего, пропитка жгута расплавом при 130°С и формование профиля изделия. В дальнейшем сформованное изделие проходит продольно поперечную обмотку, камеру отверждения, где оно отверждается при температуре 170-180°С, открытое воздушное пространство, где происходит охлаждение его до температуры окружающей среды, после чего оно подается на протяжный и на режущий механизмы.

Длину камеры отверждения, температуру и скорость протяжки жгута выбирают из расчета обеспечения полного отверждения связующего.

Состав и свойства полученных стержней диаметром 6 мм, изготовленных по способу, описанному в примере 1, приведены в таблице.

Примеры 2-4 выполнены аналогично примеру 1 и отличаются содержанием трифенилового эфира фосфорной кислоты в связующем (таблица).

Способ изготовления	Предлагаемый				Прототип
Тип связующего	Связующее фенольное порошкообразное СФП-012В				Раствор фенолоформальдегидной смолы (лак) ЛБС-20
Примеры	1	2	3	4
Содержание ТФФ, мас.ч на 100 мас.ч связующего	3,0	5,0	7,5	10,0	-
Содержание базальтового волокна, мас.%, об.%	55	69	77	73	77
	37	50	60	55	60
Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа	1000	1200	1350	1150	800

Таким образом, предлагаемый нами способ изготовления длинномерных профильных изделий (арматурных базальтопластовых стержней) позволяет сократить количество операций (стадий) с 13 до 6, упростить конструкцию устройства, исключив отжимное устройство, термокамеру, многократные фильеры и вакуумирующие устройства, а также повысить механическую прочность стержней в 1,5-1,7 раза. В качестве преимуществ предлагаемого способа следует учесть улучшение экологической атмосферы производства благодаря исключению применения легколетучих пожароопасных растворителей, уменьшение требуемых производственных площадей и снижение энергетических затрат.