Передвижная пропиточная линия для производства препрегов, отверждаемых ультрафиолетом

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для изготовления рулонных композитных препрегов на базе ненасыщенных полиэфирных смол, отверждаемых ультрафиолетом невидимого спектра излучения с длиной волны 350-420 Нм, как на открытом солнце, так и при облучении УФ-лампами в закрытых помещениях.
Препреги в сочетании с вязкими полиэфирными смолами при их нанесении на поверхность металлов, бетонов, керамики, пластиков образуют прочное и химостойкое ламинатное покрытие.
Препреги нашли широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве конструкционных материалов. В строительстве для изготовления деталей сложной формы, в качестве гидроизоляции, химической защиты. В жилищно-коммунальном хозяйстве при ремонте изоляции  труб газо- и нефтепроводов.
Препреги - это композиционные материалы-полуфабрикаты. Представляют собой полосы тканых или нетканых волокнистых материалов, пропитанных неотвержденными полимерными связующими. То есть препрег - это готовая для футеровки рулонная часть будущего ламината, имеющая в своем составе-матрице тканный связующий материал из органических или неорганических нитей или нетканой структуры.
Препреги наносят на различные поверхность или придают им необходимую форму и после этого отверждают в процессе полимеризации.  Способы отверждения препрегов зависят от типа полимерного связующего, используемого для его производства. Существуют двухкомпонентные препреги, препреги, отверждаемые под воздействием температуры и препреги, отверждаемые под воздействием ультрафиолетового излучения. Далее в тексте будут рассматриваться исключительно фотополимерные препреги (ФПМ препреги).
Применение ФПМ препреги получили в 70-х годах прошлого века и в настоящее время их применение считается одним из наиболее перспективных. Их достоинствами являются высокая производительность, малые затраты энергии, необходимой для их отверждения, несложное оборудование и простой монтаж.
Отсутствие необходимости использования высоких температур, которые требуются для отверждения некоторых других типов препрегов, также является большим преимуществом ФПМ препрегов.
Однако ФПМ препреги имеют недостаток, связанный с необходимостью их защиты от солнечного света до момента их использования во избежание преждевременного отверждения. Предпочтительно сокращать общее время хранения готовых ФПМ препрегов, так как медленный процесс полимеризации фактически запускается из-за невозможности полностью защитить препрег от попадания ультрафиолетового излучения. Рекомендуется изготавливать партии препрега непосредственно перед его монтажом или использованием.
Другим недостатком ФПМ препрегов является выделение вредных летучих веществ при их производстве. Это связано с тем, что в состав связующего препрегов входят токсичные или огнеопасные растворители. Выделяются пары стирола, фенола, формальдегидов, пыль угле- и стекловолокна. После отверждения при улетучивании вредных газов полученный стеклопластиковый ламинат становится экологически чистым.
Указанные недостатки могут быть сведены к минимуму в случае организации производства ФПМ препрегов в непосредственной близости от их использования, например, на строительной площадке или в местах ремонта трубопроводов, что позволяет значительно увеличить область применения  препрегов.
В патенте CN 101956306 (приор. 05.08.2010) описана линия по производству препрегов из углеродного волокна. В патенте написано, что производственная линия для получения препрега из углеродного волокна способом погружения характеризуется шпинделем, устройством для выравнивания тяги, погружной машиной, устройством для направления бумаги с верхним выпуском, устройством для направления бумаги с нижним выпуском и устройством для намотки. Также линия содержит ламинатор, устройство для обрезки и перемотки и двухпозиционное устройство для перемотки. Линия по производству препрега из углеродного волокна по предложенному изобретению имеет компактное и разумное расположение, простую и надежную работу, высокую точность, хорошую производительность и высокую стабильность, что закладывает основу для производства качественных продуктов.
Недостатком линии является то, что она может использоваться только в заводских условиях, так как имеет значительные вертикальные размеры, не позволяющие ее транспортирование в собранном виде.
В патенте РФ на полезную модель №106897 (заявка 2010152739, приор. 23.12.2010) выбранным в качестве прототипа описана установка для изготовления препрегов. Установка содержит узел подачи материала, устройство нанесения покрытия, состоящее из узла нанесения покрытия горячим плавлением, узла нанесения покрытия в виде ракли над валом и узла нанесения покрытия плавающим ножом, первый узел ламинирования. Узел пропитки расположен под первым узлом ламинирования. Также установка содержит узел для сушки, узел калибрования, второй узел ламинирования, узел охлаждения и узел обрезки кромок. Узел размотки/намотки расположен под устройством нанесения покрытия. Узел намотки готового изделия смонтирован под узлом обрезки кромок. Центральный блок управления связан с указанными узлами с возможностью их выборочного приведения в действие.
В полезной модели предложена универсальная установка для изготовления препрегов, из-за чего она занимает сравнительно большую площадь и обладает значительным весом. Это ограничивает возможность ее перемещения в собранном состоянии.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение качества обработанных поверхностей с использованием ФПМ препрегов.
Техническим результатом, достигаемым полезной моделью, является возможность производства ФПМ препрегов в непосредственной близости к месту проведения работ.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что передвижная пропиточная линия для производства препрегов, отверждаемых ультрафиолетом состоит из узла размотки армирующего материала, пропиточной ванны, заполняемой пропитывающим связующим из смесителя, узла калибровки, узла наклейки термопленки, узла механического компенсатора, узла наклейки защиты препрега от ультрафиолетового излучения, узла накопителя препрега и узла отрезания препрега.
Также пропиточная линия имеет в своем составе автоматическую систему управления, в которую входят датчики и блок управления. Причем пропиточная линия установлена в контейнере, который снабжен системой приточной вентиляции, системой вытяжной вентиляции, содержащей фильтр дожига молекул химических газов.  Контейнер оснащен такелажными скобами для его погрузки на транспортировочное устройство.
Как вариант, контейнер может быть установлен на прицеп или на шасси автомобиля.
Желательно, чтобы входные патрубки системы приточной вентиляции расположены в нижней части контейнера.
В частном случае вытяжная вентиляция может быть снабжена вентилятором.
Предпочтительно, чтобы контейнер был оснащен окнами для визуального контроля за работой оператора и пропиточной линии.
Наличие в передвижной пропиточной линии узлов размотки армирующего материала и пропиточной ванны, заполняемой пропитывающим связующим из смесителя, позволяет пропитывать армирующие материалы УФ-отверждаемым связующим. Присутствующие в составе передвижной пропитывающей линии узла калибровки и узла механического компенсатора позволяет получать препрег с заранее заданными физическими характеристиками.
Узел наклейки термопленки, узел защиты препрега от ультрафиолетового излучения, узел накопителя препрега и узел отрезания препрега позволяют подготовить ФПМ препрег к упаковке и дальнейшей транспортировке непосредственно к месту использования.
Для управления узлами пропиточной линии предусмотрена автоматическая система управления, в которую входят датчики и автоматический блок управления, позволяющая задавать и регулировать параметры работы отдельных узлов и линии в целом.
Передвижная пропиточная линия, предложенная в полезной модели, позволяет в смесителе получать фотополимерную пасту и далее изготавливать ФПМ препреги протягиванием армирующего материала через ванну с пропитывающей фотополимерной пастой.
Пропиточная линия, установленная в контейнере, позволяет доставлять ее к месту производства строительных или ремонтных работ, а наличие системы приточной вентиляции и системы вытяжной вентиляции, содержащей фильтр дожига молекул химических газов, позволяет производить работы по производству ФПМ препрегов автономно в непосредственной близости от места их использования.
Также оснащение контейнера такелажными скобами для его погрузки на транспортировочное устройство дает возможность использовать передвижную пропиточную линию в непосредственной близости от мест использования готовой продукции.
Вариант исполнения передвижной пропиточной линии с контейнером, установленным на прицеп или непосредственно на шасси автомобиля, позволяет сократить время погрузки, разгрузки и перемещения от одного места ее использования к другому.
Расположение входных патрубков системы приточной вентиляции в нижней части контейнера и снабжение вытяжной вентиляции вентилятором позволяет освободить рабочий объем контейнера от вредных летучих веществ, которые выделяются при производстве препрегов, что позволяет  обслуживающему персоналу находиться в контейнере.
Оснащение контейнера окнами производят в целях повышения безопасности рабочего персонала.
Таким образом, все указанные в формуле полезной модели признаки направлены на достижение технического результата, а именно возможность производства ФПМ препрегов в непосредственной близости к месту проведения работ с их использованием.
В последующем заявляемое техническое решение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - принципиальная схема пропиточной линии для производства ФПМ препрегов;
фиг. 2 - внешний вид контейнера с установленной пропиточной линией для производства ФПМ препрегов;
фиг. 3 - расположение пропиточной линии для производства ФПМ препрегов внутри контейнера.
Пропиточная линия для производства ФПМ препрегов, как это показано на фиг.1 состоит из следующих узлов, которые последовательно проходит армирующий материал, а именно узла размотки 1 армирующего материала, пропиточной ванны 2, узла калибровки 3, узла наклейки термопленки 4, узла механического компенсатора 5, узла наклейки защиты 6 препрега, узла накопителя 7 препрега и узла отрезания 8 препрега.
Узел размотки 1 армирующего материала снабжен тремя установочными местами, на которые крепят штанги с используемым армирующим материалом. Таким образом, возможно варьирование изготавливаемого ФПМ препрега в зависимости от дальнейшего его использования.
В конкретном примере протяжка армирующего материала производится двумя электродвигателями, первый из которых предназначен для протяжки материала до узла механического компенсатора 5, а второй для протяжки материала к валу узла накопителя 7 препрега.
Для получения пропитывающего связующего, которым заполняют пропиточную ванну 2, в линии предусмотрен смеситель 9.
В узлах пропиточной линии, через которые проходит армирующий материал, установлены датчики 10, например, счетчики метража, датчики наличия материала и т.п., показания которых передаются на блок 11 управления.
Причем, как это показано на фиг. 2, пропиточная линия установлена в контейнере 12, который снабжен системой 13 приточной вентиляции, системой 14 вытяжной вентиляции, содержащей фильтр дожига молекул химических газов (на чертежах не показан).
Входные патрубки системы 13 приточной вентиляции располагаются под решетками пола контейнера. В этом случае чистый и холодный воздух под действием вытяжной вентиляции будет проходить через весь внутренний объем контейнера 12, полностью вытесняя теплый воздух с техногенными газами.
Контейнер 12 в приведенном варианте оснащен такелажными скобами 15 для его погрузки на транспортировочное устройство. Также в контейнере установлены окна 16.
Передвижная пропиточная линия для производства ФПМ препрегов работает следующим образом.
После доставки контейнера 12 на место производства работ, например на строительную площадку или к ремонтируемому трубопроводу, необходимо выбрать горизонтальную площадку и, при помощи подъемного механизма, используя такелажные скобы 15, поставить контейнер 13 на площадку. Окончательная регулировка производится за счет регулируемых опор (на чертежах не показаны).
Затем производят подключение блока 11 управления пропиточной линии к трехфазному источнику питания 380В с наличием заземляющей жилы. Все управление пропиточной линии осуществляет с блока 11 управления.
Производственный процесс проходит при отсутствии ультрафиолетовых лучей невидимого спектра излучения с длиной волны 365-420 Нм.
Заливают компоненты пропитывающего связующего (фотополимерной пасты) в смеситель 9, где производят их смешивание.
Устанавливают необходимое количество рулонов с армирующим материалом в узел размотки 1. В конкретном примере количество рулонов может быть от одного до трех.
Перед включением самой линии необходимо включить систему 13 приточной вентиляции, систему 14 вытяжной вентиляции. Это позволяет безопасно находиться в контейнере 12 обслуживающему персоналу. При включении системы 14 вытяжной вентиляции автоматически включается фильтр дожига молекул химических газов, что гарантирует безопасность окружающей среды при работе передвижной пропиточной линии для производства ФПМ препрегов.
Заправляют армирующий материал для препрега, последовательно пропуская его через пропиточную ванну 2, узел калибровки 3, узла наклейки термопленки 4, узел механического компенсатора 5, узел наклейки защиты 6 препрега и закрепляют в узле накопителя 7.
Заливают готовое пропитывающее связующее из смесителя 9 в пропиточную ванну 2. Включают первый электродвигатель протяжки материала до узла механического компенсатора 5 и подбирают оптимальную скорость протяжки.
Лента армирующего материала, проходя через ванну со скоростью от 1 до 6 метров в минуту пропитывается связующим, а именно фотополимерной смолой, и поступает в узел калибровки 3, состоящий из двух валов. Происходит отжим излишков смолы непосредственно в пропиточную ванну 2. Далее пропитанная лента армирующего материала в узле наклейки термопленки 4 покрывается сверху и снизу разделительными слоями в виде ПВХ термопленки. Через систему валов пропитанный связующим армирующий материал поступает в валы узла механического компенсатора 5, в котором под собственным весом на подвижной каретке по направляющим опускается до датчика 10, который автоматически отключает первый электродвигатель протяжки материала до узла механического компенсатора 5.
После включения второго электродвигателя протяжки материала к валу узла накопителя 7 препрега, каретка с пропитанным связующим армирующим материалом начинает подниматься, и через систему валов готовый ФПМ препрег подается на конечный приемный вал узла накопителя 7. При движении готового ФПМ препрега в узле наклейки защиты 6 препрега на две его стороны приклеиваются две фольгированные полиэтиленовые ленты, служащие защитой препрега от ультрафиолета.
По показаниям датчиков 10 при достижении заданного метража, которые передаются в систему управления, производят остановку протяжки готового ФПМ препрега, и в узле отрезания 8 препрега производят отрезание.
Затем необходимое готовое количество ФПМ препрега снимают с узла накопителя 7 и переносят к месту использования, например, в склад или непосредственно на объект строительства.
При необходимости длительного хранения рулон препрега дополнительно упаковывается в черную ПВХ пленку и далее в картонную коробку с двумя вертикальными квадратными картонными пластинами с отверстиями для картонной шпули, которые позволяют фиксировать рулон препрега в подвешенном состоянии, сохраняя его цилиндрическую форму.
Предложенная полезная модель позволяет достичь заявленный технический результат, а именно возможность производства ФПМ препрегов в непосредственной близости к месту проведения работ по их монтажу или использованию.
Контейнер 12 оборудован фильтром дожига молекул химических газов, выделяемых при производстве препрега. Это позволяет устанавливать контейнер 12 в не промышленных районах с минимальной санитарно-защитной зоной.
Полезная модель позволит значительно расширить область использования ФПМ препрегов, используя их универсальность, а также применять различные сочетания армирующих материалов и полиэфирных смол. ФПМ препреги не требуют нагрева высокой температурой для отверждения. Изначально мягкие, они легко принимают любую форму. За счет смоляного липкого слоя быстро наносятся и после полимеризации ультрафиолетом адгезируются практически к любой сухой обезжиренной поверхности, создавая при этом мощный противоударный и химически стойкий ламинат.