Способ непрерывного получения композиционного материала и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 810 32, 15 29 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗСБ ЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ СТ(71) Новосибирский филиал Научно-исследовательского института авиационной технологии и организации производства (72) В. А, Михин и Г. Ю, Колпак .(56). Композиционные материалы, Справочник( Подред, Д, М, Карпинеса, АН УССР, - Киев; изд. Наукова думка, с. 484 - 485, 1985,Справочник по композиционным материалам (Под ред, Дж, Любена, кн, 2, - М, Машиностроение, 1988, с. 159 - 160, (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕ.- НИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование; изобретение относится к технологии и оборудованию для материаИзобретение относится к технологии и оборудованию для получения композиционных материалов с наполнителем в виде рубленного стекловолокна и порошков в полимерной матрице.Целью изобретения является повышение физикомеханических характеристик композиционного материала за счет снижения насыщенности воздухом приготовляемой композиции,На фиг, 1 изображен. общий вид устройства; на фиг. 2 - насос с рубящими и дозирующими элементами; на фиг. 3 - схема рубки и.транспортировки волокна в насосе.Устройство для непрерывного получения композиционного материала содержит емкость 1 для смешения смолы с добавками, емкость 2 для загрузки связующего. смеси- тель 3 с камерой, насос 4. расположенный 2лов с наполнителем в виде рубленого стекловолокна. Существо изобретения: перед рубкой стекловолокно помещают в. приготовленное связующее и производят его .рубку в жидкотекучей среде. Массу связующего со стекловолокном подаютв смеси- тель для дополнительного перемешивания. В устройстве для осуществления этого способа механизм. рубки выполнен в виде двух сцепленных между собой шестерен насоса с четным количеством зубьев, каждый второй зуб которых заострен, Во впадинах зубьев выполнены радиальные каналы, а на осях шестерен - канавки. Между шестернями установлена перемычка, образующая компрессионную фкамеру. В верхней части корпуса насоса выполнены окна для введения стеклово- Щ локна, 2 с. и 1 з,п, ф-лы. 3 ил, , С между емкостью 2 и смесителем 3, бункер 5 с питателем для порошкообразного напол. нителя, бобинодержатели 6 стеклянной ровниць 1, а также основание 7. на котором установлены вьшеуказанные элементы конструкции, Механизм рубки стекловолокна, являющийся одновременно дозирующим элементом насоса, выполнен в виде двух . сцепленных между собой шестерен 8, имеющих четное количество зубьев, причем каждый второй зуб 9 заострен, а во впадинах зубьев" выполнены сквозные радиальные каналы 10 сечением (0,5 - 0,8)гп . где птг - модуль зацепления шестерен, шестерни 8 расположены на неподвижных осях 11, в которых выполнены канавки 12 сечением в виде сектора, центральный угол которого соответствует углу камеры нагнетания 13 насоса 4, углу между горизонтальной осью,проходящей через центры шестерен 8 и началом камеры нагнетания, В камере нагнетания 13 установлена перемычка 14; образующая компрессионную камеру 15 между. шестернями 8 и имеющая вогнутые боковые участки, выполненные по окружности шестерен с зазором 16 относительно зубьев шестерен 8 (см. фиг, 3). В верхней части корпуса 17 насоса 4 выполнены окна 18 для введения стекловолокна, которые перекрыты прижимными роликами 19 из упругого материала, Ролики 19 установлены в 10 направляющих 20 с возможностью горизонтального перемещения винтами 21, давление роликов 19 на зубья 9 регулируется винтами 22; Высота незаостренных зубьев 23 шестерен 8 меньше высоты зубьев 9,камера всасывания 24 насоса 4 с емкостью 2 соединена трубопроводом 25; акамеранагнетанйя 13 со смесителем 3 соединена 20трубопроводом 26 через запорный вентиль. 27. Способ осуществляют следующим образом, Перед началом работы винтами 22 уста навливают давление роликов 19, регулируя усилие рубки стекловолокна заостренными зубьями 9.В емкость 1 для смешения смолы с добавками загружают компоненты связующе го, перемешйвают их, подают в емкость 2 для загрузки связующего, откуда через трубопровод 25 масса связующего поступает в отверстия окон, но и служат опорой прирезке волокна зубьями шестерен 8,Включают насос 4 на подачу компонентов композиционного материала, Запорный вентиль 27 на трубопроводе 26 при этомоткрыт.За счет того, что при контакте роликов 50 19 с волокном возникают большие усилйя трения, чем при аналогичном взаимодейст 55 вии волокна и корпуса насоса, а также за счет защемления нитей волокон между зубьями 23 и роликами 19 обеспечивается устойчивое протягивание нитей по корпусу-17 насоса 4 через окна 18, перекрытые роликами 19, При давлении зубьев 9 на стеккамеру всасывания 24 насоса 4, Включив двигатель, прокручивают шестерни 8 для 35 транспортировки связующего в камеру нагнетания 13, при этом происходит заполнение им и компрессионной камеры 15 радиальных каналов 10 и канавок 12. Двигатель отключают. Винтами 21 отводят ролики 40 19 от шестерен 8 и вводят волокно под ро- лики 19. Винтами 21 прижимные ролики 19 подводят к окнам 18, перекрывая последние, при этом прижимные ролики не толькопрепятствуют. вытеканию связующегочерез 45 ловолокно и ролики 19 происходит рубка- ломка нитей волокна на отрезки и транспортировка дозы отрезков волокна совместно с дозой связующего в камеру нагнетания 13, Рубка производится в среде связующего без доступа воздуха с обеспечением полной смачиваемости каждого отрезка волокна по всей поверхности его. Далее масса связующего с равномерно распределенным в ней стекловолокном постуйает в камеру нагнетания.Радиальные каналй 10, канавки 12 и зазоры 16 обеспечивают вытекание связующего из копрессионной камеры 15, а высокий динамический напор потоков иск-, лючает попадание отрезков стекловолокна в зону зацепления. Уменьшение сечения оа- . диальных каналов 10 ниже значения 0,5 в г приведет к увеличению гидравлического сопротивления в каналах, что будет препятствовать отводу связующего через эти каналы, а, следовательно, очищению зубьев от стекловолокна, которое при этом может попадать в зону зацепления. Увеличение сечения каналов 10 выше значения 0,8 гл приводит к уменьшению потока связующего . через зазоры 16 и, как следствие, к возможному попаданию волокон в компрессионную камеру 15 через зазоры 16. С уменьшением длины бокового участка перемычки 14 ниже значения двух шагов зацепления шестерен 8 снижается давление в компрессионной камере 15, уменьшаются потоки связующего в зазорах 16. Увеличение длины боковых участков перемычки 14 свыше трех шагов зацепления приводит к увеличению гидравлического сопротивления в зазорах 16, уменьшению напора потоков связующего в них и в попаданию стекловолокна в зацепление шестерен,Выполнение канавок 12 в осях 11 с углами сечения, отличающимися от угла камеры нагнетания 13 приводит к рассогласованию забора и выброса связующего из компрессионной камеры 15 через радиальные каналы 10, Из камерй нагнетания рубленное волокно, равномерно распределенное в связующем,:по трубопроводу 26 транспортируется в смеситель 3. Подача порошкообразного наполнителя в смеситель 3 производится непрерывно из бункера 5. При этом время смешивания комлонентов в смесителе 3 сокращается. Из смесителя 3 масса подается на формование.Реализация изобретения проводилась с композиционным материапом на основе эпоксидных смол с содержанием 20 стек-, ловолокна по массе, что составляет 8 - 10 по обьему, Механизм рубки и дозирования устройства содержит две шестерни 8 шири15 20 25 30 40 50 ной 20 мм с модулем зацепления гп = 2 мм и числом зубьев 40. Длина рубленных отрезков волокна 12,5 мм, Прижимные ролики 19 диаметром 100 мм выполнены иэ полиуретана. Окна 18 имеют длину 15 мм, их ширина соответствует ширине подаваемого пучка волокон стеклянной ровницы и составляет 16 мм. Окна расположены в верхней части корпуса насоса с учетом возможности контакта зубьев шестерен 8 с прижимными роликами 19. Шестерни 8 вращаются от .электродвигателя через червячный редуктор с частотой 60 об/мин. Радиальные каналы 10 выполнены диаметром 2 мм, что составляет по площади 0,8 в, Радиальные каналы диамет 2 оом 1,4 мм, что соответствует значению 0,4 а, не обеспечивает отвод связующего иэ компрессионной камеры 15, а это вызывает заклинивание шестерен 8, и не обеспечивает очищение зубьев от прилипших отрезков волокна, Радиальные каналы диаметром 2,3 мм, что составляет 1,0 т, уменьшают потоки связующего через зазоры 16, при этом волокна попадают в компрессионную камеру и в зацепление шестерен. Перемычка корпуса 14 образует компрессионную камеру 15 объемом 1,5 см, что составляет десять объемов впадин3между зубьями, При таком объеме компрес-, сионной камеры происходит равномерное истечение потоков, не наблюдается пульсирующего течения связующего через радиальные каналы 10 и зазоры 16, Длина боковых поверхностей перемычки 14 равна 15 мм, что составляет 2,5 шага зацепления, При длине боковых поверхностей 1,5 шага зацепления уменьшается динамический напор потоков связующего через зазоры 16, наблюдается пульсация потоков, волокна попадают в зацепление, При длине зазоров 16, равной четырем шагам зацепления, увеличивается гидравлическое сопротивление протеканию связующего в зазорах 16 и волокна попадают в зацепление,Кроме того, увеличение гидравлического сопротивления радиальных каналов 10 и зазоров 16 вызывает разогрев связующего и снижает жизнеспособность его, Угол ка. меры нагнетания 13 и угол сечения канавок 12 в осях 11 равны 90. Уменьшение угла канавок 12 относительно угла камеры нагнетания 13 вызывает запаздывание вытеснения связующего и отрезков волокна из впадин между зубьями потоками связующего из радиальных каналов 10, а увеличение угла канавок 12 приводит к созданию дополнительных сопротивления транспортированию отрезков волокна из эоны рубки в камеру нагнетания, Зазор между вершиной зуба 9 и контурами корпуса 17 и перемычки 14 равен 0,2 мм, а между головкой зуба 23 и контурами корпуса и перемычки составляет0,5 - 0,6 мм, После рубки и дозирования частичноприготовленная композиция из насоса 4 потрубопроводу 26 поступает в смеситель 3. куда подают и наполнитель иэ бункера 5, композицию перемешивают в течение 1,5 - 2,0 мин. После смешивания в смесителе готовый материал поступает по назначениюПроизводительность устройства при частоте вращения шестерен 60 об/мин составила 1,5 - 1,6 кг композиции в мин,Ударная вязкость образцов,изготовленных данным способом на устройствеувеличена по сравнению со способом прототипом с 19 - 21 кгм/см до 35 - 38 кгм/см, снижена пористость композиционного материала, что повышает ресурс его при воздействии вибрационных нагрузокФормула изобретения 1, Способ непрерывного получения композиционного материала, включающий приготовление связующего, рубку стекловолокна, дозированную подачу связующего, стекловолокна и сухих компонентов в смеситель, перемешивание и выгрузку массы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения фимико-механических свойств материала за счет снижения насыщенностивоздухом приготовляемой композиции, стекловолокно перед рубкой погружают в связующее и производят рубку в жидкотекучей среде2, Устройство для непрерывного получения композиционного материала, содержа- щее емкость для смешения смолы с добавками, емкость для загрузки связующего, смеситель, связанный с ней через насос с дозирующими элементами, бункер для наполнителя с питателем, бобинодержатели стекловолокна и механизм его рубки. о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения физико-механических свойств материала за счет снижения насыщенности воздуха приготовляемой композиции, механизм рубки стекловолокна выполнен в виде двух находящихся в зацеплении шестерен насоса с четным количеством зубьев, установленных на осях, имеющих по длине канавку с секторным сечением с центральным углом, со, ответствующим углу наклона днища камеры нагнетания насоса снабженной перемычкой с вогнутыми боковыми поверхностями установленной с зазором относительно шестерен и образующей компрессионную камеру между этими шестернями, каждый второй зуб которых заострен, а во впадинах между ними выполнены сквозные радиальные каналы, причем в верхней части корпус насосаимеет окна для введения стекловолокна, перекрываемые роликами из упругого материала.3. устройство по и, 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что длина боковых участков перемычки равна 2 - 3 шагам зацепления шестерен, а радиальные каналы во впадинах этих шестерен имеют сечение, равное 0,5 - 0,8 т, где гп - модуль зацепления шесте 25 рен.1810286 Я О Т Л 19 Бпан 0 21 ГХ Составитель М.ОсиповаРедактор Техред М,Моргентал Корректо тыль оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Га Заказ 1416 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5