Узел непрерывного натяжения и пропитки ровинга связующим посредством трубчатого барабана-распределителя

Данная полезная модель (ПМ) относится к области машиностроения, к оборудованию для изготовления длинномерных композитных изделий и конструкций, таких как арматура, профиль, применяемых в строительстве, позволяющая на этапе отжима задавать определенную геометрию и физико-механические свойства продукции.
Известно устройство «Устройство для регулировки процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов армирующих волокон» [Патент Российской Федерации №(19) RU (11) 2646010(13) С1 (51) МПК В05С 3/10 (2006.01)], содержащее пропиточное устройство с барабаном, частично погруженным в связующее вещество, пропиточную ванну с нагревательным элементом, устройство для непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов, отличающееся тем, что барабан имеет сплошную цилиндрическую форму, отсутствует система подогрева нитей и формообразующая фильера.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками ПМ, являются: наличие ванны, подающие ролики и барабан переноса связующего.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: отсутствие трубчатого барабана-распределителя, не позволяющего произвести более глубокую пропитку волокна и отсутствие формообразующей фильеры.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Устройство для пропитки непрерывного волокна связующим» [Патент Российской Федерации №(19)RU(11)148 895(13)U1(51) МПК В29В 15/12 (2006.01)] содержащее ванну со связующим, крышку, направляющий ролик для подвода непрерывного волокна, расправляющий ролик, направляющий ролик для отвода непрерывного волокна и фильеру, смонтированную в сквозном отверстии в боковой стенке ванны, при этом крышка выполнена с вертикальным сквозным отверстием для прохождения непрерывного волокна и расположена над ванной с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения, направляющий ролик для подвода непрерывного волокна установлен на крышке у указанного сквозного отверстия, расправляющий ролик выполнен бочкообразным и горизонтально установлен под крышкой, а направляющий ролик для отвода непрерывного волокна установлен под крышкой над расправляющим роликом.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками ПМ, являются: ванна со связующим и отверстием, направляющий ролик, непрерывное волокно, фильеры.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: наличие плоского бочкообразного ролика, который препятствует полной и равномерной пропитке ровинга, отсутствие подогреваемой ванны, датчиков контроля уровня и температуры связующего, отсутствие заливной горловины - отверстия (а значит, для заливки связующего необходимо останавливать процесс и заливать связующее, когда оно закончилось), отсутствие привода пропиточного барабана. После пропитки ровинг поднимается в воздушную среду из связующего, за счет чего появляются воздушные пузыри и ухудшается структура изделия, также отсутствие греющей рубашки не дает возможности стабилизировать динамическую вязкость.
Задачи, на решение которой направлена ПМ, состояли в создании устройства для равномерной полной пропитки связующим длинномерного волокна с последующим отжимом и формообразованием в сменных фильерах, повышения скорости производства, повышения качества продукции и снижении себестоимости конечного продукта. ПМ предназначена для использования в составе конвейерных линий и позволяет стабилизировать и автоматизировать процесс выпуска продукции с заданными свойствами и характеристиками. За счет своей конструкции уменьшается ломкость нити и, как следствие, количество брака. За счет нагрева и наличия трубчатого барабана повышается стабильность пропитки. Реализованный процесс отжима в среде связующего без доступа воздуха позволяет увеличить физико-механические свойства, не допускает перерасход связующего, а следовательно, снижает себестоимость продукции. За счет возможности регулировать скорость вращения барабана появляется возможность регулировать натяжение и увеличивать скорость протяжки волокна, не увеличивая натяжение нитей.
Технический результат достигается тем, что узел непрерывного натяжения и пропитки ровинга связующим посредством трубчатого барабана-распределителя содержит направляющий ролик, щелевидное отверстие, заливное отверстие, утепленную крышку, ванну с тепловой рубашкой, связующее, трубчатый барабан, отверстие для фильеры, сменные фильеры, электропривод трубчатого барабана, датчик уровня связующего, датчик температуры связующего.
ПМ позволяет: снизить расходы на производственный процесс за счет исключения промежуточного этапа отжима, так как в предлагаемом решении объединен процесс отжима и формования изделия; получать точное соотношение связующего по отношению к ровингу посредством трубчатого барабана и формообразующей отжимной фильеры, а тем самым повысить и стабилизовать физико-механические свойства; за счет применения трубчатого барабана с приводом определенной геометрии поверхности, вращающегося в противоположную движению ровинга сторону, получить максимально полную пропитку ровинга в отличие от плоских барабанов, движение которых осуществляется за счет контакта с движущимся ровингом, на которых пропитка происходит с одной стороны, так как вторая сторона нити плотно прилегает к плоской поверхности барабана, которая и препятствует доступу связующего к нитям ровинга; использовать в конструкции сменные формообразующие фильеры, находящиеся ниже уровня связующего в ванне для исключения доступа воздуха тем самым не допустить образование пор в структуре материала во время процесса полимеризации; использовать барабан трубчатой формы с приводом, вращающимся в противоположную движению ровинга сторону, а также с возможностью изменять скорость вращения барабана, что позволяет осуществлять импульсное воздействие на пряди ровинга, создавая эффект вдавливания связующего в ровинг и, удаляя остатки пустот с воздухом; совмещать процесс пропитки и импульсного воздействия трубчатым барабаном, что позволяет удалить воздушные полости из связующего, тем самым гомогенизировать структуру композитной заготовки перед полимеризацией в печи и повысить физико-механические свойства; получить возможность снижения скорости вращения барабана приводом, что обеспечит равномерное натяжение нитей в изделии и повысит физико-механические свойства; получить возможность контролировать и управлять общим натяжением нитей за счет изменения скорости вращения барабана; уменьшить количество направляющих роликов и, как следствие, снизить травмирование монофиламента, уменьшив контакт и изгибания нитей ровинга о любые направляющие; за счет применения подогрева и удержания стабильной температуры связующего при помощи жидкостной рубашки ПМ позволяет снизить и стабилизировать динамическую вязкость связующего, что позволяет получить устойчивый процесс полной пропитки и необходимое количество связующего в изделии.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом (фиг.), где
1) нити ровинга,
2) направляющий ролик,
3) щелевидное отверстие подачи нитей ровинга,
4) заливная горловина - отверстие,
5) утепленная схемная крышка,
6) ванна с подогреваемой рубашкой,
7) связующее,
8) трубчатый барабан,
9) отверстие для сменных фильер,
10) сменные фильеры,
11) электропривод трубчатого барабана,
12) датчик уровня связующего,
13) датчик температуры связующего.
Непрерывные волокна 1) в необходимом количестве для образования изделия снимаются со шпулярников с бобинами ровинга и подаются к устройству пропитки волокон связующим, огибая направляющий ролик 2), расположенный на утепленной крышке 5) пропиточной ванны 6). Через вертикальное щелевидное отверстие для подачи волокон 3), находящееся на утепленной крышке 5), нити ровинга попадают в ванну со связующим 7), огибая трубчатый барабан 8), приводимый в движение в противоположном от направления движения ровинга приводом 11), пропитываются связующим 7), затем пропускаются через отверстие 9) и отжимаются, попадая в формообразующую фильеру 10). Подогретый теплоноситель подается в рубашку обогрева ванны 6), датчик температуры 13) контролирует поддержание заданной температуры в пропиточной ванне 6). Датчик уровня 12) контролирует и сигнализирует о необходимости добавления связующего 7) через заливное отверстие 4).
Нити ровинга снимаются со шпулярников в необходимом количестве и заправляются через направляющий ролик 2), далее продеваются в щелевидное отверстие 3) в утепленной крышке 5), после чего огибают трубчатый барабан 8) и выходят через отверстие 9) в фильеру 10). После укладки ровинга 1) согласно описанной последовательности утепленная крышка 5) устанавливается на подогреваемую ванну 6), а через заливное отверстие 4) подается связующее 7) до уровня по датчику 12) и поддерживается уровень в процессе работы, далее связующее прогревается и поддерживается при необходимой температуре посредством датчика 13). Обогрев пропиточной ванны 6) осуществляется посредством циркулирующего теплоносителя. В процессе работы револьверный барабан 8) приводится в движение противоположном движению нитей ровинга приводом 11), тем самым расправляя и придавая равномерную натяжку, вдавливает импульсным воздействием связующе 7) в объем нитей ровинга 1). После трубчатого барабана 8) нити ровинга собираются в пучок и пропускаются через отверстие 9) в сменную формообразующую фильеру 10), не поднимаясь над уровнем связующего 7), где отжимается излишек связующего и придается предварительная форма, излишек связующего остается в ванной, так как отжим происходит в среде связующего, не поднимаясь над его уровнем. Отсутствие контакта с воздухом обеспечивает отсутствие пузырей воздуха в связующем, что напрямую позитивно влияет на состав и структуру конечного продукта. Размер и форма фильеры определяется в зависимости от размеров и формы выпускаемого изделия (круг, квадрат, различные иные профили).
Даная ПМ позволяет осуществлять переработку и изготовление изделия с применением базальтовых, стеклянных, арамидных, углеродных, кремнеземных и прочих видов волокон и нитей. В зависимости от требуемых характеристик возможно использование эпоксидных, полиэфирных, винилэфирных, фенолформальдегидных смол и их растворов. Скорость производства непосредственно зависит от скорости и качества пропитки нитей ровинга. В свою очередь, использование трубчатого барабана, вращающегося в противоположном движению ровинга направлении и имеющего возможность изменения скорости вращения, увеличивает скорость и глубину пропитки, а следовательно, и скорость производства. Для использования разного вида волокон и связующего на основе разных смол определяются скорости протяжки волокон и скорость вращения трубчатого барабана - подбираются соответствующие режимы работы.
Предлагаемая ПМ для пропитки непрерывного волокна связующим дает возможность осуществлять управляемую и стабильную пропитку волокна, а также повысить скорость производства и увеличить физико-механические свойства.