УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ ДВИЖУЩЕГОСЯ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА СВЯЗУЮЩИМ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR SOAKING MOVING FIBRE MATERIAL BY BINDING SUBSTANCE (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам для получения препрегов из волокнистых наполнителей и может быть использовано в судо-, авиа-, машиностроении для изготовления композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей и связующих различной вязкости и быстрореагирующих связующих.
Известно устройство для пропитки длинномерных волокнистых материалов, включающее ванну со связующим и отжимные ролики (Батаев А.А., Батаев Е.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. Учебное пособие. - М.: Университетская книга; Логос, с.280-281).
Недостатком этого устройства является невозможность осуществления пропитки волокнистого материала связующим большой вязкости. Кроме того, активное движение и унос связующего происходит только в том месте стержня и валика, расположенного внутри ванны, по которому движется пропитываемый волокнистый материал. Большая часть связующего в ванне остается без движения и при малом содержании в нем растворителя желируется по краям и стенкам ванны. Это приводит к неравномерности и ухудшению качества пропитки, а также неудобствам в проведении процесса пропитки.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для пропитки движущегося волокнистого материала, содержащее резервуары для хранения пропиточных растворов, соединенные посредством патрубков с емкостью, имеющей приводной смеситель и выполненный со щелью для подачи растворов на материал, при этом смеситель выполнен в виде горизонтального диска с вертикальными отверстиями, на наружной стороне дна емкости выполнена выемка для направления материала, щель для подачи раствора выполнена в выемке кольцевой формы, а диск размещен в щели с возможностью его свободного вращения и с зазором относительно плоскости перемещения материала, причем выходные отверстия патрубков для подачи растворов расположены над верхним торцом диска наклонно к его оси (Авт. св. СССР №1384637, кл. D06В 1/02, 1986).
Недостатком этого устройства является невозможность осуществления качественной равномерной пропитки движущегося волокнистого материала различной ширины вязкими растворами связующего, так как щель для подачи раствора связующего выполнена в форме кольца. В этом случае при перемещении волокнистого материала его края будут пропитываться гораздо сильнее, чем центральная часть. Кроме того, вязкое связующее, попадающее на волокнистый материал непосредственно из отверстий диска, плохо расходится по волокнистому материалу, и поэтому возникает вероятность появления непропитанных зон на волокнистом материале. Вращение диска приводит к перераспределению связующего по ширине движущегося волокнистого материала, так как половина отверстий вращающегося диска сопровождает движущийся волокнистый материал, а другая половина - движется навстречу ему, что обуславливает неравномерность пропитки по ширине волокнистого материала. Данное устройство позволяет пропитывать волокнистый материал строго определенной ширины, что ограничивает возможность использования устройства.
Задачей изобретения является обеспечение возможности качественной пропитки движущегося волокнистого материала различной ширины связующими различной вязкости и быстрореагирующими связующими.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для пропитки движущегося волокнистого материала связующим, включающем емкость, выполненную со щелью для подачи связующего на волокнистый материал, и патрубок для подачи связующего в емкость, согласно предлагаемому изобретению, в емкости вдоль щели для подачи связующего на волокнистый материал выполнено сообщающееся с ней сквозное отверстие для патрубка, имеющее диаметр, больший диаметра патрубка, патрубок имеет продольное щелевое отверстие и вставлен в сквозное отверстие емкости таким образом, что его продольное щелевое отверстие расположено диаметрально противоположно расположению щели емкости для подачи связующего на волокнистый материал, длина продольного щелевого отверстия патрубка равна длине щели емкости для подачи связующего на волокнистый материал, по торцам продольного щелевого отверстия патрубка установлены плотно примыкающие к стенкам сквозного отверстия запорные сальники, один конец патрубка снабжен штуцером для подачи в него связующего, а другой - закрыт заглушкой или также снабжен штуцером для подачи в него связующего, причем корпус патрубка и внутренняя поверхность сквозного отверстия для него образуют ограниченные запорными сальниками два канала для прохождения по ним связующего.
В устройстве для пропитки движущегося волокнистого материала связующим на корпусе емкости могут быть уставлены нагревательные элементы.
Выполнение конструкции устройства по первому варианту, в котором вдоль щели емкости имеется сообщающееся с ней сквозное отверстие для патрубка, имеющее диаметр больший, чем диаметр патрубка, и расположение патрубка в нем таким образом, что продольное щелевое отверстие патрубка расположено диаметрально противоположно щели емкости для подачи связующего на волокнистый материал, обеспечивают образование между корпусом патрубка и внутренней поверхностью сквозного отверстия для него ограниченных запорными сальниками патрубка двух каналов для прохождения по ним связующего от продольного щелевого отверстия патрубка к щели для нанесения связующего на волокнистый материал. Плотное примыкание установленных по торцам продольного щелевого отверстия патрубка запорных сальников к стенкам сквозного отверстия обеспечивает центрирование патрубка в сквозном отверстии для него и препятствует утечке связующего из каналов, образованных корпусом патрубка и внутренней поверхностью сквозного отверстия для него, ограниченных запорными сальниками патрубка. Наличие на патрубке для подачи связующего в емкость штуцера и заглушки, а также продольного щелевого отверстия, длина которого равна длине щели емкости, способствует предварительному распределению связующего, выходящего через продольное щелевое отверстие патрубка, по всей длине каналов, образованных корпусом патрубка, внутренней поверхностью сквозного отверстия для патрубка и ограниченных запорными сальниками патрубка, плотно прилегающими к стенкам сквозного отверстия для патрубка. Выполнение отверстия для патрубка сквозным позволяет использовать патрубок с двумя штуцерами для подачи связующего в патрубок с двух сторон, что способствует лучшему выравниванию давления и скорости связующего при выходе из продольного щелевого отверстия патрубка в каналы, образованные корпусом патрубка и внутренней поверхностью сквозного отверстия для него, ограниченные запорными сальниками патрубка. Каналы обеспечивают дальнейшее перераспределение давления и выравнивания скорости движущегося через них связующего по всей длине щели для подачи связующего на движущийся волокнистый материал. Наличие на корпусе емкости нагревательных элементов обеспечивает возможность кратковременного нагрева связующего, проходящего по каналам, для уменьшения его вязкости и улучшения качества пропитки движущегося волокнистого материала непосредственно во время нанесения на него связующего. Равенство длин продольного щелевого отверстия патрубка и щели для нанесения связующего на движущийся волокнистый материал, соответствующих выбранной ширине волокнистого материала, исключает образование «застойных» зон связующего вблизи запорных сальников, находящихся по их торцам, что обеспечивает возможность пропитки движущегося волокнистого материала выбранной ширины не только связующими различной вязкости, но и быстрореагирующими связующими.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для пропитки движущегося волокнистого материала связующим, включающем емкость, выполненную со щелью для подачи связующего на волокнистый материал, и патрубок для подачи связующего в емкость, согласно предлагаемому изобретению, емкость содержит две щели одинаковой ширины для подачи связующего на волокнистый материал, расположенные со смещением, или не менее трех щелей одинаковой ширины для подачи связующего на волокнистый материал, расположенных в шахматном порядке, все щели сообщаются со сквозным отверстием для патрубка, выполненным в емкости вдоль щелей для подачи связующего на волокнистый материал, и имеющим диаметр, больший диаметра патрубков, количество которых равно количеству щелей емкости, каждый патрубок имеет продольное щелевое отверстие, по торцам которого установлены плотно примыкающие к стенкам сквозного отверстия емкости запорные сальники, каждый патрубок выполнен с возможностью замены его другим патрубком, отличающимся длиной продольного щелевого отверстия, патрубок вставлен в сквозное отверстие емкости, расположен таким образом, что его продольное щелевое отверстие находится диаметрально противоположно расположению щелей емкости для подачи связующего на волокнистый материал, длина продольного щелевого отверстия каждого патрубка соответствует ширине пропитываемого с его помощью волокнистого материала и общей длине щелей для подачи связующего на этот волокнистый материал, используемых для пропитки в совокупности с выбранным патрубком, внутри сквозного отверстия для патрубка по торцам щелей емкости имеются посадочные места для запорных сальников, перекрывающих щели емкости по торцам на 1-2 мм, один конец каждого патрубка снабжен штуцером для подачи в него связующего, а другой - закрыт заглушкой или также имеет штуцер для подачи в него связующего, причем корпус каждого патрубка и внутренняя поверхность сквозного отверстия для него образуют ограниченные запорными сальниками два канала для прохождения по ним связующего.
В устройстве для пропитки движущегося волокнистого материала связующим на корпусе емкости могут быть установлены нагревательные элементы.
Выполнение конструкции устройства по второму варианту, в котором вдоль щелей емкости имеется сообщающееся с ними сквозное отверстие для патрубка, имеющее диаметр больший, чем диаметр патрубков, и расположение патрубка в нем таким образом, что продольное щелевое отверстие патрубка расположено диаметрально противоположно щелям емкости для подачи связующего на волокнистый материал, обеспечивают образование между корпусом патрубка и внутренней поверхностью сквозного отверстия для него ограниченных запорными сальниками патрубка двух каналов для прохождения по ним связующего от продольного щелевого отверстия патрубка к щелям для нанесения связующего на волокнистый материал. Плотное примыкание установленных по торцам продольного щелевого отверстия каждого патрубка запорных сальников к стенкам сквозного отверстия емкости обеспечивает центрирование патрубка в сквозном отверстии для него и препятствует утечке связующего из каналов, образованных корпусом патрубка и внутренней поверхностью сквозного отверстия для него, ограниченных запорными сальниками патрубка. Наличие на патрубке для подачи связующего в емкость штуцера и заглушки, а также продольного щелевого отверстия, длина которого равна длине щели емкости, способствует предварительному распределению связующего, выходящего через продольное щелевое отверстие патрубка, по всей длине каналов, образованных корпусом патрубка, внутренней поверхностью сквозного отверстия для патрубка и ограниченных запорными сальниками патрубка, плотно примыкающими к стенкам сквозного отверстия для патрубка. Выполнение отверстия для патрубка сквозным позволяет использовать патрубок с двумя штуцерами для подачи связующего в него с двух сторон, что способствует лучшему выравниванию давления и скорости связующего при выходе из продольного щелевого отверстия патрубка в каналы, образованные корпусом патрубка и внутренней поверхностью сквозного отверстия для него, ограниченные запорными сальниками патрубка. Каналы обеспечивают дальнейшее перераспределение давления и выравнивание скорости движущегося через них связующего по всей длине щелей для подачи связующего на движущийся волокнистый материал. Наличие на корпусе емкости нагревательных элементов обеспечивает возможность кратковременного нагрева связующего, проходящего по каналам для уменьшения его вязкости и улучшения качества пропитки движущегося волокнистого материала непосредственно во время нанесения на него связующего. Расположение щелей для подачи связующего на волокнистый материал со смещением или в шахматном порядке в совокупности с наличием по их торцам внутри сквозного отверстия для патрубка посадочных мест для запорных сальников, перекрывающих щели емкости по торцам на 1-2 мм, устраняют возможность утечки связующего из каналов, образованных корпусом патрубка, внутренней поверхностью сквозного отверстия для патрубка и ограниченных запорными сальниками в свободные от процесса пропитки щели емкости и участки сквозного отверстия для патрубка. Соответствие длины продольного щелевого отверстия каждого патрубка ширине пропитываемого с его помощью волокнистого материала и общей длине щелей для подачи связующего на этот волокнистый материал, используемых для пропитки в совокупности с выбранным патрубком, исключает образование «застойных» зон в устройстве. Выполнение каждого патрубка с возможностью замены его в сквозном отверстии емкости другим патрубком, отличающимся длиной продольного щелевого отверстия, а также равенство количества патрубков количеству щелей емкости позволяет посредством замены патрубков в сквозном отверстии емкости пропитывать волокнистые материалы различной ширины: максимальной шириной, равной длине всех щелей емкости, и минимальной - равной длине одной щели.
Таким образом, вышеназванные отличительные признаки в совокупности обеспечивают достижение заявленного технического результата.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для пропитки волокнистого материала с одной щелью для пропитки.
На фиг.2 изображен продольный разрез А-А фиг.1. Устройство для пропитки волокнистого материала с патрубком, имеющим заглушку и штуцер.
На фиг.3 изображен продольный разрез устройства для пропитки волокнистого материала с патрубком, имеющем два штуцера.
На фиг.4 изображен поперечный разрез Б-Б фиг.1.
На фиг.5 изображено устройство для пропитки волокнистого материала с одной щелью во время работы, вид сверху.
На фиг.6 представлен общий вид устройства для пропитки волокнистого материала с пятью щелями, расположенными в шахматном порядке, с патрубком, имеющим заглушку и штуцер и длину продольного щелевого отверстия, равную длине двух щелей емкости, вид сверху.
На фиг.7 изображен продольный фигурный разрез А-А фиг.6.
На фиг.8 изображен патрубок, имеющий заглушку и штуцер с продольным щелевым отверстием, длина которого соответствует длине одной щели емкости.
На фиг.9 изображен патрубок, имеющий заглушку и штуцер с продольным щелевым отверстием, длина которого соответствует длине трех щелей емкости.
На фиг.10 изображен патрубок, имеющий заглушку и штуцер с продольным щелевым отверстием, длина которого соответствует длине четырех щелей емкости.
На фиг.11 изображен патрубок, имеющий заглушку и штуцер с продольным щелевым отверстием, длина которого соответствует длине пяти щелей емкости.
На фиг.12 изображен продольный фигурный разрез устройства для пропитки волокнистого материала со щелями, расположенными в шахматном порядке, и патрубком, имеющим два штуцера.
На фиг.13 изображен поперечный разрез Б-Б фиг.6.
На фиг.14 изображен поперечный разрез В-В фиг.6.
На фиг.15 изображено устройство для пропитки волокнистого материала со щелями, выполненными в шахматном порядке во время работы, вид сверху.
На фиг.16 изображено устройство для пропитки волокнистого материала с двумя щелями, расположенными со смещением.
По первому варианту устройство для пропитки движущегося волокнистого материала связующим содержит емкость 1 (фиг.1) со щелью 2 для подачи связующего на волокнистый материал и расположенное вдоль щели 2 сквозное отверстие 3 (фиг.2), в которое вставлен патрубок 4 (фиг.2, фиг.3), имеющим продольное щелевое отверстие 5, длина которого равна длине щели 2 для подачи связующего на волокнистый материал. По торцам продольного щелевого отверстия 5 патрубка 4 установлены запорные сальники 6 (фиг.2, фиг.3), плотно примыкающие к стенкам сквозного отверстия 3 емкости 1 по торцам щели 2. Один конец патрубка 4 снабжен штуцером 7 для подачи в него связующего, а другой - закрыт заглушкой 8 (фиг.2), или имеет два штуцера 7 (фиг.3) для подачи связующего. Патрубок 4 вставлен в сквозное отверстие 3 емкости 1 таким образом, что его продольное щелевое отверстие 5 расположено диаметрально противоположно расположению щели емкости 1 (фиг.4). Корпус патрубка 4 и внутренняя поверхность сквозного отверстия 3 емкости 1 образует два канала 9 и 10 (фиг.4) для прохождения по ним связующего, ограниченных запорными сальниками 6, установленными по торцам продольного щелевого отверстия 5 патрубка 4, и плотно примыкающими к стенкам сквозного отверстия 3 емкости 1 по торцам щели 2. На корпусе емкости 1 может быть установлен нагревательный элемент 11.
Устройство для пропитки движущегося волокнистого материала связующим по первому варианту работает следующим образом. Через штуцер 7 (фиг.2), а при наличии двух штуцеров 7 (фиг.3), то через оба, с постоянной скоростью подают связующее в патрубок 4, вставленный в сквозное отверстие 3 емкости 1 (фиг.5). Поскольку сквозному проходу через него связующего препятствует заглушка 8 (фиг.2) или встречный поток связующего через противоположный штуцер 7 (фиг.3), связующее через продольное щелевое отверстие 5 патрубка 4 выдавливается в каналы 9 и 10 (фиг.4), образованные корпусом патрубка 4 и внутренней поверхностью сквозного отверстия 3 и ограниченные запорными сальниками 6. Во время движения связующего по каналам 9 и 10 происходит выравнивание давления и скорости потока связующего по всей длине щели 2 для подачи связующего на волокнистый материал 12, а при необходимости - подогрев связующего нагревательным элементом 11. Пройдя щель 2, связующее равномерно вдавливается в плотно прижатый к корпусу емкости 1 движущийся волокнистый материал 12 (фиг.5).
По второму варианту устройство для пропитки движущегося волокнистого материала содержит емкость 1 с двумя щелями одинаковой ширины 2 и 13 (фиг.16), расположенными со смещением, или несколькими щелями одинаковой ширины, например с пятью щелями 2, 13, 14, 15, 16 (фиг.6), расположенными в шахматном порядке. Щели 2, 13, 14, 15, 16 сообщаются со сквозным отверстием 3 (фиг.7) для патрубков 4 (фиг.8), 17 (фиг.7), 18 (фиг.9), 19 (фиг.10), 20 (фиг.11). Патрубок 4 имеет продольное щелевое отверстие, длина которого соответствует длине щели 2 емкости 1. Патрубок 17 имеет продольные щелевое отверстие 21, длина которого соответствует длине щелей 2 и 13 емкости 1. Патрубок 18 имеет продольное щелевое отверстие 22, длина которого соответствует длине щелей 2, 13, 14 емкости 1. Патрубок 19 имеет щелевое отверстие 23, длина которого соответствует длине щелей 2, 13, 14, 15 емкости 1. Патрубок 20 имеет щелевое отверстие 24, длина которого соответствует длине щелей 2, 13, 14, 15, 16 емкости 1. По торцам продольных щелевых отверстий 5, 21, 22, 23, 24 каждого патрубка 4, 17, 18, 19, 20 установлены запорные сальники 6, и каждый патрубок имеет два штуцера 7 (фиг.12) или один штуцер 7 и заглушку 8 (фиг.7, 8, 9, 10, 11). В сквозном отверстии 3 емкости 1 по торцам щелей 2, 13, 14, 15, 16 емкости 1 находятся посадочные места 25, 26, 27, 28, 29, 30 (фиг.7) для запорных сальников 6 патрубков 4, 17, 18, 19, 20. Корпус каждого патрубка 14, 17, 18, 19, 20 образует с внутренней поверхностью сквозного отверстия 3 емкости 1 два канала 9 и 10 (фиг.13, 14), длина которых ограничена запорными сальниками 6 и соответствует ширине пропитываемого волокнистого материала 12.
Устройство для пропитки движущегося волокнистого материала по второму варианту работает следующим образом. В сквозное отверстие 3 (фиг.7) емкости 1 устанавливают один из патрубков 4, 17, 18, 19 или 20 (фиг.7, 8, 9, 10, 11), длина продольного отверстия 5, 21, 22, 23 или 24 в котором соответствует ширине пропитываемого с его помощью волокнистого материала 12 таким образом, чтобы его продольное щелевое отверстие 5, 21, 22, 23 или 24 было направлено в сторону, противоположную щелям 2, 13, 14, 15, 16 емкости 1 (фиг.13, 14), например, патрубок 17 (фиг.7, 9, 16) с продольным щелевым отверстием 21. При этом запорные сальники 6 выбранного патрубка 4, 17, 18, 19 или 20 встают в предназначенные для них посадочные места 25, 26, 27, 28, 29 или 30 (фиг.7) сквозного отверстия 3 емкости 1, например в посадочные места 26 и 28 для патрубка 17 (фиг.7, 12), и в данном случае отсекают от участия в процессе пропитки щели 14, 15 и 16 и соответствующие им участки сквозного отверстия 3 емкости 1 за счет расположения щелей 2, 13, 14, 15 и 16 в шахматном порядке и перекрывания их торцов на 1-2 мм запорными сальниками 6. Пропускают волокнистый материал 12 над выбранными для его пропитки щелями 2 и 13 емкости 1, обеспечивая плотное прилегание к корпусу емкости 1. Через штуцер 7 (фиг.7), а при наличии двух штуцеров 7 (фиг.12), то через оба штуцера 7, с постоянной скоростью подают связующее в выбранный патрубок, например 17. Поскольку сквозному проходу связующего через него препятствует заглушка 8 (фиг.7) или встречный поток связующего через противоположный штуцер 7 (фиг.12), связующее через продольное щелевое отверстие, например 21, выдавливается в каналы 9 и 10 (фиг.13, 14), образованные корпусом патрубка 17 и внутренней поверхностью сквозного отверстия 3 емкости 1 и ограниченные запорными сальниками 6. Во время движения связующего по каналам 9 и 10 происходит перераспределение и выравнивание давления и скорости потока связующего по всей длине щелей 2 и 13 для подачи связующего на волокнистый материал 12, а при необходимости подогрев связующего нагревательным элементом 11. Пройдя щели 2 и 13 емкости 1, связующее равномерно вдавливается в движущийся по ним и плотно прижатый к корпусу емкости 1 волокнистый материал 12 (фиг.15). При этом каждая щель 2 и 13 оставляет на движущемся волокнистом материале 12 свою пропитанную полосу, совокупность которых обеспечивает целостную равномерную пропитку.