Устройство для пропитки ровингов расплавом полимера

Полезная модель относится к конструкциям технологической линии по изготовлению полимеркомпозитной арматуры. Предлагается устройство для пропитки ровингов расплавом полимера, содержащее в себе: съемные гребенки, выполненные с возможностью разделения волокон ровинга до их погружения в расплав полимера, камеру (2), выполненную с возможностью нагрева разделенных волокон ровинга до температуры близкой к температуре расплава полимера, ванну (3) для расплава полимера, снабженную направляющими для фиксации ровинга ниже уровня расплава, отжимное устройство (4), выполненное подогреваемым и содержащее металлические валы с регулируемым взаимным расположением, характеризующееся тем, что упомянутые гребенки, направляющие и отжимное устройство расположены таким образом друг относительно друга, что углы перегиба волокон ровингов является тупым, упомянутые гребенки снабжены фиксаторами, выполненными с возможностью крепления над ровингом и изменения угла наклона зубцов относительно волокон ровинга, упомянутая ванна выполнена с возможностью изменения конфигурации стенок. Технический результат - увеличение производительности оборудования на единицу затраченной электроэнергии в отношении выпуска полимеркомпозитной арматуры без дефектов структуры волокон.

Полезная модель относится к технологическим линиям для изготовления композитной арматуры из различных типов волокон, используемой при армировании обычных и предварительно напряженных строительных конструкций.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известные до настоящего времени линии по производству полимеркомпозитной арматуры развивались по пути улучшения качественных характеристик продукта, увеличения производительности и уменьшения удельных энергетических затрат.

Одна из первых линий для производства композитной арматуры описана в книге Фролова Н.П. «Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции» (М.: Стройиздат, 1980 г., с. 20-24), явилась базовой для дальнейшего усовершенствования производственных инженерных конструкций и технологий с формированием стержня композитной арматуры в последовательно уменьшающихся по диаметру фильерах, и производительностью композитной арматуры до 20 метров/час.

Известна линия для производства полимеркомпозитной арматуры по бесфильерным технологиям с производительностью процесса формования нити до 98 м/час и физико-механическим при разрушающем напряжение на разрыв при о равной 1380 МПА и модулем упругости на растяжение Е равным 49500 МПа (патент на полезную модель РФ 76659).

Известна технологическая линия для изготовления композитной арматуры, предназначенная для изготовления слоистой композитной арматуры непрерывной рельефности линейной производительностью до 120 метров/час. Линия включает в себя шпулярник с бобинами ровингов, выравнивающее устройство, камеру термической обработки, пропиточную ванну с пропиточным, отжимным и натяжным устройствами, формовочный узел, размещенные последовательно устройства спиральной намотки, полимеризационную камеру, ванну охлаждения арматуры, протяжное устройство и узел резки (патент РФ на полезную модель 130543, выбранный в качестве аналога).

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Предлагаемой полезной моделью решается задача создания оборудования для выпуска высокопрочной композитной арматуры в диапазоне выпускаемых диаметров в соответствии с ГОСТ 31938-2012 при значительном увеличении производительности одной технологической линии, уменьшении энергопотребления на единицу продукции и сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу.

Техническим результатом полезной модели является увеличение производительности оборудования на единицу затраченной электроэнергии в отношении выпуска полимеркомпозитной арматуры без дефектов структуры волокон.

Вышеуказанная задача решена благодаря тому, что устройство для пропитки ровингов расплавом полимера, содержит в себе:

съемные гребенки, выполненные с возможностью разделения волокон ровинга до их погружения в расплав полимера,

камеру (2), выполненную с возможностью нагрева разделенных волокон ровинга до температуры близкой к температуре расплава полимера,

ванну (3) для расплава полимера, снабженную направляющими для фиксации ровинга ниже уровня расплава,

отжимное устройство (4), выполненное подогреваемым и содержащее металлические валы с регулируемым взаимным расположением,

при этом

упомянутые гребенки, направляющие и отжимное устройство расположены таким образом друг относительно друга, что углы перегиба волокон ровингов является тупым,

упомянутые гребенки снабжены фиксаторами, выполненными с возможностью крепления над ровингом и изменения угла наклона зубцов относительно волокон ровинга,

упомянутая ванна выполнена с возможностью изменения конфигурации стенок.

Ровинг в устройство согласно полезной модели может подаваться, в частности из шпулярника с бобинами ровингов, который описан в аналоге или из аналогичного устройства.

Как будет понятно среднему специалисту в данной области техники, увеличение углов перегиба волокон ровинга до тупых (в отличие от аналога, где волокна ровинга могли перегибаться под острыми углами) при входе в пропиточную ванну и исключение из путей формирования арматурного стержня фильерных отверстий и изломов при заходе в пропиточную ванну, при всех прочих условиях значительно уменьшают количество участков повреждения армирующих волокон препятствует спутыванию волокон и уменьшает последующие простои оборудования.

Использование в устройстве гребенок вместо направляющих отверстий (которые применяются в аналоге) позволяет распластать все волокна ровинга практически в одной плоскости и обеспечить одинаково хороший контакт каждого волокна с нагревательным элементом, т.е. одинаковую температуру каждого волокна ровинга перед подачей в пропиточную ванну, в то время как при прогреве ровинга в виде жгута (что имело место в аналоге) внутренние и внешние волокна в жгуте практически всегда имеют разную температуру ввиду того, что за время пребывания движущегося жгута в нагревательной камере температуры внешних волокон, непосредственно контактирующих с нагревателем и внутренних волокон, удаленных от нагревателя, не успевают выровняться.

Выполнение гребенок съемными, с верхними креплениями, упрощает заправку ровинга в технологическую линию и эксплуатацию в аварийных ситуациях. В случае перехлеста или зацепа (борода), разделять нити без их обрезки. При замене пропиточной ванны без обрезки ровингов, верхний съемный фиксатор позволяет избежать спутывания. Эти изменения уменьшают технологические межсменные и эксплуатационные простои.

Кроме того, в отличие от аналога, в котором имеются преломления ровинга с острыми углами, в предлагаемой полезной модели преломления ровинга происходят только под тупым углом, что исключает провокации микротрещин в отдельных стеклянных волокнах и в конечном итоге улучшает физические свойства арматуры.

В одной из предпочтительных форм выполнения камера (2) является по существу горизонтальной.

Горизонтальное расположение стола для формирования ровинга по отношению к оси производственной линии вместо наклонного расположение стола (как предлагается в аналоге), а также применение гребенок, обеспечивающих распластывание волокон жгута вместо фильер, позволяет равномерно распределить протяжное усилие по всем волокнам вдоль и поперек ровинга, что исключает перенапряжения волокон при перегибах в местах контакта с валками и повреждение нитей.

В предпочтительной форме выполнения нагрев волокон в камере (2) предпочтительно обеспечивается посредством электрических тепловыделяющих элементов.

В еще более предпочтительной форме выполнения нагрев волокон в камере (2) обеспечивается посредством электрического нагрева упомянутых гребенок.

В целях дополнительной экономии электроэнергии камера (2) может быть снабжена закрывающей ее термоизолированной крышкой.

Изменяемая конфигурация пропиточной ванны позволяет работать со всеми известными полимерными связующими материалами в т.ч. наиболее экологичными и наименее энергоемкими, а увеличенная, по сравнению с аналогами, площадь (обусловленная конфигурацией пропиточной ванны) контакта стеклоровинга в пропиточной ванне с полимерными связующими позволяет устойчиво регулировать соотношения нитей ровинга и полимерных связующих в конечном продукте (стеклонаполнение не менее 80% от объема). Изменяемая конфигурация ванны позволяет использовать аминные связующие составы с низкой температурой плавления, в результате чего стало возможно снизить температуру в полимеризационной камере до 160÷200°C и уменьшить энергозатраты на единицу продукции. Также, использование аминных составов полимерного связующего позволяет значительно сократить вредные выбросы в окружающую среду.

Возможность изменения конфигурации ванны (3) позволяет устранять образование «застойных» зон в расплаве, или зон полной полимеризации непосредственно в самой ванне, что обеспечивает увеличение срока безостановочной эксплуатации линии до 70÷100 часов.

В предпочтительной форме выполнения возможность изменения конфигурации обеспечивается благодаря тому, что ванна (3) содержит в себе днище, боковые стенки, переднюю стенку и заднюю стенку, при этом передняя и/или задняя стенка выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении и/или с возможностью изменения угла наклона относительно днища таким образом, что между краями передней и/или задней стенки и поверхностью остальных стенок ванны (3) обеспечивается герметичный контакт.

Изменяемая конфигурация ванны (3) также может обеспечиваться благодаря передвижным ограничительным фигурным пластинам, позволяющим изменять геометрию рабочей части ванны (3).

Нагрев ванны (3) для поддержания полимера в расплавленном состоянии может обеспечивается, в частности, посредством водяной или паровой рубашки.

Для уменьшения потерь тепла ванна (3) может быть дополнительно снабжена закрывающей ее термоизолированной крышкой.

В отличие от эластичных отжимных устройств, которые используют в аналоге для изменения количества связующего полимерного материала и натяжения нитей предлагается отжимное устройство из металлических, вращающихся на подшипниках, валков, снабженных винтами и пружинами для регулировки зазоров между ними, а также для изменения натяжения арматурной нити и скорости подачи. К тому же отжимное устройство имеет подогрев. Выравнивание температуры отжимного устройства с другими частями полимерной линии стола может производиться от системы теплообеспечения пропиточной ванны. Такая конструкция отжимного устройства исключает возникновение устойчивых зон полимеризации и регулярные замены эластичного материала, а также ежесменного обслуживания отжимного устройства.

В одной из предпочтительных форм устройство может быть оснащено средствами автоматического поддержания температуры в камере (2), ванне (3) и в отжимном устройстве (4) на предварительно заданном уровне. В качестве таких средств могут использовать набор датчиков для определения температуры и регуляторов тока в нагревательных элементах и/или регуляторы потока и/или температуры теплоносителя; датчики и регуляторы могут быть подключены к общей системе управления технологическим процессом.

Для формирования ребра на внешней поверхности стержня устройство может содержать в себе узел, содержащий станину с размещенными на ней шестернями, выполненными с возможностью вращения по существу в одной плоскости вокруг сквозного центрального отверстия, предназначенного для ровингов, на периферии которых установлены катушки для подачи жгута, предназначенного для формирования спирального армирующего ребра. То есть для приведения в действие катушек могут быть использованы не шкивы с приводными профильными резиновыми ремнями (как в аналоге), а рабочие шестерни. В случае, если все шестерни входят в зацепление друг с другом, для приведения их всех во вращательное движение достаточно обеспечить привод только одной из них. Расположение шестерен в одной плоскости позволяет одномоментно формировать до пяти и более арматурных стержней на пропиточном столе в одной плоскости, упростить конструкцию пропиточного стола, формировать однообразное ребро арматурных стержней, увеличить технический ресурс намоточного механизма. В конечном счете, кратно (в зависимости от количества производимых на линии нитей) увеличить производительность технологической линии, разумеется, при соответствующем согласовании с другими механизмами; повысить эффективность энергопотребления, уменьшить выбросы вредных веществ в окружающую среду и т.д.

Привод упомянутых шестерен может осуществляться посредством электродвигателя с электронной системой управления частотой питающего тока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На прилагающемся чертеже изображена схема устройства в соответствии с одной из наиболее предпочтительных форм осуществления полезной модели.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Устройство для пропитки ровингов расплавом полимера, как показано на прилагающемся чертеже, содержит:

съемные гребенки, выполненные с возможностью разделения волокон ровинга до их погружения в расплав полимера,

камеру (2), выполненную с возможностью нагрева разделенных волокон ровинга до температуры близкой к температуре расплава полимера,

ванну (3) для расплава полимера, снабженную направляющими для фиксации ровинга ниже уровня расплава,

отжимное устройство (4), выполненное подогреваемым и содержащее металлические валы с регулируемым взаимным расположением.

Упомянутые гребенки, направляющие и отжимное устройство расположены таким образом друг относительно друга, что углы перегиба волокон ровингов является тупым.

Упомянутые гребенки снабжены фиксаторами, выполненными с возможностью крепления над ровингом и изменения угла наклона зубцов относительно волокон ровинга.

Упомянутая ванна выполнена с возможностью изменения конфигурации стенок.

Камера (2) выполнена горизонтальной, снабжена термоизолированной крышкой, а нагрев волокон внутри нее осуществляется посредством электрических тепловыделяющих элементов.

На выходе с отжимного устройства (4) расположено устройство по спиральной намотке периодического ребра с шестеренчатой передачей вращательного движения на катушки. Устройство спиральной намотки содержит двигатель (5), ведущую шестерню, (6), ведомые шестерни (7) катушки (8). Управление скоростью вращения шестерен осуществляется посредством электронного контроллера.

Устройство работает следующим образом. Ровинги поступают на вход камеры (2), где с помощью гребенок разделяются на волокна и полностью прогреваются до одинаковой темературы. Из камеры (2) нагретые ровинги, направляемые роликами (3) в виде отдельных волокон, поступают в ванну и погружаются в расплавленный полимер, каждое волокно ровинга покрывается слоем расплава, после чего на выходе из ванны избыток полимера с волокон отжимается с помощью устройства (4) в виде валиков и поступает обратно в ванну с расплавом. Пучок пропитанных волокон после удаления избытка полимера далее поступает в устройство для спиральной намотки ребра. Ребро формируется путем намотки пучка волокон с катушек (8), движущихся вокруг пучка пропитанных волокон, который также движется вдоль оси, относительно которой вращаются катушки (8).

Устройство работает аналогично устройству, описанному в аналоге. Отличие состоит в том, что для заправки ровингов в устройство не нужно продевать их концы через отверстия, достаточно провести жгуты через всю линию целиком, а затем закрепить гребенки в фиксаторах над жгутами. В случае перехлеста нитей производственный процесс может быть продолжен без обрезки ровингов.

1. Устройство для пропитки ровингов расплавом полимера, содержащее в себе:

съемные гребенки, выполненные с возможностью разделения волокон ровинга до их погружения в расплав полимера,

камеру (2), выполненную с возможностью нагрева разделенных волокон ровинга до температуры, близкой к температуре расплава полимера,

ванну (3) для расплава полимера, снабженную направляющими для фиксации ровинга ниже уровня расплава,

отжимное устройство (4), выполненное подогреваемым и содержащее металлические валы с регулируемым взаимным расположением,

характеризующееся тем, что

упомянутые гребенки, направляющие и отжимное устройство расположены таким образом относительно друг друга, что углы перегиба волокон ровингов являются тупыми,

упомянутые гребенки снабжены фиксаторами, выполненными с возможностью крепления над ровингом и изменения угла наклона зубцов относительно волокон ровинга,

упомянутая ванна выполнена с возможностью изменения конфигурации стенок.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно содержит в себе шпулярник с бобинами ровингов.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно содержит в себе станину с размещенными на ней шестернями, выполненными с возможностью вращения, по существу, в одной плоскости вокруг сквозного центрального отверсия, предназначенного для ровингов, на периферии которых установлены катушки для подачи жгута, предназначенного для формирования спирального армирующего ребра.

4. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что дополнительно содержит в себе электродвигатель для привода упомянутых шестерен и электронную систему управления частотой питающего тока для изменения скорости их вращения.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что вышеупомянутая камера (2) выполнена, по существу, горизонтальной.

6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что возможность нагрева волокон ровингов в вышеупомянутой камере (2) обеспечивается посредством электрических тепловыделяющих элементов.

7. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что возможность нагрева волокон ровингов в вышеупомянутой камере (2) обеспечивается посредством электрического нагрева вышеупомянутых гребенок.

8. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что камера (2) снабжена закрывающей ее термоизолированной крышкой.

9. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ванна (3) содержит в себе днище, боковые стенки, переднюю стенку и заднюю стенку, при этом передняя и/или задняя стенки выполнены с возможностью перемещения в продольном направлении и/или с возможностью изменения угла наклона относительно днища таким образом, что между краями передней и/или задней стенок и поверхностью остальных стенок ванны (3) обеспечивается герметичный контакт.

10. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что поддержание полимера в расплавленном состоянии в вышеупомянутой ванне (3) обеспечивается посредством водяной или паровой рубашки.

11. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что вышеупомянутая ванна (3) дополнительно снабжена закрывающей ее термоизолированной крышкой.

12. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно оснащено средствами автоматического поддержания температуры в камере (2), ванне (3) и в отжимном устройстве (4) на предварительно заданном уровне.