Транспортирующий цилиндр к аппаратам жидкостной обработки движущегося текстильного материала
Владельцы патента RU 2298601:
Азимок Григорий Григорьевич (BY)
Клинаев Виталий Михайлович (RU)
Якобук Анатолий Алексеевич (BY)
Чукаловский Павел Алексеевич (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к транспортирующим цилиндрам аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала, и может быть использовано при работе в агрессивных средах и при повышенной температуре в машинах производства химического волокна и пленок, в отделочных производствах текстильной промышленности, в бумажной промышленности и т.д. Изобретение позволяет при использовании достичь повышения срока службы транспортирующего цилиндра за счет снижения интенсивности изнашивания его рабочей поверхности, повышения ударной вязкости, высокой химической стойкости в рабочих растворах серной кислоты и ее солей. Транспортирующий цилиндр содержит выполненные из полимерного композиционного материала два слоя, внешний износостойкий слой и внутренний демпфирующий. В материале каждого слоя используют в качестве волокнистого наполнителя рубленое углеродное волокно с длиной рубленой нити от 2 до 10 мм, в качестве порошкового наполнителя - оксид кремния в форме маршалита или коллоидного кремнезема с размером частиц от 1 до 60 мкм, в качестве связующего - эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин, причем толщина внешнего износостойкого слоя цилиндра выбрана равной 0,1-0,26 толщины его внутреннего демпфирующего слоя, между слоями размещена сетка, выполненная из стекловолокна и аппретированная фенольной, крезольной или эпоксидной смолой, а каждый из слоев цилиндра выполнен с уменьшающимся по сечению содержанием порошкового наполнителя от поверхности цилиндра до сетки в износостойком слое и от сетки до внутренней поверхности цилиндра в его демпфирующем слое. Содержание порошкового наполнителя в каждом из слоев цилиндра уменьшается от поверхности цилиндра к его центру от 60-80 мас.% до 20-40 мас.%. 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к транспортирующим цилиндрам аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала, и может быть использовано при работе в агрессивных средах и при повышенной температуре, а именно в машинах производства химического волокна и пленок, в отделочных производствах текстильной промышленности, в бумажной промышленности и т.д.
Известен транспортирующий цилиндр аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала, содержащий выполненные из полимерного композиционного материала два слоя, внешний износостойкий слой и внутренний демпфирующий слой (см. авторское свидетельство СССС №777109, МПК D06В 23/02, 1980 г.).
Однако известный транспортирующий цилиндр аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала при своем использовании имеет следующие недостатки:
- в процессе эксплуатации наблюдается продольное расслоение материала цилиндра,
- рабочая поверхность цилиндра обладает недостаточной износостойкостью (5×10-5 мкм/км), что приводит к сокращению его срока службы и к последующей его замене,
- рабочая поверхность цилиндра обладает недостаточной стабильностью размеров по длине и диаметру в процессе эксплуатации,
- недостаточная ударная вязкость (20-24 кДж/м2),
- недостаточная химическая стойкость в рабочих растворах серной кислоты и ее солей.
Задача изобретения - создание транспортирующего цилиндра аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала.
Техническим результатом является возможность повышения срока службы транспортирующего цилиндра за счет снижения интенсивности изнашивания его рабочей поверхности, повышение ударной вязкости, повышение стабильности размеров цилиндра по длине и диаметру во время эксплуатации, высокая химическая стойкость в рабочих растворах серной кислоты и ее солей, а также одновременное повышение устойчивости к расслоению.
Технический результат достигается в предложенном транспортирующем цилиндре аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала, содержащим выполненные из полимерного композиционного материала два слоя, внешний износостойкий слой и внутренний демпфирующий, сочетанием компонентов использованного для изготовления слоев цилиндра полимерного композиционного материала, количественным соотношением входящих в него компонентов, а также соотношением толщин внешнего износостойкого и внутреннего демпфирующего слоев, введением между слоями выполненной из стекловолокна сетки и переменным содержанием порошкового наполнителя по толщине слоев.
Предложенный транспортирующий цилиндр аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала содержит выполненные из полимерного композиционного материала два слоя, внешний износостойкий слой и внутренний демпфирующий, при этом в полимерном композиционном материале каждого слоя используют в качестве волокнистого наполнителя рубленое углеродное волокно с длиной рубленой нити от 2 до 10 мм, в качестве порошкового наполнителя - оксид кремния в форме маршалита или коллоидного кремнезема с размером частиц от 1 до 60 мкм, в качестве связующего - эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин при следующем количественном содержании компонентов, мас. части:
| Углеродное волокно | 1,5-2,8 |
| Порошковый наполнитель | 38-70 |
| Отвердитель | 2,4-4,8 |
| Эпоксидная смола | Остальное до 100% |
причем толщина внешнего износостойкого слоя цилиндра выбрана равной 0,1-0,26 толщины его внутреннего демпфирующего слоя, между слоями размещена сетка, выполненная из стекловолокна и аппретированная фенольной, крезольной или эпоксидной смолой, а каждый из слоев цилиндра выполнен с уменьшающимся по сечению содержанием порошкового наполнителя от поверхности цилиндра до сетки в износостойком слое и от сетки до внутренней поверхности цилиндра в его демпфирующем слое, причем содержание порошкового наполнителя в каждом из слоев цилиндра уменьшается от поверхности цилиндра к его центру от 60-80 мас.% до 20-40 мас.%.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенный транспортирующий цилиндр аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала, отличительными являются:
- использование в полимерном композиционном материале каждого слоя в качестве волокнистого наполнителя рубленого углеродного волокна с длиной рубленой нити от 2 до 10 мм,
- использование в полимерном композиционном материале каждого слоя в качестве порошкового наполнителя оксида кремния в форме маршалита или коллоидного кремнезема с размером частиц от 1 до 60 мкм,
- использование в полимерном композиционном материале каждого слоя в качестве связующего эпоксидной смолы,
- использование в полимерном композиционном материале каждого слоя в качестве отвердителя полиэтиленполиамина,
- использование в полимерном композиционном материале каждого слоя следующего количественного содержания компонентов, мас. части:
| Углеродное волокно | 1,5-2,8 |
| Порошковый наполнитель | 38-70 |
| Отвердитель | 2,4-4,8 |
| Эпоксидная смола | Остальное до 100% |
- выбор толщины внешнего износостойкого слоя цилиндра равной 0,1-0,26 толщины его внутреннего демпфирующего слоя,
- размещение между слоями цилиндра сетки, выполненной из стекловолокна и аппретированной фенольной, крезольной или эпоксидной смолой,
- выполнение каждого из слоев цилиндра с уменьшающимся по сечению содержанием порошкового наполнителя от поверхности цилиндра до сетки в износостойком слое и от сетки до внутренней поверхности цилиндра в его демпфирующем слое, причем содержание порошкового наполнителя в каждом из слоев цилиндра уменьшается от поверхности цилиндра к его центру от 60-80 мас.% до 20-40 мас.%.
Экспериментальные исследования предложенного транспортирующего цилиндра аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала, а затем и натурные испытания штатного комплекта транспортирующих цилиндров показали их высокую эффективность. Было установлено, что на предложенном транспортирующем цилиндре достигнуто повышение его срока службы за счет снижения интенсивности изнашивания его рабочей поверхности и повышение ударной вязкости, повышена стабильность размеров цилиндра по длине и диаметру во время эксплуатации, достигнута высокая химическая стойкость в рабочих растворах серной кислоты и ее солей, а также повышение устойчивости к расслоению.
В таблице 1 представлены составы композиционных материалов, использованных для изготовления внешнего износостойкого слоя и внутреннего демпфирующего слоя предложенного транспортирующего цилиндра, а в таблице 2 показаны его штатные характеристики.
Технология изготовления предложенного транспортирующего цилиндра аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала не требует для своего изготовления использования специфического технологического оборудования и включает в себя пропитку углеродных волокон эпоксидной смолой, содержащей компоненты материала. При этом в процессе изготовления предложенного цилиндра при вращении полой оправки и нанесения на ее внутреннюю поверхность компонентов композиционных материалов наблюдается перераспределение порошкового наполнителя композиционного материала по его толщине, что объясняет эффект уменьшения содержания оксида кремния используемых форм в каждом из слоев цилиндра от поверхности к центру цилиндра.
На чертеже показан предложенный транспортирующий цилиндр аппаратов жидкостной обработки движущегося текстильного материала, который включает внешний износостойкий слой 1 и внутренний демпфирующий слой 2. В процессе своего использования транспортирующий цилиндр может быть оснащен двумя торцевыми стенками 3, к которым болтами 4 крепятся цапфы 5.
| Содержание компонентов композиционных материалов слоев, использованных для изготовления транспортирующего цилиндра (таблица 1) | |||||||||
| № изделия | Композиционный материал внешнего износостойкого слоя | Композиционный материал внутреннего демпфирующего слоя | Отношение толщины внешнего слоя к толщине внутреннего слоя | ||||||
| Углеродное волокно (рубленое) | Порошковый наполнитель SiO2 | ПЭА, м.ч. | ЭС, м.ч. | Углеродное волокно (рубленое) | Порошковый наполнитель SiO2 | ПЭА, м.ч. | ЭС, м.ч. | ||
| 1 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 60 мкм | 4,8 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,26 |
| 2 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,19 |
| 3 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,17 |
| 4 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,10 |
| 5 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 60 мкм | 4,8 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,11 |
| 6 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,23 |
| 7 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,26 |
| 8 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,12 |
| 9 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,22 |
| 10 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,18 |
| 11 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК 60 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,20 |
| 12 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,24 |
| 13 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,13 |
| 14 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,17 |
| 15 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК 60 мкм | 2,4 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,18 |
| 16 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,21 |
| 17 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК длина 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,10 |
| 18 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,22 |
| 19 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 60 мкм | 2,4 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,16 |
| 20 | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,16 |
| 21 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,18 |
| 22 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,25 |
| 23 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 60 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. МШ 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,10 |
| 24 | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,22 |
| 25 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. МШ 60 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,14 |
| 26 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,17 |
| 27 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 38 м.ч. КК 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,26 |
| 28 | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. КК 60 мкм | 4,8 | до 100% | 0,13 |
| 29 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. МШ 60 мкм | 4,8 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 0,26 |
| 30 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 38 м.ч. МШ 1 мкм | 4,8 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. КК 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,23 |
| 31 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 2,8 м.ч. длина 2 мм | 70 м.ч. МШ 60 мкм | 2,4 | до 100% | 0,19 |
| 32 | 2,8 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. МШ 1 мкм | 2,4 | до 100% | 1,5 м.ч. длина 10 мм | 70 м.ч. КК 1 мкм | 2,4 | до 100% | 0,22 |
| Сокращения: - м.ч. - массовые части, - МШ - маршалит, - КК - коллоидный кремнезем, - ПЭА - полиэтиленполиамин, - ЭС - эпоксидная смола |
| Штатные характеристики транспортирующего цилиндра (таблица 2) | |||||||||
| №изделия | Между слоями размещена сетка, аппретированная смолой | Уменьшение содержания SiO2 в каждом слое от поверхности к центру | Линейный износ рабочей поверхности цилиндра, мкм/км | Предел прочности при сжатии, МПа | Ударная вязкость, КДж/м2 | Устойчивость к расслоению | |||
| Внешний | Внутренний | ||||||||
| от | до | от | до | ||||||
| 1 | эпоксидной | 60% | 20% | 70% | 30% | 1×10-7 | 120 | 26 | расслоения нет |
| 2 | фенольной | 75% | 20% | 75% | 25% | 7×10-8 | 139 | 29 | расслоения нет |
| 3 | крезольной | 70% | 30% | 80% | 35% | 8×10-8 | 139 | 30 | расслоения нет |
| 4 | крезольной | 65% | 25% | 60% | 20% | 9×10-8 | 129 | 30 | расслоения нет |
| 5 | фенольной | 80% | 35% | 75% | 30% | 7×10-8 | 138 | 26 | расслоения нет |
| 6 | эпоксидной | 80% | 40% | 70% | 35% | 8×10-8 | 140 | 30 | расслоения нет |
| 7 | эпоксидной | 70% | 30% | 60% | 20% | 8×10-8 | 138 | 29 | расслоения нет |
| 8 | крезольной | 80% | 35% | 65% | 20% | 1×10-7 | 129 | 28 | расслоения нет |
| 9 | фенольной | 60% | 20% | 80% | 40% | 8×10-8 | 155 | 28 | расслоения нет |
| 10 | эпоксидной | 80% | 40% | 75% | 30% | 7×10-8 | 146 | 28 | расслоения нет |
| 11 | эпоксидной | 75% | 25% | 60% | 25% | 9×10-8 | 149 | 28 | расслоения нет |
| 12 | крезольной | 75% | 30% | 70% | 30% | 8×10-8 | 134 | 29 | расслоения нет |
| 13 | эпоксидной | 70% | 35% | 70% | 30% | 1×10-7 | 123 | 27 | расслоения нет |
| 14 | эпоксидной | 80% | 40% | 60% | 20% | 8×10-8 | 139 | 27 | расслоения нет |
| 15 | фенольной | 60% | 25% | 80% | 30% | 7×10-8 | 141 | 27 | расслоения нет |
| 16 | крезольной | 75% | 40% | 75% | 20% | 8×10-8 | 142 | 29 | расслоения нет |
| 17 | крезольной | 65% | 25% | 70% | 35% | 7×10-8 | 154 | 29 | расслоения нет |
| 18 | эпоксидной | 70% | 30% | 65% | 20% | 1×10-7 | 153 | 28 | расслоения нет |
| 19 | крезольной | 80% | 40% | 80% | 40% | 9×10-8 | 158 | 27 | расслоения нет |
| 20 | фенольной | 75% | 40% | 60% | 25% | 8×10-8 | 156 | 26 | расслоения нет |
| 21 | эпоксидной | 60% | 20% | 80% | 40% | 7×10-8 | 149 | 25 | расслоения нет |
| 22 | эпоксидной | 70% | 25% | 70% | 25% | 8×10-8 | 136 | 27 | расслоения нет |
| 23 | эпоксидной | 80% | 35% | 70% | 30% | 1×10-7 | 149 | 26 | расслоения нет |
| 24 | эпоксидной | 70% | 40% | 80% | 40% | 9×10-8 | 159 | 27 | расслоения нет |
| 25 | фенольной | 65% | 25% | 75% | 40% | 8×10-8 | 148 | 25 | расслоения нет |
| 26 | фенольной | 80% | 40% | 60% | 20% | 7×10-8 | 149 | 28 | расслоения нет |
| 27 | крезольной | 75% | 35% | 70% | 30% | 8×10-8 | 139 | 26 | расслоения нет |
| 28 | эпоксидной | 70% | 35% | 80% | 40% | 9×10-8 | 126 | 30 | расслоения нет |
| 29 | крезольной | 80% | 40% | 75% | 25% | 7×10-8 | 134 | 26 | расслоения нет |
| 30 | эпоксидной | 60% | 30% | 70% | 35% | 8×10-8 | 143 | 29 | расслоения нет |
| 31 | фенольной | 80% | 40% | 75% | 35% | 1×10-7 | 158 | 30 | расслоения нет |
| 32 | эпоксидной | 75% | 30% | 65% | 20% | 8×10-8 | 154 | 29 | расслоения нет |
Предложенный транспортирующий цилиндр имеет по сравнению с прототипом повышенный срок службы за счет низкой интенсивности изнашивания его рабочей поверхности, повышенную ударную вязкость, высокую стабильность размеров цилиндра по длине и диаметру во время эксплуатации, высокую химическую стойкость в рабочих растворах серной кислоты и ее солей, а также повышенную устойчивость к расслоению.
Транспортирующий цилиндр к аппаратам жидкостной обработки движущегося текстильного материала, включающий два слоя, внешний износостойкий слой и внутренний демпфирующий слой, выполненные из полимерного композиционного материала, содержащего полимерное связующее и наполнитель, отличающийся тем, что в полимерном композиционном материале каждого слоя используют в качестве волокнистого наполнителя рубленое углеродное волокно с длиной рубленой нити от 2 до 10 мм, в качестве порошкового наполнителя - оксид кремния в форме маршалита или коллоидного кремнезема с размером частиц от 1 до 60 мкм, в качестве связующего - эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - полиэтиленполиамин при следующем количественном содержании компонентов, мас. ч.:
| Углеродное волокно | 1,5-2,8 |
| Порошковый наполнитель | 38-70 |
| Отвердитель | 2,4-4,8 |
| Эпоксидная смола | Остальное до 100% |
при этом толщина внешнего износостойкого слоя цилиндра выбрана равной 0,1-0,26 толщины его внутреннего демпфирующего слоя, между слоями размещена сетка, выполненная из стекловолокна и аппретированная фенольной, крезольной или эпоксидной смолой, а каждый из слоев цилиндра выполнен с уменьшающимся по сечению содержанием порошкового наполнителя от поверхности цилиндра до сетки в износостойком слое и от сетки до внутренней поверхности цилиндра в его демпфирующем слое, причем содержание порошкового наполнителя в каждом из слоев цилиндра уменьшается от поверхности цилиндра к его центру от 60-80 до 20-40 мас.%.
