Способ автоклавного формования изделий из пластиков горячего отверждения

 

Использование: изобретение относится к технологии переработки полимерных композиционных материалов, в частности к методам автоклавного формования изделий из пластиков горячего отверждения. Сущность изобретения: при формовании изделия на жесткую форму производят нанесение слоев материала, пропитанного связующим горячего отверждения. На полученную заготовку устанавливают герметичную диафрагму , которую соединяют с вакуумной системой. Заготовку помещают в автоклав. Создают давление формования заготовки подачей в камеру формования газа с избыИзобретение относится к области переработки полимерных композиционных материалов , в частности к методам автоклавного формования изделий из пластиков горячего отверждения. Целью изобретения является повышение качества изделий и технологичности способа. Поставленная цель достигается тем. что в способе, включающем нанесение укладку материала заготовки на формообразующий элемент, установку герметичной диафрагмы точным давлением. Производят нагрев до температуры отверждения заготовки. Отверждают заготовку в течение определенного времени. По окончании отверждения заготовки производят при Р Р Он + 273) Pn P°KP (tK + 273) уменьшение давления газа в камере формования на расчетную величину со скоростью сброса не более 2,0 МПа в час с последующим охлаждением; при Р Р О +273) Pn Рокр v(tK+273J охлаждение отвержденной заготовки г, последующим увеличением давления газа в камере формования на расчетную величину, где Рп - давление формования заготовки, МПа; Рокр окружающее (атмосферное) давление , МПа; tn - температура отверждения заготовки, °С; t« - конечная температура охлаждения заготовки, °С. Затем заготовку извлекают из камеры формования автоклава и направляют на последующую технологическую операцию, например на механическую обработку. 1 табл. на заготовку, помещение сборки в автоклав, создание в нем избыточного давления формования газа, нагрев до температуры отверждения , отверждение заготовки с последующим охлаждением и снижением давления газа в автоклаве, согласно изобретению , при Р Р (tn +273) Рп Рокр k+273) перед охлаждением снижают давление газа в автоклаве на величину, определяемую из уравнения ел С 00 о XI о 4 О А

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4886454/05 (22) 29.11.90 (46) 07,04.93. Бюл. N 13 (71) Днепровский научно-исследовательский институт технологии машиностроения и Павлоградский механический завод (72) В,А. Цопа и В,А. Зубаткин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1692851, кл. В 29 С 43/20, 1989. (54) СПОСОБ АВТОКЛАВНОГО ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТИКОВ ГОРЯЧЕГО ОТВЕРЖДЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к технологии переработки полимерных композиционных материалов, в частности к методам автоклэвного формовэния изделий из пластиков горячего отверждения. Сущность изобретения: при формовании изделия на жесткую форму производят нанесение слоев материала, пропитанного связующим горячего отверждения. Нэ полученную заготовку устанавливают герметичную диафрагму, которую соединяют с вакуумной системой. Заготовку помещают в автоклав.

Создают давление формования заготовки подачей в камеру формовэния газа.с избыИзобретение относится к области переработки полимерных композиционных материалов, в частности к методам автоклавного формования изделий иэ пластиков горячего отверждения.

Целью изобретения является повышение качества изделий и технологичности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем нанесение укладку материала заготовки на формообразующий элемент, установку герметичной диафрагмы

„„SU„„1807940 А3 (sr)s В 29 С 43/20, 43/12 // В 29 L точным давлением. Производят нагрев до температуры отверждения заготовки. Отверждают заготовку в течение определенного времени, По окончании отверждения заготовки производят при

+ 273 тк + 273 уменьшение давления газа в камере формования на расчетную величину со скоростью сброса не более 2,0 МПа в час с последующим охлаждением; при

tn +273 т„+ 273 охлаждение отвержденной заготовки с последующим увеличением давления . газа в камере формования на расчетную величину, где Pn — давление формования заготовки, ф

МПа; Ppgp — окружающее (атмосферное) давление, МПа; tn — температура отверждения (J) заготовки, С; tK — конечная температура охлаждения заготовки, С. Затем заготовку извлекают из камеры формования автоклава и направляют на последующую технологическую операцию, например на механическую обработку. 1 табл, ; ОО С на заготовку, помещение сборки в автоклав, создание в нем избыточного давления формования газа, нагрев до температуры отверждения, отверждение заготовки с последующим охлаждением и снижением . давления газа в автоклаве, согласно изобретению, при

4 +273

t +273 перед охлаждением снижают давление газа в автоклаве на величину, определяемую из уравнения

1807940 (Pn — Рокр) 273 + Рп ск — Рокр tn + 273)

4 +273 с» +273 после охлаждения увеличивают давление газа в автоклаве на величину, которую определяют из уравнения д р (РОкр Рп) 4-73 + Po»p tn Pn ск 0n + 273 где P — давление формования заготовки, МПа;

Рокр — давление окружающей среды, МПа;

tn — температура отверждения заготов- „ ки ос; ск — конечная температура охлаждения заготовки, С;

Способ заключается в следующем.

На жесткую форму (на оправку) производят нанесение слоев материала, пропитанного связующим горячего отверждения.

На полученную заготовку устанавливают герметичную диафрагму, которую соединяют с вакуумной системой (не показано). 3аготовку помещают в автоклав. Создают давление формования заготовки подачей в автоклав газа с избыточным давлением.

Производят нагрев до температуры отверждения заготовки, Отверждают заготовку в течение определенного времени. Величины давления формования заготовки, температуры ее отверждения и времени отверждения определяются типом наполнителя и связующего материала, геометрическими размерами и другими параметрами, По окончании отверждения заготовки производят

4 +273 ри и окр +2-3

40 уменьшение давления газа в камере формования на величину, которая определяется зависимостью

Рп Рокр 273+ Рп ск Рокр tn

7»» р

45 со скоростью сброса не более 2.0 Mila в час с последующим охлаждением, сп +273

tê + 273 только охлаждение отвержденной заготов- 50 ки, (Сп +273}

ПРи Рп окр -- + 2/3 охлаждение отвержденной заготовки с последующим увеличением давления гаээ в камере формования на величину, которая определяется зависимостью

4 р (Рокр Pn) 27 + окрСО Vn Ск. Затем заготовку извлекают иэ камеры формования автоклава и направляют на последующую технологическую операцию, например механическую обработку.

Цикл изготовления изделия повторяют.

Пример 1. При изготовлении изделия из углепластика УРАЛ-Тр- ЭХО на основе углеткани УРАЛ-Тр-3/2-15-ЭХО (ТУ 6-06—

4108-84), пропитанной фенольноформальдегидным связующим ФН (ТУ

6 — 05 — 1187 — 75), производят нанесение углеткани на оправку до необходимой толщины.

На полученную заготовку устанавливают термостойкую диафрагму, например, выполненную в виде резинового мешка из резины марки 51-3063 (ТУ 005274 — 76).

Кромковый элемент мешка соединяют с основанием оправки и герметизируют. Полость мешка соединяют с вакуумной системой. Заготовку с оправкой помещают в камеру формования автоклаве (например, АП-6), Создают давление формования 4,0

МПа. Производят нагрев заготовки со скоростью 15оC/÷ до температуры отверждения связующего заготовки,-155 С, Отверждают заготовку при температуре

155оС в течение времени, взятого иэ расчета

15 мин на 1 мм толщины заготовки.

Так как величина

tn + 273 ск + 273 где Pn = 4,0 МПа — давление формования;

Рокр = 0,1 МПа — окружающее (атмосферное) давление; сп = 155 С вЂ” температура отверждения заготовки;

t» = 30 С вЂ” конечная температура охлаждения заготовки.

Рп > 01МПа 155+273 или Pn > 0,14 МПа, а Рп=4,0 МПа, то первоначально производят уменьшеНие давления на величину, которая определяется зависимостью:

ЛР, Рп — Рр р 273+ Рп tv.— P»ð t»

Ск + 273 (40+ 0,1) 273 + 40 20 —. 0,1 1Ю1

3D + 273

=3,76 МПэ, Уменьшение давления формования производят со скоростью не более 2,0 МПа в час, для. данного примера скорость уменьшения давления может быть равна 0,5, 1,0, 1,5 МПа.

По окончании сбрпса давления производят охлаждение гэээ и ээготов»и в камере формования. При этом давление формования газа уменыь1аетт.э пр77г1орцио11эльно

1807940 уменьшению температуры Тк=273+т» и при

tK--=30 С достигается величина давления, равная величине давления окружающей среды, После чего производят извлечение отвержденного изделия из камеры формования. Производят его снятие с формы и направляют на последующую операцию, например на механическую обработку.

Цикл изготовления изделия повторяют.

Пример 2. При изготовлении изделия из стеклопластика ВПС-7 на основе стеклоткани Т вЂ” 10 (ГОСТ 19170-73), пропитанной эпоксидным связующим ЭДТ-10П (ОСТ 92—

0957-74), производят те же технологические операции, что и в примере 1.

Отличным. является то, что

Pn = 0,14 МПа, tn = 160 С

t<=35 С, Р«р =01, МПа.

4 +273

Поскольку Р Рокр (к +273

160 + 273 т,е. Pn=0,1 35 + 273 — 0.14 МПа, .

По окончании отверждения заготовки производят ее охлаждение до 35 С, При этом давление формования уменьшается за счет снижения температуры газа в камере формования автоклаве до величины давления окружающей среды.

Пример 3. При изготовлении изделия на стеклопластика ЭФ-32%301 на основе стеклоткани Т-11 (ГОСТ 19170 — 73), пропитанной эпоксиднофенольным связующим

ЭФ-32 — 301 (ОСТ 92 — 0957 — 74), производят те же технологические операции, что и а примере 1. Поскольку

Рп=0,12 МПа, tn=175 С, як=20 С, Рокр=0,1 МПа, + 273 то и ОкР т + 273 1 х

175 + 273 х 20+273 0,15 МПа

Производят первоначально охлаждение с 175 до 20 С с последующим yeenweнием давления в камере формования на величину, которая определяется зависимостью

=0,046 МПа;

Скорость увеличения давления определяется конструктивными особенностями автоклава, например. для автоклава АП-6 скорость 4,0 МПа а час.

10

Использование данного изобретения обеспечивает повышение технологичности способа за счет исключения операции нагрева газа и заготовки при резком сбросе избыточного давления газа из камеры формоаания автоклава, а также уменьшение энергозатрат. за счет исключения нагрева газа при резком сбросе его давления. Кроме того, уменьшается напряженное состояние отвержденного материала заготовки на этапе охлаждения за счет первоначального уменьшения давления на значительную величину при

+ 273

15 о"р тк + 273 что снижает в несколько раз вероятность появления трещин в материале отвержденной заготовки, возникающих из-за разности коэффициентов термического расширения

20 материалов формы (оправки) и отвержденной заготовки как в радиальном направлении, так и в осевом, при этом исключается вероятность. разрушения изделий при распрессовке и их эксплуатации.

25 Также снижается время охлаждения за счет сброса части горячего газа из камеры формования, Ниже приведена таблица сопоставимых сравнительных данных, полученных по из30 вестному и данному решениям.

Формула изобретения

Способ автоклавного формования изделий из пластиков горячего отверждения, 1 включающий укладку материала заготовки

35 на формообразующий элемент, установку герметичной диафрагмы на заготовку, помещение сборки в автоклав, создание в нем избыточного давления формования газа, на-. грев до температуры отверждения, отверж40 дение заготовки с последующим охлаждением и снижением давления газа в автоклаве, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения качества изделий и технологичности способа, при

45 tn + 273 и окР тк + 273 перед охлаждением снижают давление газа в автоклаве на величину ДР>, определяемую из уравнения

ДР1 а при

С +27З тк + 27З

55 после охлаждения увеличивают давление газа в автоклаве на величину Д Pz, которую определяют из уравнения д р (Р«кр — Pn 273 + PoKp tn Pn к

g -273) 1807940 где Рn — давление формования заготовки, МПа;

Р„р — давление окружающей среды, МПа;

tï — температура отверждения заготовки, ОС;

t< — конечная температура охлаждения заготовки, ОС.

Техническое решение

Показатель

ММ и/и прототипа заявляемое

Количество основных операций способа, ед. х

7 (Исключена операция нагрева газа на этапе охлаждения заготовки) Средняя величина затрат электроэнергии при изготовлении изделия, кВт ч

Пример 1.

Пример 2

Пример 3

Средняя отн. величина НДС заготовки на этапе охлаждения, отн.ед.

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Средняя величина вероятности появления трещин в материале отвержденной заготовки, отн.ед.

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Средняя величина времени охлаждения отвержденной заготовки, ч

Пример 1

Пример 2

Пример 3

4000,0

2750,0

1900,0

3850,0

2650,0

1810;0

1,0

1,0

1,0

0,6

0,55

0,4

0,09

0,07

0,05"

0,05

0,04

0,03

12,5

12,5

15,0

8,7

10,8

13,2

Составитель М, Осипова

Техред М,Моргентал Корректор М. Петрова

Редактор С. Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, yn,Гагарина, 101

Заказ 1391 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

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