Герметичная труба-оболочка

Техническое решение относится к изготовлению стеклопластиковых труб с повышенной герметичностью и может быть использовано в самолето- и судостроении, в химической, нефтехимической промышленности. Внешний и внутренний слои трубы образованы пленочным клеем ВК-36 на основе эпоксидной смолы, а промежуточный слой образован стеклопластиком, формирующимся при давлении 0,085-0,095 МПа в течение 30-40 мин при температуре 65-70°С и в течение 100-120 минут при температуре 170°С из чередующихся слоев стеклоткани и пленочного клея ВК-36, при обеспечении объемного содержания клея в формирующемся стеклопластике 45-50%. Технический результат - повышение герметичности труб.

Техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано в изделиях из композиционных материалов, в частности в слоистых изделиях, например в многослойных трубах-оболочках из стеклопластиков, отличающихся физической структурой слоев, в которых армирующие нити заделаны в полимерную матрицу.

К трубам-оболочкам из композиционных материалов предъявляются повышенные требования по герметичности, прочности и надежности, при этом изделия должны обладать минимальной массой. Однако природа композиционных структур такова, что через них происходит утечка среды из-за дефектности и растрескивания связующего при нагружении (А.Келли, Высокопрочные материалы, М., Мир, 1978, с.202-206).

Для герметизации намотанных стеклопластиковых оболочек, повышения их стойкости к проникновению среды используют различного типа эластомеры, герметики и пластические материалы (В.А.Калинчев, М.С.Макаров, Намотанные стеклопластики, М., Химия, 1986, с.210-224).

Известна труба, между стеклопластиковыми слоями которой размещена термопластичная пленка (патент РФ 2015909, МПК ⁶ В29С 53/56, В29L 23:22, опубликовано 15.07.1994).

К недостаткам известных труб из стеклопластика, между слоями которых размещены герметизирующие прослойки, следует отнести плохую адгезию между разнородными слоями, что снижает герметичность и прочность материала.

Известна труба, содержащая полимерный герметизирующий слой и силовой армированный слой (патент РФ 2095676, МПК⁷ F16L 9/133, опубликовано 10.11.1997).

К недостатку такой трубы относится недостаточная прочность и надежность герметизирующего слоя при его изготовлении, монтаже и эксплуатации при перепадах температур.

Известна также труба из пластической оболочки и охватывающий ее стеклопластиковый слой, зафиксированный с помощью взаимных буртиков на торцах трубы (патент РФ 2255263, МПК⁷ F16L 47/00, 9/133, опубликовано 27.06.2005).

К недостатку такой трубы можно отнести раздельность подключения слоев при деформации и нагрузке на всю трубу, а также большую деформативность внутреннего слоя в середине, что приводит к снижению допустимых нагрузок, искажению формы и уменьшению надежности.

Кроме того, известны трубы-оболочки, между наружным и внутренним несущими слоями которых размещен герметизирующий слой (патент РФ 2112652, опубликовано 10.06.1998, и патент РФ 2165048, МПК⁷ F16L 9/12, опубликовано 10.04.2001, патент РФ 2232930, МПК⁷ F16L 9/12, F16L 9/133, опубликовано 20.07.2004).

К общим недостаткам таких труб-оболочек из композиционных материалов следует отнести повышенную растрескиваемость внутреннего несущего и герметизирующих слоев при циклических перепадах давления транспортируемой среды, за счет возможных взаимных перемещений и локальных деформаций. Это приводит к преждевременной потере прочности и герметичности.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, по совокупности основных существенных признаков является герметичная труба из стеклопластика, содержащая несколько слоев из смеси связующего и волокнистого наполнителя, взятых в различных соотношениях, внутренний из которых содержит углеродную ткань, а наружный - стекловолокнистый наполнитель, и промежуточный слой, отличающийся тем, что внутренний слой образован намоткой слоев углеткани, пропитанной фенолформальдегидным связующим, промежуточный слой выполнен из термопластичного полимера, а наружный силовой слой содержит стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой дианового типа (см. патент РФ 2112652, МПК⁶ B29D 9/00, F16L 9/12, опубликовано 10.06.1998).

В указанной трубе недостаточная адгезия между разнородными слоями снижает герметичность трубы. Кроме того, при изготовлении труб с использованием жидкого связующего и растворителей значительно увеличивается содержание вредных летучих компонентов, что ухудшает санитарно-гигиенические условия работы.

Технический результат предлагаемого технического решения - повышение герметичности труб.

Поставленный технический результат достигается тем, что в герметичной трубе-оболочке внешний и внутренний слои образованы пленочным клеем ВК-36 на основе эпоксидной смолы, а промежуточный слой образован стеклопластиком, формирующимся при давлении 0,085-0,095 МПа в течение 30-40 мин при температуре 65-70°С и в течение 100-120 минут при температуре 170°С из чередующихся слоев стеклоткани и пленочного клея ВК-36, при обеспечении объемного содержания клея в формирующемся стеклопластике 45-50%.

При изготовлении трубы-оболочки давление 0,085-0,095 МПа, выдержка 30 минут при температуре 65-70°С необходимы для равномерной пропитки клеем слоев стеклоткани с общей толщиной слоев не более 5 мм; выдержка 100-120 минут при том же давлении при температуре 170°С, необходима для полного отверждения пленочного клея, обеспечения сплошности и герметичности материала.

Ограничение объемного содержания клея в материале 45-50% обусловлено тем, что увеличение объемного содержания клея как связующего приводит к снижению прочности стеклопластика (оптимальным в отношении прочности стеклопластика считается содержание связующего в пределах 30-35% (см. Композиционные материалы: справочник/ В.В.Васильев, В.Д.Протасов, В.В.Болотин и др.; под общей ред. В.В.Васильева, Ю.М.Тарнопольского - М.: Машиностроение, 1990, - 512 с.)), а уменьшение объемного содержания клея как связующего ниже рекомендованного уровня снижает герметичность материала и качество наружной и внутренней поверхности изделия из-за нарушения сплошности материала, некачественной пропитки.

Конструкция трубы-оболочки показана на фиг.1, где 1 - внешний слой пленочного клея; 2 - внутренний слой пленочного клея; 3 - промежуточный слой, образованный чередованием стеклоткани и пленочного клея.

Способ получения предлагаемой герметичной трубы-оболочки графически проиллюстрирован на фиг.2, где 1 - внешний слой пленочного клея ВК-36 (ТУ 1-596-389-96); 2 - внутренний слой пленочного клея ВК-36; 3 - промежуточный слой из чередующихся слоев стеклоткани Э1-100 (ГОСТ 19907-83) и пленочного клея ВК-36; 4 - металлическая оправка; 5 - антиадгезионный слой; 6 - фторопластовая лента; 7 - дренажный слой; 8 - вакуумный мешок. Элементы позиций 4, 5, 6, 7, 8 - необходимые для обеспечения типового технологического процесса.

Процесс изготовления предлагаемых труб состоит из следующих операций. На металлическую оправку наружным диаметром 60 мм, имеющую конусность для обеспечения съема готового изделия, наносится антиадгезионный слой 5 (фторопластовая лента шириной 60 мм с нахлестом 5 мм). Затем наматывается встык слой 2 ленты пленочного клея ВК-36 толщиной =0,2 мм и шириной 60 мм. На клеевой слой 2 наматывается полотном четыре слоя стеклоткани Э1-100, на которые затем наматывается слой 1 ленты пленочного клея ВК-36 (направление намотки противоположно направлению первого слоя клея). Толщина слоев должна быть не более 5 мм. Далее выполняются действия типового технологического процесса: на слой клея наматывается фторопластовая лента 6 и укладывается дренажный слой 7, после чего формирующийся слой 3 стеклопластика помещается в вакуумный мешок 8 и далее в термопечь.

Совмещенный процесс пропитки и формования осуществляют при давлении 0,085-0,095 МПа, в течение 30-40 минут при температуре 65-70°С и далее в течение 100-120 минут при температуре 170°С.

Испытание на герметичность стеклопластиковых труб проводилось методом «аквариума» (А.В.Чернышов «Технология монтажа и испытаний бортовых систем ЛА», М.: Машиностроение, 1977, с.198, 204) путем погружения образцов в водяную ванну, создания в образцах избыточного давления воздухом и замером объема пузырькового газовыделения по поверхности образцов.

Полученные в ходе испытаний результаты представлены в табл.1.

Результаты испытаний позволяют сделать заключение о том, что предлагаемая конструкция герметичной трубы оболочки, полученная описанным способом, обеспечивает высокую герметичность материала труб по воздуху до 0,3 МПа.

Испытывались стеклопластиковые трубы с размерами: длина 500-700 мм, диаметр - 60 мм, изготовленные намоткой следующих структур:

Тип 1: двухслойная намотка стеклоткани ТС-10 ГОСТ 18170-79 на основе полиэфирного связующего (принятый технологический процесс);

Тип 2: образцы, предлагаемой герметичной трубы-оболочки.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет при изготовлении труб из стеклопластика повысить герметичность труб.

Герметичная труба-оболочка, содержащая внешний, внутренний и промежуточный слои, отличающаяся тем, что внешний и внутренний слои образованы пленочным клеем ВК-36 на основе эпоксидной смолы, а промежуточный слой образован стеклопластиком, формирующимся при давлении 0,085-0,095 МПа в течение 30-40 мин при температуре 65-70°С и в течение 100-120 мин при температуре 170°С из чередующихся слоев стеклоткани и пленочного клея ВК-36, при обеспечении объемного содержания клея в формирующемся стеклопластике 45-50%.