Способ изготовления толстостенных намоточных изделий

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик рстванаа каин делам нзебратенн н еткрмтнйзделия и способа яве остаточные азование тре- композиционаздела послеотвержденныхизготовлении на/К у ),5). ся уменьшениенапряжений, ия, повышение ется тем, что ия толстостенвключающему анного связуюс уплотнением лоев при опреждение отфорправки, намотосуществляют слоев усилием15 - 40 С до ой жесткости Изобретение относится к производству толстостенных намоточных изделий, работающих в условиях воздействия внутреннего или внешнего давления, переменных температур и т.д из композиционных материалов.Известен способ изготовления намоточных изделий, включающий намотку пропитанного полимерным связующим стекловолокнистого материала на оправку, отверждение и удаление оправки 1.Недостатками этого способа является наличие в изделии больших остаточных напряжений, вызванное, в основном, неравномерным распределением связующего по толщине изделия за счет отжима связующего к наружным (менее сжатым) слоям, а также невозможность изготовления намоточных изделий большой толщины.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ изготовления толстостенных намоточных изделий, включающий послойную намотку на оправку пропитанного полимерным связующим волокнистого материала с уплотнением и выдержкой каждого из слоев при повышенной температуре до частичного отверждения,окончательное отверждение и ление оправки 2. Недостатками известного ляются. относительно высок напряжения в изделии, обр 5 щин, пониженная прочность ного материала на границах р довательно сформованных и слоев, неэффективность при изделий большой толщины (К Целью изобретения являет технологических остаточных устранение трещинообразован качества и прочности изделийУказанная цель достига 15 согласно способу изготовлен ных намоточных изделий,намотку на оправку пропит щим волокнистого материала и выдержкой каждого из с 20 деленной температуре, отвер мованных слоев и удаление о ку волокнистого материала с уплотнением каждого из 15 - 50 кг и выдержкой при достижения трансверсальн988574 3слоя, равной 1,75 - 20,5 величины исходной жесткости материала на стадии намотки.Пример 1. На установленную на станке оправку наматывают с натяжением один или несколько слоев стеклоленты, собранной из высокомодульных нитей марки ВМПС,пропитанных эпоксидным связующим ЭДТО. Число нитей в ленте 240, ширина ленты 46 мм при толщине около 0,3 мм. Номинальное натяжение стеклоленты при намотке 30 кгс,После окончания намотки фиксирующих витков закрепляют стеклоленту на торце оправки, и отформованные слои подвергают выдержке при 18 - 20 С в течение 30 в 1 мин. Затем отформованные слои уплотняют путем намотки на них с натяжением 30 - 60 кгс одного или нескольких слоев стеклоленты, собранной из 240 не пропитанных связующим нитей марки ВМПС. По завершении намотки фиксирующих витков эту стеклоленту также закрепляют на торце оправки и выдерживают контактирующие слои (уплотняемые и уплотняющие) в течение 30 - 180 мин при 18 - 20 С, после чего отматывают стеклоленту, образующую уплотняющие слои.Уплотненные слои подвергают выдержке при 8 - 20 С в течение О - 12 ч до трансверсальной жесткости наружного слоя, рав)ой 1,8 - 1,9 величины исходной (на стадии намотки) жесткости в поперечном направлении стеклоленты, пропитанной эпоксидным связующим ЭДТ.Затем на полученный таким образом жесткий слой наматывают с натяжением 30 кгс один или несколько слоев стеклоленты, собранной из 240 нитей марки ВМПС, пропитанных эпоксидным связующим ЭДТ, с последующей выдержкой отформованных слоев при 18 - 20 С в течение 30 - 180 мин и уплотнением их контактом с намотанными слоями из не пропитанной связующим стеклоленты выдЕржкой, контактирующих слоев при 18 - 20 С в течение 30 - 180 мин, отмотом уплотняющих слоев и выдержкой уплотненных слоев при 18 - 20 С в течение 10 - 12 ч до трансверсальной жесткости наружного слоя, равной 1,8 - 1,9 величины исходной жесткости пропитанной связующим стекло- ленты на стадии намотки. Далее поочередно повторяют изложенные выше операции . до полного набора требуемой толщины, равной 6 - 7 мм. 4Отформированную таким образом заготовку изделия подвергают термообработке в режиме нагрев - выдержка при максимальной температуре 150 - 160 С в течение 16 - 24 ч - охлаждение для отверждения эпоксидного связующего. Нагрев и охлаждение проводят при скорости изменения температуры в камере 7 - 8 град/ч.После охлаждения выдержки при нормальной температуре отверженное изделие снимают с оправки и подвергают механической обработке,Примерь 2 - 5. Последовательность операций аналогична примеру 1,Состав композиционного материала, режимы уплотнения, выдержки и отверждения приведены в таб, 1. В табл. 2 приведены значения трансверсальной жесткости стеклопластика на трех марках связующих ЭДТ, ЭХД-МК и ЭПв зависимости от температуры выдержки (при времени выдержки 72 ч).Из табл. 2 видно, что трансверсальнаяжесткость стеклопластика на трех марках связующих при температурах ниже 15 С не достигает необходимого значения, т, е.яе менее 1,75 величины исходной жесткости на стадии намотки. Повышение температуры стеклопластика (связующего) выше 40 С приводит к снижению вязкости связующего, а, следовательно, и к снижению трансверсальной жесткости стеклопластика.30 В табл. 3 приведена зависимость меж,слоевой прочности от трансверсальной жесткости органопластика на примере связующего ЭХД-МК.Приведенные в табл, 3 экспериментальные данные доказывают, что использование именно указанных значений трансверсальной жесткости (не менее 1,75 величины исходной жесткости материала) обеспечивает реализацию цели предлагаемого технического решейия.40 В табл. 4 приведены сравнительные данные свойств образцов, полученных согласно известному способу (прототипу) ипредлагаемому способу.Использование предлагаемого способапозволяет устранить трещинообразование,значительно снизить технологические остаточные напряжения и повысить прочностьи качество толстостенных изделий,м1СЧЮ33133 Ъ 1 1 1 1 К 1 Х Х 1 Э 11 1- О 1 С 1 с1 1 Х 1 Х 1 3 с 1 Ф 1 О 11 1 1 Э и л 3 О с й о Э з 3 О о У3о13 О а е а Э с Х ЮСЧ133 Ъ Ю м 1 Ю СЧ Ю м 1 С 3 СЧ 33 Ъ1м а 30 Х с е Е Х о х а Е ХХ 3 Са ее хХС 3Э:о=СХ СЧХ 3 ЧС 3Х 33 ЪО 1с3 Ъ СЗЪ Х х о 1 О е а 3 О о о Х а Ф 1 Хк1 О аеССс дх хФ а1 о с Э Х с о с с Ф 1 1- Х о - Х 1- е 1 3 а 33 Ю. 1 м СО СО л 1 о Е СС 33 О о х Х 1- о е с с о е а Ю Х 33 Э а 1 о е с с о х Э Х 1- Хо 3 Х З 1- а У Х Э с л 1- с З а Э Х а с: 111 ф в1Х11 Эа 1 36а ю1 Ф1 Й 33Оо 3 С 11О 1 Х1Е 3 Э1 О.131 1 а Х Э в о ФХ л Х ОЭЭО 3 Х СС 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Хх ка аа ахоЭЯо=.Х3 ХХ Ю Хцосае33 Ъ СЗЪ Х Хх сй, еа аХ хоФ Хо:ХеХ УСЪЯ 1 Х 1 Ооасх еСЗЪ Р) ХХ 3 Са ее ахоЭ Хо: -СХ 3 ОХЮ Х3 ЪхоО 1- Хсае33 Ъ 33 Ъ Х с хеа.х ас йсх лоЭ 3-С1- Хто х Ф 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ь 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1988574 8Таблица 2 Температура, С Трансверсальная жесткость, отн.ед, на марках связующих ЭХД-МК 1,4 1,2 1,6 1,4 1,2 1 О 1,8 13,4 3,4 18 2,4 4,6 20,5 18,2 20 2,3 30 1 О 7 2,1 3,2 40 1,8 3,8 2,4 1,4 1,6 1,7 1,6 1,2 1 5 60 1,4 1,2 Таблица 3ь 5175 3,2 11,6 20,5 Трансверсальная жесткость 1,0 Межслоевая прочностьпри сдвиге), кг/ммй 20 22 28 32 35 2,0 Таблица 4 Композиционный материал Способ Примечания 1,4 2,4 Органопластик по примеру 3 2,0 Стеклопластик по примеру 5 П р и м е ч а н и е. Для стеклопластика по примеру 5 в знаменателе приве.- дены значения прочности при отрыве. Органопластик по приме- Прототип ру 2 Предлагае- мый ПрототипПредлагаемыйПрототип Межслоевая прочность при сдвиге,кг/мм 2 3,03,0/2,34,0 /3,2 При изготовлениинамоточных изделийс соотношениемнар /внтр Более 2,0Известным способомнаблюдаются расслоения и кольцевыетрещины98854 10 Формула изобретения Составитель О. Серовская Редактор О, Персиянцевн Техред И, Верес Корректор Л. Бокшан Заказ 10574/19 Тираж 645 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о 1 крытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП сПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Способ изготовления толстостенных намоточных изделий, включающий намотку на оправку пропитанного связующим волокнистого материала с уплотнением и выдержкой каждого из слоев при определенной температуре, отверждение отформованных слоев и удаление оправки, отличаюи 1 ийся тем, что, с целью уменьшения технологических остаточных напряжений, исключение трещинообразования, повышения качества и прочности изделий, намотку волокнистого материала осуществляют с уплотнением каждого из слоев усилием 15 - 50 кг и выдержкой при температуре 15 - 40 С до достижения трансверсальной жесткости слоя, равной 1,75 - 20,5 величины исходной жесткости материала на стадии намотки,5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Цыплаков О. Г. Основы формованиястеклопластиковых оболочек. М., Машиностроение, 1968.2. Варушкин Е. М., Поляков В. И., Ла 1 О пин Ю. А. Экспериментальное исследованиевлияния технологических параметров на остаточные напряжения в толстостенных намоточных изделиях. - Механика полимеров, 1972,1, с. 75 - 80 (прототип).