УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ СВЯЗУЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА В ДВИЖУЩЕЙСЯ ЛЕНТЕ ИЗ ЖГУТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ, УГЛЕРОДНЫХ И СТЕКЛЯННЫХ ВОЛОКОН

Изобретение относится к определению физических свойств материалов неразрушающим методом и может быть использовано для непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон.
Для получения высокопрочных оболочек из композиционных материалов важным является обеспечение заданного соотношения армирующих волокон и полимерного связующего вещества. Регулировать их количественное соотношение возможно только на стадии пропитки армирующего наполнителя с учетом обеспечения заданного натяжения ленты из жгутов при прохождении формирующего тракта и нанесении на вращаемую оправку в зависимости от режимов намотки, вязкости и температурного состояния полимерного связующего вещества, а также в зависимости от режимов термоотверждения.
Известно устройство для непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в ленте из жгутов углеродных волокон, содержащее излучающий и приемный пьезоэлементы (Патент RU №1749824, МПК5 G01N 29/00, 1992).
Известен способ непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов углеродных волокон, включающий устройство для измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов между излучающим и приемным пьезоэлементами и определение по полученным данным процентного содержаний связующего в ленте (А.с. SU №442904, МПК4 G01N 29/10, 1988).
В известном уровне техники линейная плотность волокнистой ленты, процентное содержание связующего в ней может быть определено только в пределах ее толщины. При прохождении длинного пути формирования лента имеет свойства, отличающиеся от измеренных.
5
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство и способ для непрерывного ультразвукового контроля процентного содержания связующего в движущейся ленте из жгутов углеродных волокон, содержащее устройство, в котором за счет изменения конструкции устройства и способа посредством установки приемного пьезоэлемента на фиксированном расточении от излучающего и измерения скорости распространения ультразвуковых колебаний в ленте из жгутов в ее продольном направлении для определения процентного содержания связующего с учетом известных свойств непропитанной ленты и свойств связующего (Патент RU №2208228 МПК C2 G01N 29/18, 2000).
Однако данное устройство не позволяет повысить точность измерения процентного содержания связующего вещества в ленте из жгутов углеродных волокон, т.к. скорость распространения ультразвуковых колебаний измеряется только в пропитанной связующим веществом ленте из жгутов, а скорости распространения ультразвуковых колебаний в непропитанной связующим веществом ленте из жгутов и скорость распространения ультразвуковых колебаний в связующем веществе определяются расчетным путем, исходя из их физических свойств (модуля упругости, модуля всестороннего сжатия, удельных плотностей непропитанной нити и связующего).
Целью настоящего изобретения является повышение надежности и точности определения процентного содержания связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон.
Настоящая задача решается следующим образом. Для измерения скорости ультразвуковых колебаний (УЗК) в движущейся ленте из жгутов используются три измерительных узла, расположенных в лентопроводном тракте. Узел для определения скорости УЗК в ленте из жгутов без содержания связующего вещества устанавливается перед узлом пропитки ленты из жгутов, а узел для определения скорости УЗК в ленте из жгутов, пропитанной связующим веществом после узла пропитки. Узел для определения скорости УЗК в связующем веществе устанавливается непосредственно в узле пропитки. Все измерения скорости УЗК проводятся при рабочей температуре процесса пропитки ленты из жгутов связующим веществом.
Процентное содержание связующего вещества в движущейся ленте из жгутов органических, углеродных и стеклянных волокон рассчитывается персональным компьютером по формуле специальной программой
,
где: Y - процентное содержание связующего вещества в ленте из жгутов;
C - скорость УЗК в пропитанной связующим веществом ленте из жгутов;
1
C - скорость УЗК в ленте из жгутов;
2
C - скорость УЗК в связующем веществе.
Отличительными особенностями устройства являются признаки:
- измерения скорости УЗК в движущейся ленте из жгутов проводятся тремя узлами, расположенными в лентопротяжном тракте, первый - перед узлом пропитки, второй - после узла пропитки и третий - в узле пропитки;
- определение процентного содержания связующего вещества по приведенной формуле с учетом измеренных данных УЗК в движущейся ленте из жгутов без связующего вещества, со связующим веществом и в связующем веществе.
Указанные отличительные особенности устройства являются существенными признаками, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен соответственно на решение поставленной задачи и достижения нового технического решения.
Указанные отличительные существенные признаки устройства являются новыми, так как их использование в известном уровне техники не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенные технические решения соответствующими критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат в повышении точности определения процентного содержания связующего вещества в ленте из жгутов, что характеризует предложенные технические решения существенным отличием от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новые технические решения являются результатом научно-исследовательской работы и экспериментальных исследований без использования стандартов или рекомендаций в данной области техники, получены творческим путем, соответствуют критерию «изобретательский уровень».
Устройство работает следующим образом.
2
Измеряется скорость УЗК в связующем веществе (C) при рабочей температуре процесса пропитки связующим веществом и данные заносятся в персональный компьютер (ПК). Измерение скоростей УЗК в ленте из жгутов в ее продольном направлении до и после узла пропитки связующим веществом проводится узлами определения скорости УЗК, аналогичными устройству, описанному в аналоге, данные измеренных скоростей УЗК передаются в ПК, где производится расчет процентного содержания связующего в ленте из жгутов по ранее приведенной формуле специальной программой. Полученные данные процентного содержания связующего вещества позволяют оценивать и регулировать количество его нанесения на ленту с повышенной точностью, что позволяет повысить качество изготовляемых изделий.
Устройство органично встраивается в лентопроводный тракт намоточного станка, не вызывая дополнительных перегибов ленты. Диапазон измерения процентного содержания связующего в ленте от 20 до 60%. Период измерения составляет 10 мс и отвечает требованиям системы управления технологическими параметрами при максимальной скорости движения ленты в нитепроводном тракте станка 0,4 м/с. Погрешность измерения содержания связующего не превышает 2,5%.
Устройство предназначено как для работы в составе системы управления технологическими параметрами процесса непрерывной автоматической намотки «мокрым» способом, так и для использования в качестве самостоятельного измерительного устройства.
Разработанное устройство контроля позволяет реализовать автоматические системы управления соотношением «наполнитель-связующее».