УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРЕНГ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к оборудованию для изготовления стренг из полимерного композиционного материала, которые могут быть использованы при изготовлении конструкционных изделий, а также прекурсоров углерод-углеродных композиционных материалов.
Известно устройство для изготовления стренг из полимерного композиционного материала, содержащее экструдер с питающим каналом для формовочного материала, на выходе которого смонтирована фильера с формующим каналом, соосным питающему каналу экструдера (US 3712776, B29B 9/06, 1973). Данное устройство принято в качестве прототипа.
Недостатком описанного выше устройства является следующее. При получении непрерывных стренг из полимерных материалов, армированных дискретными волокнами, методом компаундирования возникает несколько проблем: при высоких скоростях формования из формующих каналов фильер на поверхности экструдата (стренги), армированного дискретными волокнами, появляется шероховатость и разрывы. При этом может происходить не только увеличение диаметра стренги (экструдата), но и другие изменения формы (винтообразные дефекты, вмятины, складки). При высокой скорости формования также происходит увеличении скорости сдвига, по причине которой стренга теряет цилиндрическую форму. При истечении полимеров, армированных дискретными волокнами, возникают дефекты типа «елка», которые проявляются в потере целостности стренги по поверхности. При наполнении полимеров с большой долей волокон, а также в случае, когда идет армирование длинными волокнами, дефекты становятся более значительными.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных выше недостатков.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для изготовления стренг из полимерного композиционного материала, содержащем экструдер с питающим каналом для формовочного материала, на выходе которого смонтирована фильера с формующим каналом, соосным питающему каналу экструдера, в корпусе фильеры выполнено по меньшей мере одно сквозное загрузочное отверстие с возможностью подачи непрерывного волокна в формующий канал, расположенное под острым углом к оси формующего канала фильеры в направлении подачи формовочного материала.
Такое выполнение устройства позволяет регулировать количество длинных и коротких волокон в полимере. При этом часть волокон находится в составе полимера, поступающего в фильеру - это, как правило, рубленые волокна, а часть волокнистого наполнителя находится в виде непрерывных нитей, которые загружаются через загрузочные отверстия в фильере. Регулировка соотношения непрерывных и рубленых волокон в стренге позволяет контролировать физико-механические свойства композиционных материалов на основе полученных стренг. Также при попадании потока полимера из экструдера в фильеру за счет уменьшения площади поперечного сечения потока создается высокое давление, которое позволяет дегазировать полимерную массу в целом и равномерно и полностью пропитать непрерывные волокна, поступающие через загрузочные отверстия в фильере.
При этом доля волокон в полимере на входе в фильеру по сравнению с прототипом должна быть снижена согласно массовой доле волокна, вводимого в загрузочное отверстие фильеры, согласно соотношению:
,
где  - общий расход волокна при получении стренги,
- расход волокна, подаваемого в экструдер,
- расход волокна, подаваемого в фильеру.
При армировании экструдата длинными волокнами доля коротких волокон, вводимых через экструдер, снижается, что приводит к снижению дефектов получаемых стренг.
Вышеизложенные особенности и преимущества полезной модели будут понятны из последующего описания предпочтительного примера осуществления устройства для изготовления стренг из полимерного композиционного материала со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции:
на фиг. 1 представлена схема устройства для изготовления стренг из полимерного композиционного материала в соответствии с настоящей полезной моделью;
на фиг. 2 - фильера в разрезе в соответствии с настоящей полезной моделью;
на фиг. 3 - вид слева фильеры в соответствии с настоящей полезной моделью.
Устройство для изготовления стренг из полимерного композиционного материала содержит экструдер 1 с питающим каналом 2 для формовочного материала.
На выходе экструдера 1 смонтирована фильера 3 с формующим каналом 4. При этом формующий канал 4 фильеры 3 выполнен соосно питающему каналу 2 экструдера 1 (т.е. указанные питающий 2 и формующий 4 каналы расположены на одной оси О-О).
В корпусе 5 фильеры 3 выполнено по меньшей мере одно сквозное загрузочное отверстие 6, предназначенное для подачи непрерывного волокна 7. Указанное загрузочное отверстие 6 расположено под острым углом β к оси О-О формующего канала 4 фильеры 3 в направлении П (на фиг. 1 показано стрелкой) подачи формовочного материала. В зависимости от требуемых прочностных характеристик изготавливаемых стренг в корпусе 5 фильеры 3 может быть выполнено больше одного сквозных загрузочных отверстий 6 для подачи непрерывного волокна 7, например, три. Указанные загрузочные отверстия 6 выполняются в верхней части фильеры 3 (т.е. в части фильеры 3, расположенной выше горизонтальной плоскости симметрии фильеры 3), чтобы избежать возможного вытекания через них формовочного материала.
Сквозные загрузочные отверстия 6 также служат средством удаления воздуха из полимерной массы формовочного материала.
Расположение загрузочных отверстий 6 под углом к направлению П подачи формовочного материала позволяет осуществлять равномерное введение непрерывного волокна в полимерную массу, а также исключить разрушение волокна в месте изменения направления загрузки волокна. При расположении отверстий под прямым, и тем более под тупым углом к направлению П подачи формовочного материала приведет к тому, что волокно в местах перегиба будет разрушаться.
Над фильерой 3 расположено по меньшей мере одно приспособление 8 для подачи непрерывного волокна 7 в соответствующее сквозное загрузочное отверстие 6, при этом количество приспособлений 8 соответствует количеству загрузочных отверстий 6.
Устройство для изготовления стренг из полимерного композиционного материала работает следующим образом.
Конец непрерывного волокна 7 с соответствующего приспособления 8 для подачи непрерывного волокна 7 пропускают через сквозное загрузочное отверстие 6 в формующий канал 4 фильеры 3 и протягивают на выход из фильеры 3. Посредством экструдера 1 под заданным давлением подают соответствующий формовочный материал (связующее, армированное волокнистым наполнителем), который продавливается через фильеру 3 при одновременном протягивании непрерывного волокна 4 через указанную фильеру 3. При этом на выходе из формовочного отверстия 6 фильеры 3 формируется стренга.
Размер формовочного отверстия 6 фильеры 3, давление, задаваемое в экструдере 1, и скорость перемещения непрерывного волокна 7 рассчитывают в зависимости от линейной плотности непрерывного волокна 7, вида (состава) волокна, температуры и вязкости связующего формовочного материала и т.д.
Для изготовления стренг из полимерного композиционного материала посредством предложенного устройства могут применяться стеклянные, углеродные, базальтовые, кремнеземные кварцевые и другие волокна и нити. При этом в качестве связующего могут быть использованы, например, фенол-формальдегидные новолачного и резольного типа, в том числе модифицированные, фурановые и полиэфирные, эпоксидные смолы специального назначения, полиимидные смолы, полиарилэфиркетоны, полиэфиримидные смолы, полибензимидазол, полифенилен. Предпочтительными связующими для получения стренг являются каменноугольные пеки и фенол-формальдегидные смолы, в том числе модифицированные вследствие относительно низкой температуры размягчения, что упрощает реализацию переработки в экструдере.
Таким образом, предложенное устройство для изготовления стренг из полимерного композиционного материала позволяет регулировать соотношение непрерывных и рубленых волокон в стренге и, таким образом, контролировать физико-механические свойства получаемых стренг, и соответственно качество композиционных материалов на основе полученных стренг.
Описанный выше пример осуществления полезной модели следует во всех аспектах рассматривать лишь как иллюстративный и не обуславливающий никаких ограничений. Следовательно, могут быть использованы другие примеры осуществления настоящей полезной модели и примеры внедрения, которые не выходят за пределы описанных здесь существенных признаков.