Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ ВОЛОКНИСТОГО ДЛИННОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА СВЯЗУЮЩИМ

Изобретение относится к устройствам для пропитки волокнистого длинномерного материала связующим и может найти применение в производстве полимерных композиционных материалов в аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности используемых, например, в качестве теплозащитных пожаробезопасных покрытий, обшивок и панелей интерьера.

Известно устройство для пропитки движущегося волокнистого материала связующим, содержащее резервуар для хранения пропиточных растворов, соединенных посредством патрубков с емкостью, имеющей приводной смеситель и выполненной со щелью для подачи растворов на материал, причем смеситель выполнен в виде горизонтального диска с вертикальными отверстиями с возможностью его свободного вращения и с зазором относительно плоскости перемещения материала (Авт. св. СССР №1384637).

Недостатком этого устройства является невозможность осуществления пропитки материала растворами большой вязкости, в т.ч. растворами в смеси с мелкодисперсным наполнителем, например порошковым антипиреном, т.к. смешение растворов осуществляется непосредственно в месте пропитки, что приводит к плохому качеству смешения. Кроме того, вязкие смеси попадают на материал непосредственно из отверстий диска, плохо расходятся по волокнистому материалу и поэтому возникает вероятность появления непропитанных зон на материале.

Известно устройство для пропитки волокнистых материалов, содержащее емкости с пропиточными составами, через которые проходит волокнистый материал, пропитываясь при этом, а излишек пропитывающего состава затем удаляется скребками (патент Германии №3817800)

Недостатком этого устройства является то, что оно не может быть использовано для пропитки волокнистого материала связующим содержащим дисперсный наполнитель, так как во время прохождения материала через емкость с пропитывающей смесью раствора с порошком-наполнителем в первую очередь материал поглощает менее вязкую компоненту смеси, тем самым изменяя концентрацию его в емкости, что в свою очередь приводит к неравномерной пропитке последующих порций проходящего материала, т.е. к ухудшению качества пропитки.

Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для пропитки волокнистого длинномерного материала - стеклотканисвязующим, содержащее пропитывающий барабан с рядом отверстий, выполненных в виде щелей и расположенных в шахматном порядке и патрубок для подачи связующего. Устройство дополнительно содержит средство для подачи в барабанную емкость инициирующего агента, связанное с емкостью сопло, установленное на патрубке, причем на наружной поверхности барабана в зоне расположения отверстий выполнено углубление (Авт. св. СССР №546671).

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования количества нанесенного связующего, имеющего высокую вязкость, в том числе смесей связующего с мелкодисперсным наполнителем, например порошком антипирена, вследствие отсутствия зазора между материалом и поверхностью пропитывающего узла, т.к. материал огибает пропитывающий узел, прилегая к нему. Кроме того, в известном устройстве пропитка осуществляется путем продавливания связующего сквозь материал с возвратом излишков продавленного связующего обратно в подающий насос, что невозможно при применении высоковязкого связующего, в том числе его смеси с порошковым наполнителем.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для пропитки волокнистого длинномерного материала, которое позволило бы пропитывать материал высоковязкими связующими, в том числе их смесями с порошковыми наполнителями, например порошковыми антипиренами, с одновременной настройкой и регулировкой толщины и равномерности наноса связующего на материал, что в свою очередь позволяет регулировать противопожарные и теплозащитные свойства обшивок и панелей.

Для решения поставленной технической задачи предложено устройство для пропитки волокнистого длинномерного материала связующим, содержащее пропитывающий узел, выполненный в виде емкости с отверстиями для подачи связующего на материал и патрубки для подачи связующего в пропитывающий узел, причем на наружной поверхности пропитывающего узла в зоне расположения отверстий выполнено углубление, а сами отверстия расположены в шахматном порядке, отличающееся тем, что под углублением с отверстиями пропитывающего узла установлена опорная площадка с возможностью регулирования зазора, через который подается волокнистый длинномерный материал, при этом опорная площадка выполнена выпуклой, а обращенная к опорной площадке часть пропитывающего узла с отверстиями и углублением выполнена эквидистантно выпуклой поверхности опорной площадки, величина зазора определяется по формуле

D=(q/(100-q))·g/r+d₁ где

D - определяемый зазор (м);

q - требуемый нанос связующего (в %);

g - масса 1 м² пропитываемого материала (кг/м²);

r - плотность связующего (кг/м³);

d₁ - толщина пропитываемого материала (м).

Теоретическое обоснование предлагаемого устройства состоит в том, что регулируемый зазор позволяет наносить на пропитываемый материал необходимое, строго расчетное количество высоковязкого связующего, в т.ч. и его смеси с мелкодисперсным наполнителем, например порошковым антипиреном, улучшающим противопожарные свойства получаемого материала. Подаваемые в полость пропитывающего узла высоковязкие связующие или его смеси с различными наполнителями заполняют полость, выходят из отверстий в углубление, заполняют его, переходят на пропитываемый материал, который, проходя в регулируемом зазоре, опирается на опорную площадку, имеющую небольшую кривизну, выпуклую в направлении пропитывающего узла. Поверхность пропитывающего узла, содержащая отверстия и углубление в районе этих отверстий, выполнена эквидистантно относительно выпуклой части опорной площадки и играет роль калибрующей поверхности в отношении величины наноса связующего или его смесей с мелкодисперсными наполнителями. Площадка, выполненная с небольшой кривизной, выпуклой в направлении пропитывающего узла, необходима, во-первых, для установления расчетного зазора, и, следовательно, для получения пропитанного материала с необходимым наносом связующего или его смесей с мелкодисперсным наполнителем на материал; во-вторых, благодаря выпуклости, создает натяжение материала, предотвращая рывки и колебания материала в зазоре при его движении под пропитывающим узлом.

На чертеже схематически представлено устройство, где

1 - пропитывающий узел;

2 - патрубки;

3 - емкость пропитывающего узла;

4 - отверстия;

5 - углубление;

6 - опорная площадка;

7 - длинномерный волокнистый материал.

Устройство работает следующим образом.

Устройство для пропитки располагают на установке для изготовления препрега, содержащей узлы размотки и приемки пропитываемого материала и узел сушки пропитанного материала (на чертеже не показаны). В пропитывающий узел 1 по подводящим патрубкам 2 в емкость 3 подводится связующее. Связующее заполняет емкость 3 и через отверстие 4 попадает в углубление 5. Под пропитывающим узлом 1 установлена опорная площадка 6, которая может менять свое положение относительно пропитывающего узла 1 по вертикали, соответственно уменьшая или увеличивая зазор между поверхностью площадки и пропитывающим узлом. Опорная площадка 6 выполнена выпуклой, а поверхность узла 1 с отверстиями 4 и углублением 5 выполнена эквидистантно поверхности площадки 6. Отверстия 4 выполнены в виде щелей, расположенных в шахматном порядке. Длина углубления 5 равна ширине пропитываемого материала 6. Материал с узла размотки пропускают через зазор между опорной площадкой и поверхностью пропитывающего узла, где на материал наносится связующее, толщина которого определяется величиной зазора и эквидистантной поверхностью пропитывающего узла. Далее пропитанный материал проходит через узел сушки (например, инфракрасный излучатель) и наматывается на узел приемки. Затем определяют микрометром толщину пропитываемого материала.

Пример осуществления 1.

При проверке работоспособности устройства использовались: стеклоткань Т15П - 76 с толщиной 0,15 мм (0,15·10^-3 м).

В качестве связующего использовалось связующее ФПР-520 + антипирен ALOH)₃ (в соотношении по весу 50%/50%).

По формуле определялась величина зазора D.

Плотность связующего r=1700 кг/м³:

Масса 1 м² ткани Т15П - 76 g = 0,17 кг/м².

Величина наноса на ткань q=50%

Толщина ткани d₁=0,15·10^-3 м.

Вес 1 м² ткани r=0,17 кг/м².

Подставляя в формулу, получим:

D=0.25 мм (0,25·10^-1м).

После расчета на устройстве выставляется зазор 0,25 мм.

Пример осуществления 2.

Также работа устройства проверялась с использованием органоткани СВМ и связующего ФПС-3. В смеси с антипиреном Mg(ОН) в том же соотношении по весу.

Расчет зазора производился по следующим данным:

r=1520 (кг/м³);

g=0,1 (кг/м²);

q=60%;

d₁=0,08·10^-3 (м).

После расчета по формуле получим: D=0,18 мм.

Полученные по примерам 1, 2 готовые препреги разрезались на куски 600·600 мм, из которых выкладывались на форме обшивки. Обшивки отверждались в вакуумном мешке при повышенной температуре.

После изготовления обшивок определялась их толщина: для обшивки из 5 слоев стеклоткани толщина обшивки находилась в пределах 1-1,15 мм. Для обшивки из 5 слоев органоткани СВМ толщина обшивки находилась в пределах 0,625-0,675 мм. Такой разброс толщин готового материала показывает хорошую равномерность наноса связующего на материал.

При использовании в качестве устройства для нанесения на волокнистый материал подобных связующих устройства прототипа положительного результата получено не было ввиду отсутствия на устройстве калибрующего зазора.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения заключается в возможности осуществления пропитки волокнистых длинномерных материалов высоковязким связующим, в т.ч. в смеси его с мелкодисперсными наполнителями, например порошковыми антипиренами, причем с возможностью регулирования наноса связующего на ткань, что позволяет получать препрег с заранее заданными свойствами, например с повышенной пожаробезопасностью.