Устройство для изготовления длинномерного конструкционного изделия из композиционного материала

Полезная модель относится к области композиционных материалов, а именно к классу пултрузионных материалов - стеклопластиков или базальтопластиков (или их сочетания), используемых для изготовления конструкционных деталей, например, силовых балок, настилов для пешеходных или автомобильных композиционных мостов, длинномерных конструкционных элементов, применяющихся в мостостроении и может найти применение в автомобильной, авиационной, аэрокосмической, электротехнической и других отраслях промышленности.

Задачей настоящего изобретения является получение длинномерных изделий с высокими характеристиками жесткости, виброустойчивости и увеличенными прочностными характеристиками материала.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что устройство для изготовления длинномерного конструкционного изделия из композиционного материала, включающее станину, фильеру, прижимные и отрезные устройства, ванну для пропитки связующим стекловолокна и ткани, снабжено расположенным на станине устройством для инжекции связующего в поверхностные слои изготавливаемого конструкционного изделия, осуществляемого через форсунки, равномерно расположенные над поверхностью изделия.

Поставленная задача достигается также за счет того, что форсунки установлены с возможностью изменения шага расположения.

Реализация заявленного технического решения позволяет получать композиционный материал для производства изделий с повышенными характеристиками жесткости и прочности, виброустойчивости и увеличенными прочностными характеристиками материала из стеклянных и/или базальтовых наполнителей с обеспечением качественной пропитки.

Полезная модель относится к области композиционных материалов, а именно к классу пултрузионных материалов - стеклопластиков или базальтопластиков (или их сочетания), используемых для изготовления конструкционных изделий, например, силовых балок, настилов для пешеходных или автомобильных композиционных мостов, длинномерных конструкционных элементов, применяющихся в мостостроении и может найти применение в автомобильной, авиационной, аэрокосмической, электротехнической и других отраслях промышленности для получения длинномерных изделий с прогнозируемыми свойствами па основе полимерных композиционных материалов различного функционального назначения, полученных за счет использования сочетания длинномерных волокнистых наполнителей, связующих на основе органических смол и дисперстных наполнителей.

Известен конструкционный элемент в виде линейного стержня со сложной развитой поверхностью, выполненной из композиционного материала на основе перекрещивающихся стекловолокон и продольно ориентированных в нем стеклоровингов, скрепленных полимерным связующим, полученным способом термопротяжки через фильерное устройство. Линейный стержень элемента выполнен из стекломатов поверхностной плотностью 100-400 г/м² из хаотично перекрещивающихся стекловолокон, равномерно распределенных на продольно ориентированных стеклоровингах со стороны открытых наружных поверхностей его развитого профиля (см., например, патент РФ 2164993 по кл. Е06В 3/20 от 1999 г.).

Недостатком известного технического решения является недостаточная прочность материала в поперечном направлении по отношению к продольной оси длинномерного изделия при нормальных условиях и недостаточная пожаростойкость, в результате чего данный материал не может быть использован в мостовых конструкциях.

Также известен способ изготовления композиционного материала на основе армирующего волокнистого наполнителя и матрицы, включающий формование заготовки нужной формы из дискретного волокнистого наполнителя, пропитку заготовки материалом матрицы и переработку пропитанной заготовки в конечной формованный композиционный материал, а в качестве дискретного волокнистого наполнителя используют волокно, полученное измельчением ленты, состоящей из непрерывных, продольно ориентированных волокон или нитей, разделенных друг от друга равномерно распределенными частицами, связанными эластичным связующим-предшественником, и заготовку нужной формы формируют смешением дискретного волокнистого наполнителя со связующим (см., например патент РФ 2094229 по кл. В29С 67/20 от 1991 г.).

Недостатком известного способа является высокое остаточное напряжение между слоями в изготовленном материале, из которых состоит эта структура, а эти напряжения могут привести к расслоению материала. Высокая стоимость производства является еще одним существенным недостатком этого способа. Материал, изготовленный по данному способу, не является пожаростойким.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является композиционный материал и описанный в патенте способ его изготовления, заключающийся в том, что модифицированный непрерывный процесс пултрузии состит из 1 текстильного листа, пропитанного полимерной композицией, содержащей 1 ЭС и отверждающую систему из 2 типов продуктов с реакционноспособными группами различной активности. Эти листы нагревают для частичной реакции между ЭС и отвердителем, используя нагревание и/или давление вызывают желатинизацию композиции. При этом используют каландрирование с температурой 8-20° (160-180°) и давление 0,1-3 (0,5-3) кг/см², литье при температурах 80-140° (90-140°), давление 1-10 (1-6) кг/см². Текстильный материал может быть нетканым и теплоплавким с плотностью 3-30 (5-10) г/м ² (см., например заявка 1621323 ЕПВ по кл. С08J 3/24 от 2004).

Недостатком этого технического решения является недостаточная пожаростойкость и пористость получаемого материала, что приводит к снижению прочностных характеристик материала.

Задачей настоящего изобретения является получение длинномерных изделий с высокими характеристиками жесткости, виброустойчивости и увеличенными прочностными характеристиками материала из стеклянных и (или) базальтовых наполнителей с обеспечением качественной пропитки.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что устройство для изготовления длинномерного конструкционного изделия из композиционного материала, включающее станину, фильеру, прижимные и отрезные устройства, ванну для пропитки связующим стекловолокна и ткани, снабжено расположенным на станине устройством для инжекции связующего в поверхностные слои изготавливаемого конструкционного изделия, осуществляемого через форсунки, равномерно расположенные над поверхностью изделия.

Поставленная задача достигается также за счет того, что форсунки установлены с возможностью изменения шага расположения.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид пултрузионной установки;

на фиг.2 - схема инжекционной пропитки армирующего наполнителя связующим в фильере.

Устройство для изготовления длинномерного конструкционного изделия из композиционного материала состоит из станины 1 (фиг.1), на которой установлены фильера 2 со средством нагрева 3, прижимные 4 и отрезные 5 устройства, ванну 6 для пропитки связующим стекловолокна 7 и ткани 8. На станине 1 расположено устройство для инжекции 9 связующего из бака 10 насосом 11 в поверхностные слои изготавливаемого конструкционного изделия, осуществляемого через равномерно расположенные над поверхностью изделия форсунки 12 (схематично изображенные на фиг.2), которые установлены с возможностью изменения шага.

Работает устройство для изготовления длинномерного конструкционного изделия из композиционного материала следующим образом.

Связующее без использования дисперсного наполнителя заливают в ванну 6 для использования при предварительной пропитке армирующего наполнителя, а также непосредственно в фильеру 2, в которой происходит формирование профиля длинномерного изделия, путем инжекции. Количество и диаметр форсунок 12, а так же их расположение по поверхности фильеры зависит от тех свойств, которые необходимо получить в поверхностном слое изделия. Изменяя место расположения и количество подаваемого связующего через инжекционные каналы можно регулировать толщину поверхностного слоя с требуемым связующими, и как следствие, регулировать свойства материала в поверхностном слое изделия. В результате этого можно получать изделие, в котором свойства материала внутри изделия и на поверхности изделия различаются между собой. Таким образом можно получать изделия с требуемым набором свойств для всего изделия в целом, но при этом получать улучшенные характеристики в этом же изделии на его поверхности. При этом возможно регулировать (до 3 мм) глубину поверхностного слоя.

Реализация заявленного технического решения позволяет получать композиционный материал для производства изделий с повышенными характеристиками жесткости и прочности, виброустойчивости и увеличенными прочностными характеристиками материала из стеклянных и/или базальтовых наполнителей с обеспечением качественной пропитки.

1. Устройство для изготовления длинномерного конструкционного изделия из композиционного материала, включающее станину, фильеру, прижимные и отрезные устройства, ванну для пропитки связующим стекловолокна и ткани, отличающееся тем, что оно снабжено расположенным на станине устройством для инжекции связующего в поверхностные слои изготавливаемого конструкционного изделия, осуществляемого через форсунки, равномерно расположенные над поверхностью изделия.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форсунки установлены с возможностью изменения шага установки.