УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОПИТКИ ЛЕНТОЧНОГО МАТЕРИАЛА РАСПЛАВНЫМ СВЯЗУЮЩИМ

Полезная модель относится к области изготовления установок, которые используются для получения рулонных (ленточных) материалов, пропитанных вязкими составами, и может быть использовано в авиационной, автомобильной, судостроительной и других отраслях промышленности.
В качестве материала для пропитки могут использоваться тканые материалы, материалы из органических или неорганических нитей. В частности, при изготовлении препрегов полимерных композиционных материалов (ПКМ) ленточный материал для пропитки служит наполнителем ПКМ.
Известно устройство для нанесения покрытия на рулонный материал, в котором механизм нанесения состава выполнен в виде наносяще-калибрующего валка с раклей и приспособлением, регулирующим ее зазор относительно валка, который установлен на неподвижной оси с дисками внутри него. На дисках закреплены с внутренней поверхности валка инфракрасные излучатели. На неподвижной оси также смонтирован на рычагах ролик, поворотный от привода вокруг наносяще-калибрующего валка, изменяющий при повороте угол охвата валка материалом (патент РФ №2105615, опубл. 27.02.1998 г.). Известное устройство имеет ряд ограничений, не позволяющих использовать его для изготовления пленочных клеев и клеевых препрегов с использованием в качестве связующего термореактивных полимерных композиций. Наличие необогреваемого прижимного ролика при сквозной пропитке полотна приводит к фрагментному и неконтролируемому налипанию на ролик наполнителя слоя клея, его быстрому отверждению и изменению равномерности прижима полотна к наносяще-калибрующему валку.
Известно устройство для изготовления пленочных клеев и клеевых препрегов, включающее обогреваемый механизм нанесения расплава в виде наносяще-калибрующего валка с раклей, узлы нагрева и принудительного охлаждения ракли, блок стабилизации заданного интервала температур расплава связующего и температур поверхностей наносяще-калибрующего валка и ракли (патент РФ №2254172, опубл. 20.06.2005 г.). Устройство требует постоянной непосредственной подачи расплава в зону нанесения, при этом затруднительным является поддержание оптимальной температуры в значительном объеме наносимого состава на всем протяжении зоны его нанесения.
Известно устройство пропитки связующим, содержащее герметичный корпус, внизу которого расположен бункер для сбора излишков связующего, коллектор подачи рабочего газа, коллектор подачи связующего, клапан отвода из герметичного корпуса рабочего газа, подающий арматуру вал, принимающий пропитанную арматуру вал, направляющий вал, по крайней мере один распылитель, напыляющий на арматуру связующее, соединенный шлангом для подвода рабочего газа с коллектором подачи рабочего газа и шлангом для подвода связующего с коллектором подачи связующего, валы и эластичные губки для отжима излишков связующего (патент РФ №94507, опубл. 27.05.2010 г.). Недостатком данного устройства является невозможность распыления через коллектор вязкого связующего.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является установка для пропитки ленточного материала, включающая отпускной механизм ленточного материала, средство предварительного подогрева ленточного материала, средство подачи расплавленного связующего, средство пропитки, включающее верхнюю и нижнюю горизонтально расположенные обогреваемые пластины с волнообразными выступами и соответствующими им впадинами, механизм протяжки и отбора пропитанного связующим ленточного материала, при этом в качестве средства подачи расплавленного связующего используют экструдер, в качестве механизма протяжки используются приводные обрезиненные валы, а между средством пропитки и механизмом протяжки ленточного материала дополнительно установлен каландр с охлаждаемыми валами (патент РФ №100947, опубл. 10.01.2011 г.). Недостатком указанной установки является механическая сложность экструдера и опасность ранней полимеризации связующего из-за трения и повышенного давления в экструдере.
Техническая задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении эффективности установки для пропитки ленточного материала расплавным (расплавленным) связующим. Технический результат, достижение которого обеспечивает полезная модель, заключается в повышении равномерности нанесения и, следовательно, пропитки расплавным связующим ленточного материала, используемого, в частности, для изготовления ПКМ.
Дополнительным преимуществом полезной модели является стабильность и более высокое качество физико-механических свойств (механическая прочность, пористость) пластика, полученного с использованием предлагаемой установки за счет более равномерной пропитки наполнителя связующим.
Для достижения поставленного технического результата предложена установка для пропитки ленточного материала расплавным связующим, включающая отпускной механизм ленточного материала, средство предварительного прогрева ленточного материала, средство подачи расплавного связующего, средство пропитки ленточного материала, механизм протяжки пропитанного связующим ленточного материала, в которой средство подачи расплавного связующего выполнено в виде лотка, имеющего рабочую поверхность и боковые стенки, образующего угол наклона по отношению к плоскости расположения ленточного материала в диапазоне от 10° до 40°, при этом указанный лоток со стороны подачи связующего снабжен управляемой заслонкой, выполненной таким образом, что между указанной заслонкой и рабочей поверхностью лотка образован зазор, а со стороны выхода связующего указанный лоток снабжен по меньшей мере двумя подвижными ограничителями, закрепленными на боковых стенках указанного лотка. В установке величина зазора между управляемой заслонкой и рабочей поверхностью лотка при протекании через него связующего может составлять от 1 до 10 мм. Длина каждого из ограничителей лотка для подачи связующего может составлять не менее 20 процентов от ширины рабочей поверхности лотка. Со стороны подачи связующего, перед управляемой заслонкой, рабочая поверхность лотка установки может быть выполнена согнутой под тупым углом. Установка может дополнительно содержать по меньшей мере один нагревательный элемент для подогрева лотка. В установке нагревательный элемент для подогрева лотка может представлять собой электронагреватель, расположенный под рабочей поверхностью лотка, вдоль всей ее длины. В установке лоток может быть выполнен с возможностью его поворота в горизонтальной плоскости, а также вокруг своей оси.
Экспериментально установлено, что использование в установке при подаче связующего упомянутого лотка, имеющего рабочую поверхность (по которой протекает связующее) и боковые стенки (для предотвращения растекания потока связующего), образующего угол наклона по отношению к плоскости расположения ленточного материала в заявленном диапазоне, обеспечивает равномерное нанесение связующего на поверхность материала. Угол наклона лотка менее 10° не обеспечивает напора потока связующего, необходимого для пропитки всей площади материала. При угле наклона лотка более 40° скорость потока связующего является чересчур высокой, что, во-первых, приводит к неравномерному распределению связующего по площади ленточного материала, и, во-вторых, является экономически неэффективным, т.к. приводит к повышенному расходу связующего без достижения положительного эффекта. Наличие в лотке управляемой заслонки, обеспечивающей зазор между ней и рабочей поверхностью лотка, способствует накапливанию связующего перед указанным зазором (созданию резервуара), что, в свою очередь способствует прохождению через лоток тонкого непрерывного потока связующего при постоянном равномерном его стекании с лотка, что исключает преждевременную полимеризацию связующего в большом объеме. Подвижные ограничители способствуют получению равномерного потока связующего на выходе из лотка посредством изменения их положения в зависимости от необходимости ограничить в той или иной степени поток связующего, либо обеспечить ему беспрепятственное прохождение с соответствующей стороны лотка.
Величина зазора между управляемой заслонкой и рабочей поверхностью лотка для подачи связующего в размере от 1 до 10 мм предпочтительна, так как при такой величине зазора обеспечивается наиболее оптимальный напор потока связующего. Длина каждого из подвижных ограничителей в размере не менее 20 процентов от ширины рабочей поверхности лотка дополнительно позволяет регулировать распределение связующего ближе к центру рабочей поверхности лотка. Выполнение рабочей поверхности лотка для подачи связующего перед управляемой заслонкой согнутой под тупым углом позволяет получить при необходимости более объемный резервуар для накопления связующего. Подогрев лотка в установке для пропитки ленточного материала, преимущественно, при помощи сплошного электронагревателя, расположенного под рабочей поверхностью лотка, осуществляется с целью предотвращения неконтролируемого отверждения компонентов связующего, достижения его минимальной вязкости связующего при достаточной жизнеспособности, что способствует улучшению достигнутого технического результата. Поворот лотка в горизонтальной плоскости и вокруг своей оси обеспечивает дополнительные возможности по выравниванию потока связующего, попадающего на ленточный материал, в случае необходимости.
На фигуре 1 представлена схема установки для пропитки ленточного материала расплавным связующим, где 1 - отпускной механизм ленточного материала; 2 - средство предварительного прогрева ленточного материала; 3 - регулируемые стойки, на которых закреплено средство подачи расплавного связующего (лоток); 4 - средство подачи расплавного связующего; 5 - управляемая заслонка; 6 - механизм изменения зазора между валами средства пропитки; 7 - средство пропитки ленточного материала, выполненное в виде верхнего и нижнего валов; 8 -механизм протяжки пропитанного связующим ленточного материала; 9 - каркас установки.
На фигуре 2а представлена схема лотка для подачи связующего (вид сбоку), где 10 - узел поворота лотка; 11 - связующее в лотке; 12 - ручка управляемой заслонки; 5 - управляемая заслонка; 13 - зазор между лотком и верхним валом средства пропитки; 7 - средство пропитки; 14 - ленточный материал; 15 - крепление к каркасу установки.
На фигуре 2б представлена схема лотка для подачи связующего (вид сверху), где 9 - каркас установки; 16 - нагревательный элемент лотка; 17 - подвижные ограничители; 14 - ленточный материал; 7 - средство пропитки.
Предлагаемая установка для пропитки ленточного материала расплавным связующим работает следующим образом (фигура 1). Ленточный материал посредством отпускного механизма 1 подается на средство предварительного нагрева 2, после чего ленточный материал пропускается между валами средства пропитки 7. Связующее подается на верхний вал средства пропитки 7 при помощи лотка для подачи связующего 4, расположенного над средством пропитки и закрепленного на регулируемых стойках 3. Прошедший через средство пропитки 7 ленточный материал поступает на механизм протяжки 8. Преждевременное гелеобразование связующего на лотке исключается тем, что связующее находится на поверхности лотка в тонком слое и в постоянном движении.
Применение предлагаемой полезной модели обеспечивает расширение технологических возможностей при производстве пленочных клеев, расплавных и клеевых препрегов с различными видами термореактивных связующих, позволяет получить точно предсказуемые свойства конечных изделий, а также обеспечивает стабильность их свойств.
Примеры осуществления полезной модели
Пример №1
На предлагаемой установке производили изготовление двух препрегов (по 35 м) на основе стеклоткани Т-10-14 (ГОСТ 19170), с подачей расплавного связующего ВСО-200 через лоток и с подачей связующего без применения лотка. Угол наклона лотка составлял 10°, величина зазора между управляемой заслонкой и рабочей поверхностью лотка составляла 11 мм, лоток был снабжен двумя ограничителями длиной 150 мм каждый (ширина рабочей поверхности лотка - 700 мм).
Для оценки наноса связующего, с левой и правой стороны, а также из середины полотна полученных препрегов вырезались образцы, на которых определялась в процентах массовая доля связующего (нанос), путем взвешивания образцов и расчетов на основании данных из технических условий на материалы и результатов взвешивания.
Препрег, полученный с подачей связующего через лоток, имел более равномерный нанос связующего 48±2%, а препрег, изготовленный без использования лотка, - 42±2%.
Пример №2
На предлагаемой установке производили изготовление двух препрегов (по 32 м) на основе стеклоткани ТР-0,56 (ТУ 5952-046-00204961), с подачей расплавного связующего ЭДТ-69Н через обогреваемый лоток и с подачей связующего без применения лотка. Угол наклона лотка составлял 25°, величина зазора между управляемой заслонкой и рабочей поверхностью лотка - 6 мм, лоток был снабжен двумя ограничителями длиной 130 мм каждый (ширина рабочей поверхности лотка - 680 мм).
Препрег, полученный с подачей связующего через обогреваемый лоток, имел более равномерный нанос связующего 49±2%, а препрег, изготовленный без использования обогреваемого лотка, - 43±2%.
Пример №3
На предлагаемой установке производили изготовление двух препрегов (по 28 м) на основе стеклоткани ORTEX (импорт) с подачей расплавного связующего ВСО-200 через лоток и с подачей связующего без применения лотка. Угол наклона лотка составлял 40°, величина зазора между управляемой заслонкой и рабочей поверхностью лотка - 1 мм, лоток был снабжен двумя ограничителями длиной 165 мм каждый (ширина рабочей поверхности лотка - 670 мм).
Препрег, полученный с подачей связующего через лоток, имел более равномерный нанос связующего 52±2%, а препрег, изготовленный без использования лотка, - 43±2%.
Пример №4 (прототип)
Производили изготовление препрега (35 м) на основе стеклоткани ΤΙ 0-14 (ГОСТ 19170) с подачей расплавного связующего ВСО-200 при помощи экструдера. Препрег полученный с подачей связующего через экструдер имел нанос связующего - 42±2%.
Таким образом, препреги, изготовленные на расплавном связующем с применением предлагаемой установки, имеют более равномерный нанос связующего, что позволяет получать стеклопластик равномерной толщины при изготовлении конструкций из ПКМ и с более стабильными, улучшенными физико-механическими свойствами.