Способ изготовления изделий из пластиков горячего отверждения

 

Использование: изобретение относится к технологии контроля процесса отверждения изделий из композиционного материала . Сущность изобретения: при вакуумавтоклавном формовании заготовку изделия выкладывают на форме, устанавливают на нее эластичный мешок, полость которого соединяют с вакуумной системой , осуществляют нагрев сборки до температуры , выдержку, отверждение и охлаждение изделия, при этом датчик температуры устанавливают в патр убок, соединяющий полость эластичного мешка с вакуумной системой, а выдержку при температуре осуществляют до ее понижения до 20-40°С. 1 табл.

союз соВетских социалистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

°и»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4863208/05 (22) 31.08,90 (46) 15.12.92. Бюл. ¹ 46

{71) Днепровский научно-исследовательский институт технологии машиностроения и Павлоградский механический институт„.. (72) В;А.Цопа, В,А.Зубаткин и А.А,Рябовол (56) Углеродные волокна./Под ред. С.Симамуры, Монография. М.; Мир, М. 1987, с,86—

90, Патент США № 4765942, кл. В 29 0 9/00;

1988, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ПЛАСТИКОВ ГОРЯЧЕГО ОТВЕРЖДЕНИЯ

Изобретение относится к технологии переработки полимерных композиционных материалов, в частности для изготовления изделий на основе связующего горячего отверждения, содержащего растворитель.

Известен способ формования изделий из пластиков горячего отвер>кдения, включающий укладку на жесткую форму необходимого числа слоев преп рега "с последующим отверждением при повышенном давлении и температуре в автоклаве по следующему режиму: повышение температуры от цеховой до 180 С со скоростью 13 С/мин; выдержка и ри температуре 180 С, охлаждение в автоклаве до 60 С. Давление газа в автоклаве на всех этапах режима отверждения поддерживают постояннь!и, равным 5,0 МПа.

Недостатком указанного технического решения является низкое качество изготов-" ления изделий на основе связующего, со Ы, 1781070 А1 (я)5 В 29 С 53/84, 43/12//В 29 1 9:00

2 (57) Использование: изобретение относится к технологии контроля процесса отверждения изделий из композиционного материала. Сущность изобретения: при вакуумавтоклавном формовании заготовку изделия выкладывают на форме, устанавливают на нее эластичный мешок, полость которого соединяют с вакуумйгой системой, осуществляют йагрев сборки до температуры, выдержку, отвержд"енйе и охлаждение изделия, при этом датчик тем-" пературы устанавливают в 11атрубок, соединяющий полость эластичного мешка с вакуумной системой, а выдержку при температуре осуществляют до ее понижейия до

20 — 40 С. 1 табл. держащего растворитель, найрймнер, фейолоформальдегидное связующее, в состав которого входит 1 в.ч, спирта, 3 в.ч, ацетона и 15 в.ч. смолы ФН, из-за интенсивного удаления растворите»ля "и рЪГ отв»ержндении изделия, т.е. при 180 С, что приводит к по- (ф вышению пористости изделия",— ., д

Наиболее близким техническим решением к данному является способ, включающий нанесение армирующего материала, пропитанного полимерным связующим, которое содержит растворитель, на жесткую форму, установку на заготовку герметичного эластичного мешка, полость которого через патрубок соединяют с вакуумной системой, нагрев материала заготовки до тьмпераату- ры t, величина которой больше или равна температуре кипения растворителя и меньше температуры начала отвер>кдения пол-имерного связующего, и- вьфержкгу, нагрев до температурьготвер>т ейИя з аготовки и

1781070 отверждение ее под давлением с последующим охлаждением.

Однако в известном техническом решении время удаления растворителя определяется опытно-экспериментальным путем, а это непроизводительно и не достаточно точно, т.к. отверждение зависит от различных типов материалов, связующего и размеров изделия и т.д.

Целью изобретения является повышение производительности и качества изделия..

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем нанесение армирующего материала, пропитанного полимерным связующим, которое содержит растворитель, на жесткую форму, установку на заготовку герметичного эластичного мешка, полость которого через патрубок соединяют с вакуумной системой, нагрев материала заготовки до температуры t, величина которой больше или равна температуре кипения растворителя и меньше температуры начала отверждения полимерного связующего, и выдержку, нагрев до температуры отверждения заготовки и отверждение ее поддавлением с последующим охлаждением, согласно изобретению устанавливают датчик температуры, например термопару, в патрубок, соеди ня ющий и олость, эластичного мешка с вакуумной системой, а выдержку при температуре осуществляют до ее понижения до 20-40 С.

Способ заключается в следующем.

На жесткую форму. наносят материал, пропитанный полимерным связующим, содержащим растворитель, методом укладки или намотки до получения требуемой толщины заготовки, На заготовку устанавливают герметйчный мешок. Полость мешка с заготовкой соединяют через патрубок с вакуумной системой. В патрубок устанавливают датчик температуры, например, термопару, по которой замеряют температуру паров растворителя. Помещают заготовку в камеру формования, где производят ,ее нагрев до температуры t, величина которой определяется неравенством:

tK — -4 < tH,Îò где tK — температура кипения растворителя, С. тн.отв — температура начала отверждения заготовки, "С, и создают давление формования. (Величины tH.QTQ и давления формования зависят от типа наполнителя и полимерного связующего).

При температуре t производят выдержку в течение времени, равного времени показания термопары, установленной в патрубке, соединяющем полость мешка с заготовокй и вакуумную систему, температуры t и времени ее понижения до температуры 20 — 40 С, 5 Затем производят отверждение заготовки из расчета 5 — 25 мин на 1 мм толщины заготовки. (Время отверждения определяется в зависимости от типа наполнителя и полимерного связующего и размеров заго10 товки). По окончании отверждения производят охлаждение заготовки до температуры не выше 60 С с последующим сбросом давления формования до величины окружающего давления. После чего отвержденную

15 заготовку вынимают из камеры формования и посылают на последующую технологическую операцию, например, механическую обработку.

Цикл изготовления повторяют.

20 Пример 1, При изготовлении изделия массой 300 кг из углепластика УП-УРАЛТР-Эхо на жесткую форму наносят путем намотки или укладки углеткань УРАЛ-Тр3/2-15-3хо (ТУ 6-06-4108-84), пропитанную

25 фенолоформальдегидным связующим ФН (ТУ 6-05-1187-75), содержащим в качестве растворителя этиловый спирт(ГОСТ 1830087), до необходимой толщины заготовки. Содержание растворителя в материале

30 неотвержденного изделия составляет 2 от.

его массы, т,е. около 6,0 л этилового спирта (ГОСТ 18300-87). На заготовку устанавливают эластичный мешок, например, из резины марки 51-3063 (ТУ 005274-76), 35 которым герметизируют заготовку от окружающей среды. Заготовку помещают в камеру формования, например, автоклава

АП-4, Полость эластичного мешка, в котором расположена неотвержденная заго40 товка, соединяют через патрубок с вакуумной системой, В патрубке устанавливают термопару, например, типа ХК-69, которую соединяют с контрольно-регистри-, рующим прибором, например, потенцио45 метром КСП-2.

Производят нагрев заготовки со скоростью 15ОC в 1 ч до температуры t, величина которой, определяется неравенством, в котором tK = 78,4 С вЂ” температура кипения

50 растворителя, т.е, этилового спирта, тн,oTB. =. 130 С вЂ” температура начала отверждения связующего ФН, т.е.

784 С «130 С.

Нагрев производят до температуры

55 t=78,4 С, Создают давление формования инертным газом — азотом с избыточным давлением — 4,0 МПа. Выдержку при температуре 78,4 С производят в течение времени, равного времени показания термопары, установленной в патрубке, температуры

1781070

78,4ОC и времени понижения температуры с 78,4 С до 20 С. При этом удаляется до 6,0 литров растворителя с материала заготовки. После чего производят дальнейший нагрев заготовки до температуры 150 С, при 5 которой производят выдержку по времени, взятому из расчета 5 минут на 1 мм толщины заготовки. По окончании отверждения производят охлаждение заготовки со скоростью20 Свчасдо60 Сисбросизбыточного 10 давления газа в камере формования. Извлекают отвержденную заготовку и направляют на последующую операцию; например, механическую обработку, цикл повторяют.

Пример 2. При изготовлении изделия, 15 что в. примере 1, и по той же технологической схеме, что в примере 1, производят нагрев заготовки до температуры 90 С, прй которой производят выдержку по времени, равному времени показаний термопарой, 20 установленной в патрубке, соединяющем полость эластичного мешка, в которой установлена заготовка, с вакуумной системой, температуры 90ОС и времени понижения температуры с 90 С до 30 С, 25

Пример 3. При изготовлении изделия, что в примере 1, и по той же технологической схеме, что в примере 1, производят нагрев неотвержденной заготовки до температуры 110 С, при которой производят 30 выдержку по времени, равному времени показания термопарой температуры 110 С и времени понижения температуры с 110 С до 40ОC.

:Пример 4. При изготовлении стекло- 35 пластикового изделия массой 450 кг на основе наполнителя — стеклотрикотажной ткани Ф0-1,1 (ТУ6-11-302-78) и эпоксидного связующего ЭДТ-10 (ОСТ 92-0957-74), содержащего растворитель — спирто-ацето- 40 новую смесь (1 в.ч. спирта и 3 в.ч. ацетона), производят те же технологические операции, что и в примере 1. Только нагрев неотвержденного изделия производят до температуры t, величина которой оп- 45 ределяется неравенством:

tg t < 1Н.ОТВ.i где tg - 65"С- средняя величина температуры кипения спиртоацетоновой смеси, 1н.Отв. = 120 С вЂ” температура начала от- 50 верждения связующего ЭДТ-10, т.е. 65 С t < 120 С, Нагрев производят до температуры

-65ОС, при которой производят выдержку по времени, равному времени показаний тер- 55 мопарой температуры 65 С и ее понижения до 25 С. Создают давление формования—

1,0 МПа. Нагрев производят до 160 С, при которой производят выдержку по времени, взятому из расчета 25 минут на 1 мм толщины заготовки.

Пример 5. При изготовлении иэделия, что в примере 4, и по той же технологйческой схеме, что в примере 4, производят нагрев неотвержденной заготовки до температуры 100ОС, при которой производят выдержку по времени, равному времени показаний термопарой температуры 100ОС и ее понижения до 32ОС.

Пример 6. При изготовлении изделия, что в примере 4, и по той же технологической схеме, чт о в примере 4, производят нагрев неотвержденной заготовки до температуры 120 С, при которой производят выдержку по времени, равному времени показаний термопарой температуры 120 С и ее понижения до 40 С.

Использование данного технического решения обеспечит повышение производительности за счет исключения проведения опытно-экспериментальных работ по определению времени удаления паров (летучих) растворителя связующего конкретного изделия и повышение его качества, поскольку режим термообработки.

Ниже приведена таблица сопоставимых сравнительных данных по качеству изделий, полученных по известному техническому решению и данному техническом решению.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из пластиков горячего отверждения; включающий нанесение армирующего материала, пропитанного полимерным связующим, которое содержит растворитель, на жесткую форму, установку на заготовку герметичного эластичного мешка, полость которого через патрубок соединяют с вакуумной системой, нагрев материала заготовки до температуры t, величина которой больше или равна температуре кипения раСтворителя и меньше температуры начала отверждения полимерного связующего, и выдержку, нагрев до температуры отверждения заготовки и отверждение ее под давлением с последующим охлаждением, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения производительности и качества изделий, устанавливают датчик температуры, например термопару, в патрубок, соединяющий полость эластичного мешка с вакуумной системой, а выдержку при температуре t осуществляют до ее понижения до 20-40 С.

1781070

Техническое ешение

Показатель

П ототип

П е лагаемый

3,2

4,7

2,3

3,9

Составитель М. Осипова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор 3, Лончакова

Редактор

Заказ 4244 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Средняя величина времени удаления паров растворителя,ч

Пример 1

Пример 2

Необходимость проведения отдельных опытно-экспериментальных работ для определейия времени удаления расворителя из материала неотвержденного изделия для различных толщин, типов материалов и связующих

Вид определения времени удаления растворителя

Процент ошйбки определения точного времени удаления асво ителя, Есть

Косвенный

Опытно-экспериментальный . + 2,5-30

Нет

Прямой

В процессе отверждения