Способ укладки на поверхность по отклоняющейся траектории длинномерной ленты

 

Использование: в технологии изготовления слоистых изделий методом выкладки ленты, усиленной волокнами, на формообразующую поверхность. сущность изобретения: при укладке ленты из упорядоченного штапельного волокна и смолы к ней прилагают достаточного тепла и силы натяжения перед укладкой для поддержания в упорядоченных штапельных волокнах состояния натяжения по всей ширине ленты. 6 з. п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу укладки ленты на рабочую поверхность, а точнее к контролированию положения ленты при ее укладке.

Для создания крупных плоских конструкций избирают способ автоматической укладки ленты из непрерывного волокна термоотверждающейся смолы. Этот способ находит широкое применение в производстве и обеспечивает экономию расходов в сравнении со способом ручной укладки. Существуют две основные проблемы: проблема обеспечения контроля при ее укладке и проблема укладки ленты с приданием ей фигурной формы.

Лента имеет иногда некоторый естественный перекос. Это означает, что при разматывании с рулона лента будет укладываться не прямолинейно, а с небольшим перекосом. Это связано с изменениями степени натяжения жгутов волокна при пропитке. Проблема заключается в том, что ленточная машина стремится работать прямолинейно, а лента пытается повернуть в сторону. Это ведет либо к сморщиванию ленты в зоне ее краев, либо к тому, что лента стремится сойти с направляющей системы. Такая потеря контроля за лентой при укладке обычно вызывает образование пустот в слое.

Поскольку лента из препрега на основе непрерывного волокна не может растягиваться, то большинство частей должно выполняться на плоской пресс-форме. Это создает проблему, заключающуюся в том, что сложные части трудно изготавливать с применением ленточного оборудования, использующего ленту из препрега на основе непрерывного волокна. При таком способе очертание пресс-формы необходимо математически модулировать. Компьютер определяет естественный путь, направленный перпендикулярно к поверхности пресс-формы, проходящей через контуры, это путь, по которому лента стремится следовать при укладке без сморщивания. Это решение не обеспечивает получения оптимальной конфигурации ленты и ведет к тому, что ограничение ориентации волокон вызывает ограничение гибкости конструкции.

Указанные недостатки вызывают необходимость создания такой ленты, которую можно контролировать при укладке в фасонную пресс-форму и которая не ограничивается естественным путем, т.е. лента должна изготавливаться управляемой и не допускающей сморщивания.

Известен способ укладки на поверхность по отклоняющейся траектории длинномерной ленты из синтетической смолы на основе органического полимера с волоконным упрочнением, включающий подачу ленты от источника к поверхности в заданном направлении, ее нагрев и прижатие с вытяжкой волокон ленты при приложении к ней усилия натяжения между источником и точкой прижима для удержания волокон в натянутом состоянии по ширине ленты.

Известный способ не обеспечивает точкой укладки ленты на формообразующую поверхность без ее складкообразования.

Для решения указанных задач в способе укладки на поверхность по отклоняющейся траектории длинномерной ленты из синтетической смолы на основе органического полимера с волоконным упрочнением, включающем подачу ленты от источника к поверхности в заданном направлении, ее нагрев и прижатие с вытяжкой волокон ленты при приложении к ней усилия натяжения между источником и точкой прижима для удержания волокон в натянутом состоянии по ширине ленты, используют ленту с волоконным упрочнением в виде ориентированных по длине штапельных волокон, полученных разрывом при натяжении и имеющих длину 2,5-7,5 см. Волокна выполнены из угля или представляют собой арамидные волокна, или выполнены из стекла. В качестве смолы используют термоотверждающий полимер или смолу на основе полиамидного полимера, или термопластичную смолу.

На фиг. 1 показана лентоукладочная головка; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 схема, показывающая желательное распределение напряжений по ширине ленты во время ее укладки; на фиг. 4 нежелательное распределение напряжений.

Лентоукладочная головка включает раму 1, на которой установлен рулон 2 с лентой 3 из упрочненной волокном смолы. Рулон 2 посажен на вращающуюся ось 4, снабженную магнитной муфтой (не показана). На раме 1 смонтированы нож 5, нагреватель 6, нажимная ножка 7 и ведомый приемный валик 8 для подложки-ленты. Нажимная ножка 7 может иметь форму башмака, как показано на чертеже, или вращающегося ролика. Раму 1 монтируют с возможностью ее перемещения относительно рабочей поверхности 9. Головку можно перемещать вручную или посредством манипулятора, прикрепляемого к раме (не показан).

При перемещении рамы 1 лента 3 из синтетической смолы на основе органического полимера, усиленная волокном, разматывается с рулона 2 на оси 4, преодолевая требуемую степень силы натяжения, прилагаемой с помощью магнитной муфты, включенной в ось 4. На фиг. 2 устройство для приложения обратной силы натяжения представлено в виде противовеса 10 на ленточном тормозе. Лента 3 под натяжением проходит через зону ножа 5, нагревателя 6 и под нажимной ножкой 7, которая давит на продвигающуюся ленту 3, поднимая ее к верху рабочей поверхности 9, которая может представлять собой поверхность частично созданной композитной конструкции. Если укладываемая лента 3 является первым слоем конструкции, ленту поджимают к рабочей поверхности 9, покрытой ранее смолой, обычно применяемой для изготовления ленты.

При эксплуатации устройства на ось 4 сажают рулон 2 ленты 3 и по мере разматывания ленты она следует по пути, проходящему через зону ножа 5 (для отрезания ленты в конце ряда) и поступает в систему нагрева горячим воздухом нагревателя 6, где к ленте 3 и к рабочей поверхности 9 непосредственно перед точкой расположения нажимной ножки 7 прилагают тепло. Ленту поджимают к рабочей поверхности 9, используя нажимную ножку 7, при этом с ленты приемным валиком 8 снимают бумажную подложку.

Предпочтительно, чтобы волокнистый наполнитель представлял собой непрерывное волокно, преобразуемое в короткие волокна, ориентированные все в одном направлении путем разрывной вытяжки (упорядоченное штапельное волокно). Разорванный вытяжкой жгут имеет волокна, которые в высокой степени выравнены, что придает такому жгуту преимущество перед жгутом непрерывных волокон, заключающееся в том, что его можно вытягивать. Множество таких жгутов направляют в установку для пропитки, где усиливающие волокна соединяют с синтетическим органическим полимером.

Ленту затем разрезают на полосы точной ширины и наматывают на стержень. Используют предпочтительно углеродное, арамидное или стеклянное волокно, а пригодными смолами являются термопластичные смолы, например, полиэфир или полиамиды, и термоотверждающие смолы, например, фенолвиниловый эфир и эпоксидная смола. Также пригодны и смолы на основе полиимидного полимера.

Для осуществления способа выкладки управляемой ленты, не допуская ее сморщивания, важно ленту натягивать, что позволяет поддерживать ленту в состоянии натяжения и оттягивать ленту при повороте головки. Необходимо нагреть ленту непосредственно перед ее укладкой. Это позволяет уменьшить вязкость смолы и, следовательно, нагрузку, необходимую для оттягивания ленты. При укладке ленту необходимо поджимать к рабочей поверхности, чтобы удерживать ее от смещения (затем она удерживается на месте липкостью смолы).

Все эти условия важны для обеспечения натяжения всех волокон в процессе укладки ленты (фиг. 3). Если натяжение будет недостаточным или лента будет слишком холодной, то некоторые из волокон могут претерпеть сжатие при укладке (фиг. 4), а это приводит к сморщиванию ленты, что нежелательно.

П р и м е р 1. Ленты изготавливали из упорядоченных штапельных углеродных волокон и эпоксидной смолы и упорядоченного штапельного арамидного волокна и эпоксидной смолы. Ленты испытывали при проведении радиусных испытаний. При радиусном испытании ленту укладывали, непрерывно уменьшая радиус до тех пор, пока внутренний край ленты не начинал сморщиваться. Условия и результаты радиусных испытаний для различных лент представлены в нижеследующих табл. 1 и 2.

П р и м е р 2. Проводили испытание ленты из упорядоченного штапельного углеродного волокна (полиамида avamid ok фирма "E.J.d и Pontole nemoursand Co".) на укладку ее в пресс-форму. Ленту укладывали в пресс-форму с углублением и сравнивали, как материал принимает очертания пресс-формы и до какой степени происходит смещение ленты после укладки. Пресс-форма имела квадратные карманы, образующие подкладочные зоны. Ленту из упорядоченного штапельного углеродного волокна (полиамида) укладывали в угол кармана, и она не поднималась от поверхности пресс-формы. Это объясняется тем, что волокна могут вытягиваться и растягиваться относительно друг друга, образуя необходимую дополнительную выступающую зону. Это дает преимущества по сравнению с лентой, упрочненной непрерывными волокнами, которую невозможно уложить в углах карманов без того, чтобы лента не поднялась над поверхностью пресс-формы.

Формула изобретения

1. СПОСОБ УКЛАДКИ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПО ОТКЛОНЯЮЩЕЙСЯ ТРАЕКТОРИИ ДЛИННОМЕРНОЙ ЛЕНТЫ из синтетической смолы на основе органического полимера с волоконным упрочнением, включающий подачу ленты от источника к поверхности в заданном направлении, ее нагрев и прижатие с вытяжкой волокон ленты при приложении к ней усилия натяжения между источником и точкой прижима для удержания волокон в натянутом состоянии по ширине ленты, отличающийся тем, что используют ленту с волоконным упрочнением в виде ориентированных по длине штапельных волокон, полученных разрывом при натяжении и имеющих длину 2,5 - 7,5 см.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна выполнены из угля.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что волокна представляют собой арамидные волокна.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна выполнены из стекла.

5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве смолы используют термоотверждающий полимер.

6. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве смолы используют смолу на основе полиамидного полимера.

7. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве смолы используют термопластичную смолу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5