Способ сушки препрега и устройство для его осуществления (варианты)
METHOD OF DRYING PREPREG AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (VERSIONS)

Изобретение относится к технике непрерывной сушки длинномерных термочувствительных полуфабрикатов на основе пористых или волокнистых наполнителей, пропитанных растворами термически чувствительных и/или пожаро- и взрывоопасных веществ и их смесей, особенно в органических растворителях, способных в процессе сушки образовывать взрывоопасные смеси с воздухом, в частности, препрегов на основе термореактивных связующих.
Известен способ изготовления препрега (см. патент РФ №2321606, кл. МПК C08J 5/24, В32В 27/04, В32В 27/38, В32В 27/42, B01J 19/10, опубл. 10.04.2008 г.), включающий первую пропитку наполнителя, а затем сушку инфракрасным излучением при прохождении наполнителя со скоростью 0,45-1,5 м/мин при температуре, не превышающей температуру кипения растворителя полимерного связующего.
При сушке препрега инфракрасным (ИК) излучением низкая температура излучения с неизбежностью означает низкую удельную мощность сушилки и, следовательно, низкую производительность. При увеличении удельной мощности ИК-сушилки, из-за отсутствия термостабилизации и относительно малой собственной тепловой инерции сухого материала, возникает опасность локального перегрева препрега, что приведет к его необратимой порче. Принципиальная невозможность достичь высоких скоростей сушки при низких температурах (т.е. без риска перегрева) является фундаментальным свойством данного метода, следующим из закона излучения абсолютно черного тела.
2
Таким образом, аналог хоть и постулирует низкотемпературное поле ИК, в котором температура не превышает температуру кипения растворителей, буквальное следование этому принципу приводит к тому, что, например, максимально возможный теплоподвод в такой установке составит примерно 2-2,5 кВт/м при «температуре ИК-излучения» 110°С (температура кипения толуола), что примерно на порядок ниже необходимых из требований производительности значений. Повышение удельной мощности ИК излучения возможно только в случае повышения температуры излучателей и излучательной поверхности, что, в свою очередь, с неизбежностью приводит к риску перегрева препрега выше температуры кипения растворителей после удаления растворителей.
Также нагрев препрега лишь до температуры кипения растворителя недостаточен с точки зрения максимального снижения остаточного содержания летучих веществ.
Наиболее близким по существу и достигаемому техническому результату является известный способ и устройство для непрерывной сушки пленки на поверхности алюминиевой подложки (см. патент JP H0663487 A, кл. В05С 9/14, B05D 3/02, B41F/23/04, F26B 13/08, F26B 13/12, опубл. 08.03.1994 г.). Способ включает в себя нанесение покрытия на алюминиевую основу, предварительную подсушку сжатым воздухом, контактную сушку на поверхности нагретого барабана с изменением площади контакта алюминиевой ленты с поверхностью нагретого барабана и контроль температуры ленты на выходе из зоны сушки. Устройство непрерывной сушки снабжено механизмом регулировки угла обхвата поверхности нагретого барабана алюминиевой лентой для поддержания необходимой постоянной температуры алюминиевой ленты, которую контролирует бесконтактный датчик.
Несмотря на близость к заявляемому способу и устройству, известное устройство содержит ряд органических недостатков.
1. Способ не предполагает (и оказывается технически неосуществимым вследствие избранной авторами схемы) контроль температуры алюминиевой ленты в непосредственной близости от точки отрыва высушиваемой ленты от барабана (т.е. в контакте с поверхностью барабана), что имеет принципиальное значение, т.к. после отрыва от поверхности барабана и прекращения подвода теплоты лента быстро охлаждается до температуры окружающей среды или даже ниже (если имеется значительное количество остаточного растворителя или происходит контакт с охлажденными поверхностями). Особенно критично это проявляется для перегретого в процессе сушки материала: тонкий материал с небольшой теплоемкостью быстро выравнивает свою температуру с окружающей средой и, таким образом, факт перегрева материала оказывается скрыт от системы контроля.
2. Двухстороннее нанесение полимерного связующего на наполнитель в процессе сушки приводит к налипанию полимерного связующего к поверхности нагретого барабана.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных изобретений, относится то, что известные устройства имеют низкую удельную мощность, громоздки, дороги, сложны в эксплуатации (получение корректных воспроизводимых режимов на них затруднительно) и не позволяют достичь низких остаточных концентраций летучих веществ в высушиваемом материале без риска термической деградации последнего.
Сущность предлагаемого способа сушки препрега заключается в том, что температуру препрега поддерживают не выше температуры желатинизации полимерного связующего. Контроль температуры сушильного барабана осуществляют непосредственно внутри сушильного барабана и/или путем измерения температуры подаваемого теплоносителя. Производят сжигание выделяющихся паров летучих органических соединений непосредственно на поверхности препрега, причем область горения поддерживают исключительно над областью контакта препрега с сушильным барабаном. Удаление выделяемых паров осуществляют вентиляцией противотоком по отношению к движению высушенного препрега. Сушку препрега осуществляют в контролируемой среде инертных газов и/или паров растворителей, или при пониженном давлении или в вакууме. В процессе сушки проводят дополнительную термообработку на том же или последующем сушильном барабане. Удаление выделяемых паров осуществляют вентиляцией противотоком по отношению к набору сушильных камер. В процессе сушки осуществляют каландрование препрега сушильными барабанами или сушильным барабаном и дополнительным каландрующим валом. Изменение угла обхвата препрегом поверхности сушильных барабанов осуществляют путем взаимного перемещения сушильных барабанов относительно друг друга или перемещением направляющего барабана. Изменение угла контакта препрега с поверхностью барабана осуществляют путем смещения как минимум одного направляющего элемента вдоль поверхности сушильного барабана. Подаваемый в сушильную камеру воздух предварительно нагревают. Вентиляционный воздух дополнительно турбулизируют и/или перемешивают в сушильной камере.
Сущность предлагаемых устройств заключается в том, узел барабанной сушки выполнен в виде закрытой сушильной камеры с расположенным в ней как минимум одним сушильным барабаном, а датчики температуры установлены внутри барабана, и/или на выходе препрега с поверхности вращающегося сушильного барабана, и/или по наружной поверхности сушильного барабана. В закрытой сушильной камере над поверхностью барабана установлен инфракрасный излучатель, подключенный к контроллеру и датчику температуры, установленному на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. В закрытой сушильной камере над поверхностью нагреваемого теплоносителем сушильного барабана установлен инфракрасный излучатель, подключенный к контроллеру и датчику температуры, установленному на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. В закрытой сушильной камере над поверхностью сушильного барабана установлена газовая горелка, подключенная к контроллеру и датчику температуры, установленному на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. Закрытая сушильная камера выполнена круглой формы над поверхностью сушильного барабана, а подачу атмосферного воздуха в закрытую сушильную камеру осуществляют со стороны выхода препрега с поверхности сушильного барабана, а движение атмосферного воздуха организовано вдоль поверхности препрега.
В закрытой сушильной камере располагают как минимум два сушильных барабана, перемещающихся друг относительно друга таким образом, что угол обхвата сушильных барабанов препрегом изменяется. В закрытой сушильной камере располагают как минимум два сушильных барабана и один направляющий барабан перемещающийся между сушильными барабанами таким образом, что угол обхвата между препрегом и сушильными барабанами изменяется. Закрытая сушильная камера с сушильным барабаном оснащена двумя направляющими элементами, расположенными на поверхности барабана, причем направляющие элементы продвигают вдоль поверхности барабана и устанавливают требуемый угол обхвата сушильного барабана с препрегом, а температуру измеряют на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. Закрытая сушильная камера выполнена герметичной и оснащена уплотняющими устройствами на входе и выходе препрега из закрытой сушильной камеры, причем подача инертных газов в камеру осуществляют через патрубок, расположенный в верхней части закрытой сушильной камеры, а удаление газов - через патрубок в нижней части закрытой сушильной камеры. Закрытая сушильная камера оснащена вакуумным насосом и имеет уплотнения на входе и выходе препрега.
Закрытая сушильная камера имеет как минимум два отделения изолированных друг от друга перегородкой в которых располагают дополнительные сушильные барабаны, причем закрытая сушильная камера и отделения оснащены как минимум одной системой удаления выделенных паров. Закрытая сушильная камера имеет как минимум одно дополнительное отделение в котором располагают дополнительные сушильные барабаны, причем последняя камера оснащена патрубком подачи атмосферного воздуха, а первая камера - системой удаления выделенных паров и движение парогазовой среды организовано по принципу противотока. В закрытой сушильной камере располагают два сушильных барабана, причем верхний сушильный барабан передвигают в вертикальном направлении для установки требуемого зазора для каландрования препрега. Закрытая сушильная камера оснащена устройством нагрева подаваемого воздуха и системой перемешивания воздушно-газовой среды активного или пассивного действия.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат: упрощение конструкции, интенсификация процесса сушки, улучшение качества продукта, снижение энергопотребления, снижение массы и стоимости оборудования, расширение области применения.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что сушку препрега в сушильной камере с удалением выделяемых паров, нагрев препрега инфракрасным или другим излучением и/или прямым теплопереносом при соприкосновении с нагретой поверхностью как минимум одного сушильного барабана, контроль температуры препрега и/или сушильного барабана, регулировку подводимой к препрегу тепловой мощности.
Кроме того, температуру препрега поддерживают не выше температуры желатинизации полимерного связующего. Контроль температуры сушильного барабана осуществляют непосредственно внутри сушильного барабана и/или путем измерения температуры подаваемого теплоносителя. Производят сжигания выделяющихся паров летучих органических соединений непосредственно на поверхности препрега, причем область горения поддерживают исключительно над областью контакта препрега с сушильным барабаном. Удаление выделяемых паров осуществляют вентиляцией противотоком по отношению к движению высушенного препрега. Сушку препрега осуществляют в контролируемой среде инертных газов и/или паров растворителей, или при пониженном давлении или в вакууме. В процессе сушки проводят дополнительную термообработку на том же или последующем сушильном барабане. Удаление выделяемых паров осуществляют вентиляцией противотоком по отношению к набору сушильных камер. В процессе сушки осуществляют каландрование препрега сушильными барабанами или сушильным барабаном и дополнительным каландрующим валом. Изменение угла обхвата препрегом поверхности сушильных барабанов осуществляют путем взаимного перемещения сушильных барабанов относительно друг друга или перемещением направляющего барабана. Изменение угла контакта препрега с поверхностью барабана осуществляют путем смещения как минимум одного направляющего элемента вдоль поверхности сушильного барабана. Подаваемый в сушильную камеру воздух предварительно нагревают. Вентиляционный воздух дополнительно турбулизируют и/или перемешивают в сушильной камере.
Устройство для сушки препрега содержит как минимум один узел барабанной сушки, подключенный к системе обогрева и оснащенный системой удаления выделенных паров растворителя, контроллер как минимум с одним датчиком температуры, систему регулировки подводимой к препрегу тепловой мощности.
Кроме того, узел барабанной сушки выполнен в виде закрытой сушильной камеры с расположенным в ней как минимум одним сушильным барабаном, а датчики температуры установлены внутри барабана, и/или на выходе препрега с поверхности вращающегося сушильного барабана, и/или по наружной поверхности сушильного барабана. В закрытой сушильной камере над поверхностью барабана установлен инфракрасный излучатель, подключенный к контроллеру и датчику температуры, установленному на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. В закрытой сушильной камере над поверхностью нагреваемого теплоносителем сушильного барабана установлен инфракрасный излучатель, подключенный к контроллеру и датчику температуры, установленному на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. В закрытой сушильной камере над поверхностью сушильного барабана установлена газовая горелка, подключенная к контроллеру и датчику температуры, установленному на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. Закрытая сушильная камера выполнена круглой формы над поверхностью сушильного барабана, а подачу атмосферного воздуха в закрытую сушильную камеру осуществляют со стороны выхода препрега с поверхности сушильного барабана, а движение атмосферного воздуха организовано вдоль поверхности препрега.
В закрытой сушильной камере располагают как минимум два сушильных барабана, перемещающихся друг относительно друга таким образом, что угол обхвата сушильных барабанов препрегом изменяется. В закрытой сушильной камере располагают как минимум два сушильных барабана и один направляющий барабан перемещающийся между сушильными барабанами таким образом, что угол обхвата между препрегом и сушильными барабанами изменяется. Закрытая сушильная камера с сушильным барабаном оснащена двумя направляющими элементами, расположенными на поверхности барабана, причем направляющие элементы продвигают вдоль поверхности барабана и устанавливают требуемый угол обхвата сушильного барабана с препрегом, а температуру измеряют на выходе препрега с поверхности сушильного барабана. Закрытая сушильная камера выполнена герметичной и оснащена уплотняющими устройствами на входе и выходе препрега из закрытой сушильной камеры, причем подача инертных газов в камеру осуществляют через патрубок, расположенный в верхней части закрытой сушильной камеры, а удаление газов - через патрубок в нижней части закрытой сушильной камеры. Закрытая сушильная камера оснащена вакуумным насосом и имеет уплотнения на входе и выходе препрега.
Закрытая сушильная камера имеет как минимум два отделения изолированных друг от друга перегородкой, в которых располагают дополнительные сушильные барабаны, причем закрытая сушильная камера и отделения оснащены как минимум одной системой удаления выделенных паров. Закрытая сушильная камера имеет как минимум одно дополнительное отделение в котором располагают дополнительные сушильные барабаны, причем последняя камера оснащена патрубком подачи атмосферного воздуха, а первая камера - системой удаления выделенных паров и движение парогазовой среды организовано по принципу противотока. В закрытой сушильной камере располагают два сушильных барабана, причем верхний сушильный барабан передвигают в вертикальном направлении для установки требуемого зазора для каландрования препрега. Закрытая сушильная камера оснащена устройством нагрева подаваемого воздуха и системой перемешивания воздушно-газовой среды активного или пассивного действия.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Конструкция изобретения представлена на фигурах.
Фиг. 1 - устройство сушки препрега сушильным барабаном и инфракрасным излучателем.
Фиг. 2 - устройство сушки препрега сушильным барабаном.
Фиг. 3-устройство сушки препрега инфракрасным излучателем.
Фиг. 4 - устройство сушки препрега газовой горелкой и/или непосредственным сжиганием паров растворителей.
Фиг. 5 - устройство сушки препрега сушильным барабаном с обдувом атмосферным воздухом поверхности препрега навстречу его движению.
Фиг. 6 - устройство сушки препрега двумя сушильными барабанами с регулировкой угла обхвата сушильных барабанов препрегом.
Фиг. 7 - устройство сушки препрега двумя сушильными барабанами с регулировкой направляющим барабаном угла обхвата сушильных барабанов препрегом.
Фиг. 8 - устройство сушки препрега сушильным барабаном с регулировкой угла обхвата сушильного барабана препрегом с помощью как минимум одного направляющего элемента.
Фиг. 9 - устройство сушки препрега сушильным барабаном с регулировкой одним направляющим элементом угла обхвата сушильного барабана препрега. Устройство сушки препрега с последующей термообработкой на том же барабане с регулировкой угла обхвата барабана препрегом.
Фиг. 10 - устройство сушки препрега сушильным барабаном в среде инертных газов.
Фиг. 11 - устройство сушки препрега сушильным барабаном в вакууме или разреженной атмосфере
Фиг. 12 - элемент уплотнения камеры валами.
Фиг. 13 - устройство сушки препрега двумя (и более) сушильными
барабанами.
Фиг. 14 - устройство сушки препрега несколькими последовательными сушильными камерами с движением газа-носителя навстречу движению препрега.
Фиг. 15 - устройство сушки препрега с двух сторон двумя сушильными барабанами и одновременным каландрованием препрега.
Фиг. 16 - устройство сушки препрега сушильным барабаном в среде предварительно нагретого воздуха.
Фиг. 17 - устройство сушки препрега на сушильным барабаном с принудительным перемешиванием газовой среды внутри сушильной камеры.
Устройства состоят из закрытой сушильной камеры 1, сушильного барабана 2, системы 3 обогрева сушильного барабана, системы 4 удаления выделенных паров, контроллера 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности, датчика 6 температуры сушильного барабана, датчика 7 температуры нагрева препрега, направляющих элементов 8, инфракрасного излучателя 9, газовой горелки 10, патрубка 11 ввода атмосферного воздуха, направляющего барабана 12, перемещающихся направляющих элементов 13, патрубка 14 ввода газа, уплотнительные элементы 15, вакуумный насос 16, уплотнительное устройство 17 препрега, системы 18 подачи нагретого атмосферного воздуха, система 19 перемешивания воздушно-газовой среды, препрега 20.
Устройство сушки препрега сушильным барабаном и инфракрасным излучателем (фиг. 1) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Направляющие элементы 8 могут быть выполнены в виде вращающихся или не вращающихся роликов, а также склизов различной конфигурации. Сам сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности и датчиками 6 температуры барабана, датчиком 7 температуры нагрева препрега. Кроме того, сушка препрега дополнительно осуществляется инфракрасным излучателем 9. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет производить ускоренную сушку препрега за счет дополнительного обогрева внешней поверхности высушиваемого препрега инфракрасным излучением. Дополнительным плюсом данной конструкции является выравнивание поля температур внутри толщи препрега и улучшение равномерности сушки. При этом барабан может действовать не только как источник нагрева, но и как термостабилизатор, осуществляющий отвод и перераспределение избыточно подводимой от излучателя 9 теплоты.
Устройство сушки препрега сушильным барабаном (фиг. 2) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сам сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности, датчиком 6 температуры сушильного барабана и датчиком 7 температуры внешней поверхности препрега. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет проводить сушку препрега с одновременным контролем температуры внешней поверхности препрега и теплоносителя и, таким образом, управлять процессом сушки, получая объективный контрольный параметр глубины сушки- температуру внешней поверхности препрега по датчику 7 в контрольной точке вблизи точки отрыва материала от поверхности вала.
Это особенно важно, в случае, если сушка ведется при температуре теплоносителя, превышающей температуру желатинизации связующего.
При этом контроль подводимой к препрегу 20 тепловой мощности может осуществляться например, регулированием температуры теплоносителя и/или скоростью его подачи. При этом предпочтительным регулировочным параметром для тонкой регулировки подводимой мощности является скорость подачи теплоносителя т.к. имеет малую инерционность.
Устройство сушки препрега инфракрасным излучателем (фиг. З) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сушка препрега осуществляется инфракрасным излучателем 9. Мощность инфракрасного излучения регулируется и контролируется контроллером 5 и датчиком 7 температуры препрега. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет производить сушку препрега инфракрасным излучением без риска нежелательной полимеризации связующего. За счет контроля температуры препрега на выходе из зоны теплоподвода (датчик 7) и/или температуры барабана (датчик 6) обеспечивается безопасный режим сушки, исключающий перегрев препрега. Опасность локального перегрева устраняется за счет собственной тепловой инерции барабана, высокой теплопроводности материала барабана, и высокого коэффициента теплообмена между поверхностью барабана и препрегом, что позволяет перераспределить избыточное локально тепло.
Устройство сушки препрега газовой горелкой (фиг. 4) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сушка препрега осуществляется теплом сжигаемого газа и/или выделенных с поверхности препрега паров. Мощность газовой горелки регулируется и контролируется контроллером 5 и датчиком 7 температуры поверхности препрега. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция практически эквивалентна предыдущей конструкции. Дополнительными преимуществами данной конструкции по сравнению с предыдущей являются более гибкое управление, и, самое главное, сгорание выделяющихся паров в объеме сушильной камеры, что одновременно решает две проблемы- проблему взрывоопасности процесса (т.к. поддерживается непрерывное сгорание паров, то не происходит и их накопления) и проблему утилизации паров растворителей, кроме того, снижается энергопотребление установки т.к. на испарение растворителей расходуется энергия сгорания самих растворителей. Частным случаем такой системы является ситуация, когда высушиваемый препрег содержит настолько большое количество горючих ЛОС, что процесс их испарения и сгорания становится энергетически избыточным. В этом случае роль газовой горелки сводится к дежурному поддержанию процесса горения (дежурный источник открытого пламени), а избыточную теплоту приходится отводить в окружающую среду.
Устройство сушки препрега сушильным барабаном с обдувом атмосферным воздухом поверхности препрега навстречу его движению (фиг. 5) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сам сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности датчиком 6 температуры барабана и датчиком 7 температуры нагрева препрега.
Для интенсификации процесса сушки и улучшения качества препрега со стороны выхода препрега из закрытой камеры 1 по патрубку 11 вводят атмосферный воздух или иной применяемый в данном процессе газ. Вывод атмосферного воздуха и выделенных паров закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров, которую располагают со стороны входа препрега.
Такая конструкция позволяет существенно улучшить качество сушки (снизить остаточное содержание летучих веществ) за счет применения известного принципа противотока, заключающегося в том, что к наиболее горячей части препрега с наименьшей концентрацией удаляемых веществ (на выходе препрега с поверхности барабана вблизи точки окончания сушки) подводят свежий газ-носитель (в большинстве случаев, воздух), который, двигаясь вдоль высушиваемого тела, набирает пары растворителя, нагревается (если не был изначально горячим). В конечном итоге, газ-носитель используется наиболее рациональным способом как с точки зрения остаточного содержания летучих веществ, так и с точки зрения теплопотерь (проходя над холодным отрезком препрега, воздух отдает тепло его поверхности, набранное над горячим отрезком препрега).
Реализуемое таким образом рациональное использование объема газа-носителя и снижение тепловых потерь расширяют диапазон целесообразных расходов вентиляционного воздуха, что позволяет дополнительно увеличить разбавление паров и улучшить качество сушки препрега.
1
1
Устройство сушки препрега двумя сушильными барабанами с регулировкой угла обхвата сушильных барабанов препрегом (фиг. 6) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на нижний вращающийся сушильный барабан 2. После нижнего барабана препрег огибает верхний вращающийся сушильный барабан 2, а затем минуя направляющий элемент 8 выводится из закрытой сушильной камеры 1. Сушильные барабаны 2 подогреваются системами обогрева 3, которые контролируются контроллерами 5 с системами регулировки подводимой к барабанам тепловой мощности, датчиком 6 температуры сушильного барабана и датчиками 7 температуры нагрева препрега. Кроме того, нижний барабан передвигается в горизонтальной плоскости, что позволяет регулировать угол обхвата нижнего барабана с препрегом с γ до γ, а верхнего барабана с препрегом с α до α. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет управлять подводимой к препрегу мощностью за счет изменения площади контакта препрега с обогреваемой поверхностью барабана (-ов). Также один из барабанов может быть заменен необогреваемым направляющим элементом.
1
Устройство сушки препрега двумя сушильными барабанами с регулировкой направляющим барабаном угла обхвата сушильных барабанов препрегом (фиг. 7) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на левый вращающийся сушильный барабан 2. После левого барабана препрег огибает правый вращающийся сушильный барабан 2, а затем, минуя направляющий элемент 8, выводится из закрытой сушильной камеры 1. Сушильные барабаны 2 подогреваются системами обогрева 3, которые контролируются контроллерами 5 с системами регулировки подводимой к барабанам тепловой мощности, датчиками 6 температуры барабана и датчиками 7 температуры препрега. Кроме того, между двумя сушильный барабан 2 размещают направляющий барабан 12 (или ролик, и иной направляющий элемент), который перемещается в вертикальной плоскости, что позволяет регулировать угол обхвата левого барабана с препрегом с β до β, а правого барабана с препрегом с  до  1. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет управлять подводимой к препрегу мощностью за счет изменения площади контакта препрега с обогреваемой поверхностью барабана (-ов). Один из обогреваемых барабанов может быть заменен на направляющий элемент.
1
Устройство сушки препрега сушильным барабаном с регулировкой как минимум одним направляющим элементом угла обхвата сушильного барабана препрегом (фиг. 8) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1, где левым перемещающимся направляющим элементом 13 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. После чего препрег огибает правый перемещающийся направляющий элемент 13 и выводится из закрытой сушильной камеры 1. Сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности и датчиками 7 температуры нагрева препрега. Кроме того, оба направляющие (минимум один направляющий элемент 13-одного тоже достаточно- как на фиг. 9) элементы 13 имеют возможность перемещаться вокруг сушильного барабана 2 и изменять угол обхвата сушильный барабан 2 с препрегом с η до η. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет гибко регулировать подводимую к препрегу тепловую мощность, отслеживать динамику сушки препрега за счет дополнительного контроля температуры препрега в контрольных точках вдоль зоны сушки. Это позволяет оперативно контролировать и оптимизировать параметры сушки (в частности, выбирать наиболее оптимальную температуру теплоносителя).
Устройство сушки препрега сушильным барабаном с регулировкой одним направляющим элементом угла обхвата сушильного барабана препрегом (фиг. 9) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где левым перемещающимся направляющим элементом 13 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. После чего препрег огибает правый направляющий элемент 8 и выводится из закрытой сушильной камеры 1. Сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности, датчиком 6 температуры сушильного барабана и датчиками 7 температуры нагрева препрега.
2
3
1
3
Кроме того, направляющий элемент 13 имеют возможность перемещаться вокруг сушильного барабана 2 и изменять угол обхвата сушильного барабан 2 с препрегом с t+t до t+t. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
1
2
3
Такая конструкция позволяет проводить дополнительную термообработку высушенного препрега, например, с целью контролируемого регулирования вязкости (частичная полимеризация, протекание реакции с загущающим агентом, получение форполимеров или олигомеров на основе применяемого связующего и т.п. технологические приемы). Такое устройство позволяет четко разделить стадии высушивания и термообработки, управлять стадией сушки (угол обхвата, соответствующий стадии сушки изменяется от t до t), причем время термообработки измеряемо и соответствует времени прохождения отрезка пути от контрольной точки (до которой происходит процесс сушки) до точки отрыва материала от барабана (угол t), что радикально улучшает воспроизводимость термообработки, снижает риск брака и улучшает качество получаемого материала.
Устройство сушки препрега сушильным барабаном в среде инертных газов (контролируемой атмосфере) (фиг. 10) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сам сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности, датчиком 6 температуры барабана и датчиком 7 температуры нагрева препрега.
Для снижения пожаро- и взрывоопасное™ процесса сушки препрега (или для защиты препрега от химического взаимодействия с атмосферой) в верхней части закрытой сушильной камеры 1 по патрубку 14 вводят инертный газ или подготовленный, например, осушенный воздух. Для вывода инертного газа и выделенных паров закрытая сушильную камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров, которую располагают в нижней части со стороны выхода препрега. Кроме того, закрытая сушильная камера 1 со стороны входа и выхода препрега оснащена уплотнительными элементами 15.
Взаимное расположение входа, выхода препрега и подачи защитного газа определяется взаимной плотностью паров растворителя, инертного газа и воздуха (атмосферный воздух не должен вытеснять защитный газ и пары растворителя в сушильной камере).
Такая конструкция позволяет проводить процесс сушки препрега в защитной атмосфере, в области концентрации паров растворителей выше их верхнего предела взрываемости без риска взрыва во время нарастания концентрации. Применение защитной атмосферы также целесообразно в случае применения чувствительных к компонентам атмосферы связующих (например, изоцианатных, в этом случае препрег должен производиться в осушенной атмосфере).
Устройство сушки препрега сушильным барабаном в вакууме с предварительным каландрованием препрега (фиг. 11) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где проходит через уплотнительное устройство 17. Затем направляющим элементом 8 препрег укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сам сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности, датчиком 6 температуры барабана и датчиком 7 температуры нагрева препрега. Огибая правый направляющий элемент 8 препрег проходит через правое устройство 17 уплотнения сушильной камеры и выводится из закрытой сушильной камеры 1. Кроме того, закрытая сушильная камера 1 оснащена вакуумным насосом 16, а со стороны входа и выхода препрега оснащена уплотнительными элементами 15.
Такая конструкция позволяет производить сушку препрега при пониженном давлении, что улучшает процесс испарения растворителя, снижает температуру кипения растворителей и, таким образом, позволяет проводить глубокое удаление как растворителей, так и высококипящих примесей без риска полимеризации связующего. Кроме того, разреженная атмосфера практически исключает вероятность взрыва или возникновения пожара, а получаемая парогазовая смесь состоит, в основном, из паров растворителя, что облегчает их улавливание.
В случае проведения процесса в вакууме удаление паров растворителя возможно исключительно за счет образующихся потоков паров при процессах кипения и конденсации.
Устройство сушки препрега двумя сушильными барабанами (фиг. 13) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на первый вращающийся сушильный барабан 2. После огибания первого барабана с помощью второго и третьего направляющих элементов 8 препрега 20 укладывается на второй вращающийся сушильный барабан 2, а затем, огибая четвертый из направляющих элементов 8, выводится из закрытой сушильной камеры 1. Сушильные барабаны 2 подогреваются системами обогрева 3, которые контролируются контроллерами 5 с системами регулировки подводимой к барабанам тепловой мощности, датчиками 6 температуры барабанов и датчиками 7 температуры нагрева препрега. Закрытая сушильная камера 1 состоит из двух отсеков и оснащена общей системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет проводить сушку более гибко с точки зрения управления температурой препрега, производительности оборудования, тепловых потерь. В частности, на первом барабане может проводиться предварительная сушка препрега в области сушки, лимитируемой теплоподводом (концентрация растворителей в материале велика, связующее имеет низкую вязкость, скорость диффузии молекул растворителя из толщи к поверхности препрега велика), когда возможно использование теплоносителя (-ей) с температурой выше температуры желатинизации с целью получения максимальной производительности. На втором же барабане может производиться глубокое удаление растворителя в области низких остаточных концентраций, когда скорость испарения определяется диффузией растворителя к поверхности препрега, скоростью его отвода с вентиляционным воздухом. В этом случае важно время выдерживания препрега при температуре ниже температуры желатинизации.
Набором сушильных камер можно добиться кратного увеличения производительности всей установки, в т.ч. с применением барабанов малого диаметра не прибегая к наращиванию диаметра (они значительно проще и дешевле), возможно наращивание производительности существующих установок получения препрега без замены оборудования.
Устройство сушки препрега несколькими сушильными барабанами с обдувом атмосферным воздухом поверхности препрега навстречу его движению (фиг. 14) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на первый вращающийся сушильный барабан 2. После огибания первого барабана с помощью направляющих элементов 8 препрег 20 укладывается на второй и третий вращающиеся сушильные барабаны 2, а затем огибая последний направляющий элемент 8 выводится из закрытой сушильную камеры 1. Сушильные барабаны 2 подогреваются системами обогрева 3, которые контролируются контроллерами 5 с системами регулировки подводимой к барабанам тепловой мощности, датчиками температуры 6 барабанов и датчиками температуры 7 нагрева препрега. Закрытая сушильную камера 1 состоит из серии отсеков и оснащена патрубком ввода атмосферного воздуха 11 со стороны выхода препрега и общей системой 4 удаления выделенных паров, установленной со стороны входа препрега.
Такая конструкция позволяет реализовать принцип противотока между серией последовательно расположенных сушильных камер. В этом случае воздух также перемещается от выхода препрега к его входу с постепенным увеличением содержания паров растворителей.
Устройство сушки препрега с двух сторон двумя сушильными барабанами и одновременным каландрованием препрега (фиг. 15) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на нижний вращающийся сушильный барабан 2. После нижнего барабана препрег огибает верхний вращающийся сушильный барабан 2, а затем минуя направляющий элемент 8 выводится из закрытой сушильной камеры 1. Сушильные барабаны 2 подогреваются системами обогрева 3, которые контролируются контроллерами 5 с системами регулировки подводимой к барабанам тепловой мощности датчиками 6 температуры барабанов и датчиками 7 температуры нагрева препрега. Кроме того, верхний барабан передвигается в вертикальной плоскости, что позволяет регулировать величину зазора h. Закрытая сушильную камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров.
Такая конструкция позволяет одновременно с сушкой производить каландрование препрега с целью улучшения качества поверхности, перемешивания слоев связующего высушиваемого препрега.
Устройство сушки препрега сушильным барабаном в среде нагретого воздуха (фиг. 16) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сам сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности, датчиком 6 температуры сушильного барабана и датчиком 7 температуры нагрева препрега. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров. Кроме того, нижняя правая часть закрытой сушильной камеры 1 оснащена системой 18 подачи нагретого атмосферного воздуха.
Такая конструкция сушилки позволяет интенсифицировать процесс сушки за счет дополнительного конвективного теплоподвода.
Устройство сушки препрега сушильным барабаном в среде перемешиваемого в закрытой камере воздуха (фиг. 17) работает следующим образом. Препрег 20 входит в закрытую сушильную камеру 1 где направляющим элементом 8 укладывается на вращающийся сушильный барабан 2. Сам сушильный барабан 2 подогревается системой обогрева 3, которая контролируется контроллером 5 с системой регулировки подводимой к барабану тепловой мощности, датчиком 6 температуры сушильного барабана и датчиком 7 температуры нагрева препрега. Закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 4 удаления выделенных паров. Кроме того, закрытая сушильная камера 1 оснащена системой 19 перемешивания воздушно-газовой среды.
Такая конструкция, оснащенная системой 19 перемешивания воздушно-газовой среды, позволяет интенсифицировать процесс сушки за счет принудительного выравнивания концентрации паров в сушилке, т.е. фактически принудительному удалению паров растворителей из приповерхностного (по отношению к препрегу) слоя.
Система перемешивания 19, может быть, как активного действия (например, вентилятор, инжектор), так и пассивного (например, турбуляторы размещенные вдоль движения воздуха, завихрители и т.п.).
Таким образом, интенсификацию процесса сушки проводят путем увеличения теплового потока к высушиваемому препрегу за счет стабилизирующего и выравнивающего действия сушильного барабана на поле температур, высокого коэффициента теплообмена при контактном способе теплопередачи; увеличения скорости вентиляционного воздуха, улучшению контроля температур.
Снижение пожаро- и взрывоопасности процесса обеспечивается отсутствием в камере сушки поверхностей нагретых выше температуры воспламенения паров растворителей или производят путем контролируемого сжигания выделяющихся паров летучих органических соединений непосредственно в сушильной камере, причем область горения поддерживают исключительно над областью контакта препрега с сушильным барабаном, избегая тем самым как накопления паров растворителей, так и нежелательной полимеризации связующего при воздействии высоких температур. В последнем случае дополнительно к снижению пожаро- и взрывобезопасности процесса также достигается снижение энергопотребления и, как правило, снижение количества вредных выбросов в окружающую среду.
Воспроизводимость процесса улучшается за счет сведения управления процессом сушки к управлению теплообменом между препрегом и поверхностью сушильного барабана вместо многофакторной задачи в случае сушки без термостабилизации.
Снижение остаточного содержания летучих веществ в материале достигается путем расширения диапазона целесообразных расходов вентиляционного воздуха и улучшению перемешивания газовой среды. Снижение энергопотребления достигается за счет снижения тепловых потерь с вентиляционным воздухом и на корпусе сушилки.
Таким образом, выше изложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении, предназначено для непрерывной сушки длинномерных термочувствительных полуфабрикатов на основе пористых или волокнистых наполнителей, пропитанных растворами термически чувствительных и/или пожаро- и взрывоопасных веществ и их смесей, особенно в органических растворителях, способных в процессе сушки образовывать взрывоопасные смеси с воздухом, в частности, препрегов на основе термореактивных связующих и органических растворителей.
- для заявленного способа и устройства, в том виде как они охарактеризованы в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем поставленных технических задач - упрощение конструкции, интенсификация процесса сушки, улучшение качества продукта, снижение энергопотребления, снижение массы и стоимости оборудования, расширение области применения.