УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ

Полезная модель относится к способам и устройствам для проведения лабораторных работ и самостоятельной проектной деятельности студентов среднеспециальных и высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Производство изделий из композиционных материалов».
Известен комплекс универсальный учебный по сопротивлению материалов (патент RU 38988 U1, G09B 23/06, опубл. 10.07.2004). В комплексе универсальном учебном по сопротивлению материалов, включающем основание и измеритель, согласно полезной модели основание выполнено в виде лабораторного стола, содержащего комплект испытуемых образцов, а измеритель - в виде тензометрического блока измерения усилий и дополнительного блока измерения статической деформации, каждый из которых подключен к источнику питания и к разъему испытуемого образца.
Известен учебно-лабораторный комплекс для проведения практических занятий по биотехнологии (патент RU 76492 U1, G09B 23/24, G09B 23/28, G09B 23/36, опубл. 20.09.2008, бюл. № 26). Данный учебно-лабораторный комплекс содержит биореактор, блок управления биореактором, блок водоподготовки, блок газоподготовки, парогенератор, УФ-облучатель, аппарат для приготовления питательных сред, блок управления аппаратом для приготовления питательных сред.
Известен учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике (патент RU 91774 U1, G09B 7/00, 27.02.2010, бюл. № 6). Учебно-методический лабораторный комплекс по микропроцессорной технике содержит, по меньшей мере, три объекта изучения, блок системы управления и контроля, блок периферийных устройств, а также системную шину, которой связаны все объекты изучения и блоки.
Известен учебно-тренировочный комплекс (патент RU 2524491 С1, G09B 9/00, опубл. 27.07.2014, бюл. № 21). Учебно-тренировочный комплекс содержит цифровое вычислительное устройство, пульт ввода исходных данных, устройство документирования, устройство ввода-вывода. Заявленный комплекс также содержит устройство коммутации и связи, репрограммируемое постоянное запоминающее устройство, источник вторичного питания, устройство управления каналами связи, первый и второй имитаторы репрограммируемого постоянного запоминающего устройства, устройство контроля цепей.
Известен учебно-лабораторный комплекс (патент RU 140456 U1, G09B 23/18, опубл. 10.05.2014, бюл. № 13). Данный учебно-лабораторный комплекс выполнен по модульной схеме из двух или более корпусов, крепящихся друг к другу легкоразъемными механическими соединениями, обеспечивающими, в том числе, электрическое соединение сопрягаемых корпусов, причем один из корпусов является самостоятельным устройством - лабораторным источником питания, в состав которого дополнительно входят два нерегулируемых источника постоянного напряжения, оснащенных световой индикацией наличия аварийного режима работы, остальные корпуса представляют собой самостоятельные модули с согласованным набором элементов исследуемых электрических и электронных схем, а также измерительных устройств, причем каждый из корпусов оснащен встроенной убираемой в корпус ручкой для транспортировки.
Известен способ изготовления изделий из волокнистого полимерного композиционного материала поверхностным инфузионным процессом и устройство для осуществления способа (патент RU 2480334 C1, В29С 70/44, 27.04.2013, бюл. № 12).
Группа изобретений относится к технологии изготовления изделий из полимерного композиционного материала на основе непрерывных органических или неорганических волокон и термореактивной матрицы поверхностным инфузионным процессом.
Способ реализуется на устройстве, включающем первую камеру, которая ограничена относительно окружающего пространства оснасткой и фильтрующим слоем, закрепленным на оснастке с помощью герметизирующих жгутов, рабочую камеру и вторую камеру, которая ограничена от окружающего пространства барьерным слоем и герметичной пленкой вакуумного мешка, вакуумный канал, распределительную сетку, соединяющую между собой первую и вторую камеры, расходную емкость с каналом подачи связующего к барьерному слою и реверсивный канал.
Данное устройство реализует возможность изготовления волокнистых композитов только способом инфузии.
Проблема в области разработки устройства для изготовления волокнистых композитов заключается в разработке устройства, сочетающего несколько способов изготовления волокнистых композитов и позволяющего наглядно освоить процессы изготовления волокнистых композитов способами вакуумной инфузии, RTM-формования и контактного формования.
Известен способ изготовления волокнистых композитов вакуумной инфузией и устройство для осуществления способа (патент RU 2480335 С1, В29С 70/44, опубл. 27.04.2013, бюл. № 12).
Указанная группа изобретений относится к технологии изготовления упрочненных волокном деталей из сухих заготовок на основе композитного материала способом вакуумной инфузии. В этом способе преформу с распределительной тканью размещают в рабочей полости. Далее создают разрежение в вакуумном канале для обеспечения поступления смолы к волокнистой преформе с последующей фронтальной инжекцией смолы в преформу и пропиткой преформы смолой. После этого производят отверждение пропитанной смолой преформы с образованием волокнистого композита.
Данный способ реализуется на устройстве, которое содержит рабочую полость, которая ограничена относительно окружающего пространства первой полупроницаемой мембраной и второй полупроницаемой мембраной. Рабочая полость подсоединена посредством вакуумного канала к первому источнику вакуумирования и связана посредством канала подачи смолы с расходной емкостью со смолой. Устройство содержит вторую полость, которая ограничена относительно окружающего пространства второй полупроницаемой мембраной, закрепленной на оснастке с помощью герметичных уплотнителей, и непроницаемой для газа и смолы мембраной, закрепленной на оснастке с помощью герметичных уплотнителей. Вторая полость содержит дренажный материал второй полости и связана посредством вакуумного канала со вторым источником вакуумирования.
Данное устройство принято за прототип.
Недостатком прототипа является низкая эффективность обучения изготовлению волокнистых композитов в связи с реализацией только одного способа изготовления волокнистых композитов.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эффективности обучения изготовлению волокнистых композитов за счет возможности наглядно освоить процесс изготовления волокнистых композитов несколькими способами.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для изготовления волокнистых композитов, содержащем блок вакуумной инфузии, новым является то, что оно дополнительно содержит блоки раскроя, температурного воздействия, RTM-формования, контактного формования и контроля и обработки, причем входы блоков вакуумной инфузии, RTM-формования и контактного формования соединены с выходом блока раскроя, а их выходы - со входом блока температурного воздействия, выход которого соединен со входом блока контроля и обработки, причем последовательно соединенные блоки раскроя, вакуумной инфузии, температурного воздействия и контроля и обработки образуют линию формования деталей вакуумной инфузией, последовательно соединенные блоки раскроя, RTM-формования, температурного воздействия и контроля и обработки образуют линию RTM-формования, а последовательно соединенные блоки раскроя, контактного формования, температурного воздействия и контроля и обработки образуют линию контактного формования, при этом входом каждой линии устройства для изготовления волокнистых композитов способами вакуумной инфузии, RTM-формования и контактного формования является блок раскроя, а выходом каждой линии устройства - выход блока контроля и обработки.
Сущность полезной модели показана на общей схеме устройства фиг.1.
Здесь 1 - блок раскроя; 2 - блок вакуумной инфузии; 3 - блок RTM-формования; 4 - блок контактного формования; 5 - блок температурного воздействия; 6 - блок контроля и обработки.
На фиг. 1 показана общая схема заявляемого устройства для изготовления волокнистых композитов несколькими способами, объединяющего линии изготовления волокнистых композитов вакуумной инфузией, RTM-формованием и контактным формованием. Линия изготовления волокнистых композитов вакуумной инфузией состоит из блока раскроя 1, включающего стол с защитным покрытием, комплект шаблонов для раскроя и соединенного с блоком вакуумной инфузии 2, включающим стол с защитным покрытием, комплект фторопластовых шпателей, прикаточных роликов и шаблонов, формообразующую оснастку, разделительный состав, очистительный состав, герметизирующий жгут жертвенную ткань, вакуумные шланги и комплектующие вакуумной установки, который соединен с блоком температурного воздействия 5, оборудованным лабораторной печью и инфракрасными лампами, соединенным с блоком контроля и обработки 6, включающим стол для контроля с защитным покрытием, многофункциональный электрический обрабатывающий инструмент, обрабатывающий набор для многофункционального инструмента, мерительный инструмент и комплект шаблонов. Линия изготовления волокнистых композитов RTM-формованием (Composite Airframe Structures. Practical Design Information and Data, Michael C.Y. Niu, Hong King Conmilit Press Ltd., 2005, 664 p., c. 252) состоит из блока раскроя 1, включающего стол с защитным покрытием, комплект шаблонов для раскроя и соединенного с блоком RTM-формования 3, включающим стол с защитным покрытием, комплект фторопластовых шпателей, прикаточных роликов и шаблонов, разделительный состав, очистительный состав, вакуумные шланги, формообразующую оснастку, установку, реализующую пропитку под давлением; блок RTM-формования соединен с блоком температурного воздействия 5, оборудованным лабораторной печью и инфракрасными лампами и соединенным с блоком контроля и обработки 6, включающим стол для контроля с защитным покрытием, многофункциональный электрический обрабатывающий инструмент, обрабатывающий набор для многофункционального инструмента, мерительный инструмент и комплект шаблонов. Линия изготовления волокнистых композитов контактным формованием (Халиулин В.И., Шапаев И.И. Технология производства композитных конструкций, учебное пособие с грифом УМО АРК, Казань: Изд-во КГТУ-КАИ, 2004, 234 с, с. 81) состоит из блока раскроя 1, включающего стол с защитным покрытием, комплект шаблонов для раскроя и соединенного с блоком контактного формования 4, включающим стол с защитным покрытием, оснастку для выкладки, комплект кисточек, шпатель и пленку (полиэтиленовую или лавсановую); блок контактного формования 4 соединен с блоком температурного воздействия 5, оборудованным лабораторной печью и инфракрасными лампами и соединенным с блоком контроля и обработки 6, включающим стол для контроля с защитным покрытием, многофункциональный электрический обрабатывающий инструмент, обрабатывающий набор для многофункционального инструмента, мерительный инструмент и комплект шаблонов.
При работе на заявляемом устройстве могут быть одновременно освоены три способа изготовления волокнистых композитов. В блоке 1 раскраивается по шаблонам сухой армирующий материал на слои, которые поступают в блоки вакуумной инфузии 2, RTM-формования 3 и контактного формования 4, где на оснастку, подготовленную при помощи очистительного и разделительного составов, выкладываются раскроенные слои сухого армирующего материала, и выполняется пропитка связующим способом, предусмотренным каждым из блоков 2, 3 и 4, затем оснастка с преформой, пропитанной связующим, выдерживается в печи блока температурного воздействия 5 в течение времени и при температуре, заданных спецификацией на связующее; по прошествии указанного времени готовый волокнистый композит поступает в блок контроля и обработки 6, где контролируется его размер и при необходимости выполняется механическая обработка.
Способ вакуумной инфузии реализуется при помощи линии вакуумной инфузии, где в блоке раскроя 1 раскраивается по шаблонам сухой армирующий материал на слои, которые поступают в блок вакуумной инфузии 2, где на оснастку, подготовленную при помощи очистительного и разделительного составов, выкладываются раскроенные слои сухого армирующего материала, создавая таким образом преформу, близкую по форме к конечному изделию, оснастка с уложенной на нее преформой помещается в вакуумный мешок, к которому через шланги подключается вакуумная установка, и выполняется пропитка преформы связующим способом вакуумной инфузии, затем оснастка с преформой, пропитанной связующим, выдерживается в печи блока температурного воздействия 5 в течение времени и при температуре, заданных спецификацией на связующее; по прошествии указанного времени готовый волокнистый композит поступает в блок контроля и обработки 6, где контролируется его размер и при необходимости выполняется механическая обработка.
Способ RTM-формования реализуется при помощи линии RTM-формования, где в блоке раскроя 1 сухой армирующий материал раскраивается по шаблонам на слои, которые поступают в блок RTM-формования 3, где выкладываются на оснастку, подготовленную при помощи очистительного и разделительного составов, создавая преформу, близкую по форме к конечному изделию, затем оснастка подключается к установке для пропитки, и осуществляется пропитка преформы связующим под давлением, затем оснастка с преформой, пропитанной связующим, выдерживается в печи блока температурного воздействия 5 в течение времени и при температуре, заданных спецификацией на связующее; по прошествии указанного времени готовый волокнистый композит поступает в блок контроля и обработки 6, где контролируется его размер и при необходимости выполняется механическая обработка.
Способ контактного формования реализуется при помощи линии контактного формования, где в блоке раскроя 1 сухой армирующий материал раскраивается по шаблонам на слои, которые поступают в блок контактного формования 4, где выкладываются на оснастку, подготовленную при помощи очистительного и разделительного составов, и при помощи кисточек и шпателя реализуется пропитка сухого армирующего материала связующим. Затем оснастка с уложенным на нее и пропитанным армирующим материалом помещается в вакуумный мешок и выдерживается в печи блока температурного воздействия 5 в течение времени и при температуре, заданных спецификацией на связующее; по прошествии указанного времени готовый волокнистый композит поступает в блок контроля и обработки 6, где контролируется его размер и при необходимости выполняется механическая обработка.