Способ изготовления толстостенных намоточных изделий
Союз Советских
Социалистических
Рестгубт1ик
Гвсуаарстаанньй квинтет
СССР
IIo делам нзебратений н еткрмтнй
Е. М. Варушкин, В. И. Колганов, И. А. Егоренков, Б. А. Мурашов и В. И. Смыслов (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВ,ЛЕНИЯ ТОЛСТОСТЕННЫХ
НАМОТОЧНЫХ ИЗДЕ,Л Ий
Изобретение относится к производству толстостенных намоточных изделий, работающих в условиях воздействия внутреннего или внешнего давления, переменных температур и т. д., из композиционных материалов. 5
Известен способ изготовления намоточных изделий, включающий намотку пропитанного полимерным связующим стекловолокнистого материала на оправку, отверждение и удаление оправки (1).
Недостатками этого способа является наличие в изделии больших остаточных напряжений, вызванное, в основном, неравномерным распределением связующего по толщине изделия за счет отжима связующего к наружным (менее сжатым) слоям, а также невозможность изготовления намоточных изделий большой толщины.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ изготовления толстостенных яамоточных изделий, включающий послойную намотку на оправку пропитанного полимерным связующим волокнистого материала с уплотнением и выдержкой каждого из слоев при повышенной температуре до частичного отверждения, окончательное отверждение изделия и удаление оправки (2).
Недостатками известного способа являются. относительно высокие остаточные напряжения в изделии, образование трещин, пониженная прочность композиционного материала на границах раздела последовательно сформованных и отвержденных слоев, неэффективность при изготовлении изделий большой толщины (R /Ê „ут ) Ф,5).
Целью изобретения является уменьшение технологических остаточных напряжений, устранение трещинообразования, повышение качества и прочности изделий.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления толстостенных намоточных изделий, включающему намотку на оправку пропитанного связующим волокнистого материала с уплотнением и выдержкой каждого из слоев при определенной температуре, отверждение отформованных слоев и удаление оправки, намотку волокнистого материала осуществляют с уплотнением каждого из слоев усилием
15 — 50 кг и выдержкой при 15 — 40 С до достижения трансверсальной жесткости
988574
3 слоя, равной 1,75 — 20,5 величины исходной жесткости материала на стадии намотки.
Пример 1. На установленную на станке оправку наматывают с натяжением один или несколько слоев стеклоленты, собранной из высокомодульных нитей марки ВМПС, пропитанных эпоксидным связующим
ЭДТ-1О. Число нитей в ленте 240, ширина ленты 46 мм при толщине около 0,3. мм.
Номинальное натяжение стеклоленты при намотке 30 кгс.
После окончания намотки фиксирующих витков закрепляют стеклоленту на торце оправки, и отформованные слои подвергают выдержке при 18 — 20 С в течение
30 †1 мин. Затем отформованные слои уплотняют путем намотки на них с натяжением 30 — 60 кгс одного или нескольких слоев стеклоленты, собранной из 240 не пропитанных связующим нитей марки ВМПС.
По завершении намотки фиксирующих витков эту стеклоленту также закрепляют на торце оправки и выдерживают контактирующие слои (уплотняемые и уплотняющие) в течение 30 — 180 мин при 18 — 20 С, после чего отматывают стеклоленту, образующую уплотняющие слои.
Уплотненные слои подвергают выдержке при !8 — 20 С в течение !Π— 12 ч до трансверсальной жесткости наружного слоя, равной 1,8 — 1,9 величины исходной (на стадии намотки) жесткости в поперечном направлении стеклоленты, пропитанной эпоксидным связующим ЭДТ-10.
Затем на полученный таким образом жесткий слой наматывают с натяжением 30 кгс один или несколько слоев стеклоленты, собранной из 240 нитей марки ВМПС, пропитанных эпоксидным связующим ЭДТ-10, с последующей выдержкой отформованных слоев при 18 — 20 С в течение 30 — 180 мин и уплотнением их контактом с намотанными слоями из не пропитанной связующим стеклоленты выдЕржкой, контактирующих слоев при
18 — 20 С в течение 30 — 180 мин, отмотом уплотняющих слоев и выдержкой уплотненных слоев при 18 — 20 С в течение 10 — 12 ч до трансверсальной жесткости наружного слоя, равной 1,8 — 1,9 величины исходной жесткости пропитанной связующим стеклоленты на стадии намотки. Далее поочередно повторяют изложенные выше операции . до полного набора требуемой толщины, равной 6 — 7 мм.
Отформированную таким образом заготовку изделия подвергают термообработке в режиме нагрев — выдержка при максимальной температуре 150 — 160 C в течение 16 — 24 ч — охлаждение для отверждения эпоксидного связующего. Нагрев и охлаждение проводят при скорости изменения температуры в камере 7 — 8 град/ч.
После охлаждения выдержки при нормальной температуре отверженное изделие снимают с оправки и подвергают механической обработке.
Примеры 2 — 5. Последовательность операций аналогична примеру 1.
Состав композиционного материала, режимы уплотнения, выдержки и отверждения приведены в таб. 1.
В табл. 2 приведены значения трансверсальной жесткости стеклопластика на трех марках связующих ЭДТ-10, ЭХД-МК и
ЭП-5122 в зависимости от температуры выдержки (при времени выдержки 72 ч).
Из табл. 2 видно, что трансверсальная жесткость стеклопластика на трех марках связующих при температурах ниже 15 С не достигает необходимого значения, т. е. яе менее 1,75 величины исходной жесткости на стадии намотки. Повышение температуры стеклопластика (связующего) выше 40 С приводит к снижению вязкости связующего, а, следовательно, и к снижению трансверсальной жесткости стеклопластика.
30 В табл. 3 приведена зависимость меж,слоевой прочности от трансверсальной жесткости органопластика на примере связующего ЭХД-МК.
Приведенные в табл. 3 экспериментальные данные доказывают, что использование именно указанных значений трансверсальной жесткости (не менее 1,75 величины исходной жесткости материала) обеспечивает реализацию цели предлагаемого технического решейия.
В табл. 4 приведены сравнительные данные свойств образцов, полученных согласно известному способу (прототипу) и предлагаемому способу.
Использование предлагаемого способа позволяет устранить трещинообразование, значительно снизить технологические остаточные напряжения и повысить прочность и качество толстостенных изделий.
988574
Ю м
LA
+I
Ю
С
CD м
О Ъ
+1
lD
ОЪ
LA
+1
С0 ъо
Ю м
О Ъ
+1
Ю
X с
Ф
Cf
03
l0 с
l0
CL
0I
3П1
3 о
3z х
Сl
Ф
П
З
Ф
X
Э
3С
Z
Ф
IX
Cl
Ф
Ф о о
Ю
СЧ !
LA
LA
СЧ
Ю
СЧ
lD
1:1
СЧ
LA
LA
СЧ
1 са
О \
С0
О \
IC
Ф а
03 м
LA
Ю
CD
LA
LA
Ю
Ю !
О \
СЧ
Ю
I
ОЪ м
СЧ
Ю .Р
LA
1
1 !
К 1
1
03
Z I
Iо
С 1 с
1
X 1
0I I
О 1
1
m
Ы л
Я
lC
СЪ
Э з ! о о
У
1) о
Il0
Cl
Ъ1
3I0 а
Э
Ю
СЧ
О\
CD м
Ю
СЧ
Ю м
LA
СЧ
О \
1 м а !
О
Z с
X о х
l0
z х Ф а m е х х л о
Э: о=
CX СЧ !
Ч
vY lA о с
0Ъ СЗЪ
l0
П1
СЪ
l0
Y л
l0
3X
Y о о
3О
П3 а
Со о о
X о.
Ф
1Х
IC Y
l0 Q.
Z 30
IC с Ф
Y Z
Ф 30 х и с
Э
Z с о с т. с
Q.
Ф
3S
Z о—
Z IФ
L 1 ам
Ю-»
I м
CO CO л
1 и Е
3- CO
K о
3Y
Iо
l0 с с о
l0
l а
1 о
l0 с с о с х
Э Y
I- X
О IЕ
3Е
m о.
lZ
З
3l0
У
Э
C л
1О
X а
ПЪ
Q.
I
10 !
1
1 0)
l0 1 K а. s
1 Ф W
I l0 !Ъ
z о 3с
3о! z
Ф 1 Э
1 O
3
l0
Э о Ф
Z X лко с э
Э У И
IX !C л 1- х
1
I
I
1
I
I
1
I
1 !
I
1
1
1
1
I
1 !
1
1 !
1
1
1 !
I
1
1
1
1
1 !
1
1
1
I
I
1
1
Y 3C
Сl 10
m a
Y о
Э Я о= х.
П(Э
X Ю Х
vо3- 2 саФ
ССЪ С Ъ Z
X х с
Cl Ф
l0 а
X Y о
03 X о = х-»=
Ц(10
xz x
VZ Iх о о с* сх m
СЗЪ СсЪ Z
Y а 30
m а
Y о
l0 X о=
Z :
Ct l0
S CD Y
О- Iх о
О1- X
ccXm сОЪ С Ъ Z
lC X.
l0
Z Q.
Z l0
3C X с х Фи
Ф 3-С
1- XZ
О Х Ф
1
1
I
1
I
1
1
1
1
I !
1
1 !
1
1 !
I
1 !
1
1 !
1
I
1
1
1
I
I
1
1
1
Ь
I
I
1
I
I
1
1
1
1
1
I
1
1
I
1
1
1
1
1
1
1
I
1 !
1
988574
Таблица 2
Температура, С Трансверсальная жесткость, отн.ед. на марках связующих
) ЭХД-МК
1,4
1,2
1,6
1,4
1,2
1,8
13,4
3,4
18
2,4
4,6
20,5
18,2
4,1
2,3
10 7
2,1
3,2
1,8
3,8
2,4
1,4
1,6
1 7
1,6
1,2
1,5
1,4
1,2
Табли ца 3
1,5 1,75 3,2 11,6 20,5
Трансверсальная жесткость 1,0
Иежслоевая прочность упри сдвиге), кг/мм
20 22 28 32 35
2,0
Таблица 4
Композиционный материал Способ
Примечания
1,4
2,4
Органопластик по примеру 3
2,0
Стеклопластик по примеру 5
П р и м е ч а н и е. Для стеклопластика по примеру 5 в знаменателе приве.дены значения прочности при отрыве.
Органопластик по приме- Прототип ру 2 Предлагаемый
Прототип
Предлагаемый
Прототип
Иежслоевая прочность при сдвиге, кгlмм2
3,0
3,0/2,3
4,0 /3,2
При изготовлении намоточных изделий с соотношением
R ap / внутр
Более 2,0
Известным способом наблюдаются расслоения и кольцевые трещины
9885?4
Формула изобретения
Составитель О. Серовская
Редактор О. Персиянцевн Техред И. Верес Корректор Л. Бокшан
Заказ 10574/19 Тираж 645 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о1 крытий
1 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Способ изготовления толстостенных намоточных изделий, включающий намотку на оправку пропитанного связующим волокнистого материала с уплотнением и выдержкой каждого из слоев при определенной температуре, отверждение отформованных слоев и удаление оправки, отличаюи1ийся тем, что, с целью уменьшения технологических остаточных напряжений, исключение трещинообразования, повышения качества и прочности изделий, намотку волокнистого материала осуществляют с уплотнением каждого из слоев усилием
15 — 50 кг и выдержкой при температуре
15 — 40 С до достижения трансверсальной жесткости слоя, равной 1,75 — 20,5 величины исходной жесткости материала на стадии намотки.
5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
l. Цыплаков О. Г. Основы формования стеклопластиковых оболочек. М., «Машиностроение», 1968.
2. Варушкин Е. М., Поляков В. И., Лапин Ю. А. Экспериментальное исследование влияния технологических параметров на остаточные напряжения в толстостенных намоточных изделиях. — «Механика полимеров», 1972, № 1, с. 75 — 80 (прототип).
