Опора из стекловолокна, выполненная методом намотки

Полезная модель относится к области композитных арматур и может быть использована для изготовления прочных и долговечных опор для жилищно-коммунального хозяйства, дорожного строительства, в сфере связи и телекоммуникаций, аэронавигационных системах, и т.д.
Из ресурса http://composite-prof.ru/o_stekloplastike/tehnologiya-proizvodstva-stekloplastika/ известны стеклопластиковые опоры, изготовленные методом вакуумной инфузии. Метод вакуумной инфузии представляет собой метод формования стеклопластиковых изделий, при котором за счет герметичной пленки, прилегающей к матрице, создается рабочая полость с уложенным армирующим материалом (вакуумный мешок). В полости создается вакуум, и за счет этого вакуума, связующее втягивается в рабочую полость и пропитывает армирующий материал.
Из патента №86636 RU известна стойка опоры контактной сети, которая состоит из основного бетонного слоя и арматуры. Арматура в указанной стойке выполнена из углепластикового материала.
Из патента №2655273 RU известна металлокомпозитная опора освещения и способ ее изготовления. Металлокомпозитная опора освещения содержит внешнюю обшивку и армирующие стальные стержни. Опора выполнена в виде полой конструкции с сужением к вершине, обшивка которой выполнена в виде многогранной оболочки из стеклопластика. К ребрам оболочки с внутренней стороны прикреплены стальные армирующие стержни, каждый стержень обернут собственной стеклопластиковой оболочкой. Способ изготовления металлокомпозитной опоры освещения, армированной металлическими стержнями, включает формирование преформы на оправке, в матрице, снабженной электронагревателями, каналами подачи связующего и каналами дренажа методом инжекционной пропитки. Вакуумную сушку преформы проводят в течение 20-30 мин с уровнем вакуума -0,95 бар, после чего одновременно с вакуумно-инжекционной пропиткой осуществляют термокомпрессионное формование заготовки. При этом вакуумно-инжекционную пропитку ведут в течение 5-10 мин, повышая давление от 1,5 бар до 2,5-3 бар и повышая температуру со скоростью 1,5-2°С/мин до 75°С, выдерживают время гелеобразования связующего в течение 25-30 мин. После чего поднимают температуру со скоростью 1,5-2°С/мин до 125°С и выдерживают в течение 30 мин. Затем охлаждают оснастку до температуры не более 35-40°С.
Из патента №169486 RU известна армобетонная стойка опоры контактной сети, в которой продольная композитная арматура предварительно преднапряжена, а в качестве материала композитной арматуры использованы базальпластик или стеклопластик. При этом поверх преднапряженной продольной композитной арматуры может быть смонтирована поперечная спиральная ненапрягаемая композитная арматура.
Наиболее близким аналогом является известная из ресурса http://ezkm.ru/istoriya-sozdaniya-kompozitnoj-armaturyi стеклопластиковая арматура, представляющая собой пучок стеклянных волокон, объединенных посредством синтетических смол. Недостатком является недостаточная прочность и долговечность арматуры за счет простого связывания волокон.
Целесообразно внедрить метод намотки при изготовлении опор.
Целью полезной модели является повышение прочности композитной опоры из стекловолокна.
Цель достигается за счет схемы, по которой уложены стеклянные волокна в опоре. Схема заключается в том, что опора состоит из слоев стекловолокна, количество стекловолокна берут в соотношении от 70 до 90 процентов волокна и от 30 до 10 процентов связующего на каждую опору. Слои, в которых стекловолокно уложено под углами от 45 до 65 градусов к оси опоры, являются окружными, а слои, в которых стекловолокно уложено под углами от 0 до 15 градусов к оси опоры, являются продольными. При этом окружные и продольные слои выполнены из непрерывных нитей, и чередуются в соотношении от одного до шести окружных слоев на каждый продольный. В результате достигаются высокие показатели по прочности на изгиб, что важно для повышения устойчивости к нагрузкам различного типа, например, ветровым, натяжения кабелей.
Осуществление полезной модели
Технологический процесс изготовления композитных опор начинается с обработки антиадгезивом и прогрева оправки - стальной полированной трубы с длиной рабочей части около 10 метров и небольшой конусностью (менее 1 мм), на которую наматывается стеклоровинг, пропитанный эпоксидным композитом. Оправки подогреваются 45-65°С. Нагрев производится в специальной камере туннельного типа, и осуществляется с целью поддержания необходимого теплового режима полимеризации эпоксидной смолы при намотке стеклоровинга. Диаметр оправки определяет внутренний диаметр изготавливаемой опоры.
После нагрева оправка с помощью кран-балки перемещается на намоточный станок. Здесь она устанавливается в специальные зажимы и, для исключения биения, растягивается пневматикой. Перед установкой на намоточный станок на теле оправки закрепляются технологические коронки, обеспечивающие захват и равномерное распределение нитей при намотке. Перед намоткой на оправку стеклоровинг проходит через ванночку со связующим. В процессе намотки излишки смолы стекают по разогретому желобу в емкость и повторно используются. Оправка вращается вокруг своей оси, а вдоль нее перемещается каретка, подающая нити стеклоровинга. Каретка снабжена цилиндрической головкой с нитепроводящими отверстиями, через которые к оправке поступают стеклонити, пропитанные эпоксидным композитом.
К каретке подается от 100 до 200 нитей стеклоровинга от шпуль стеклоровинга с внутренней непрерывной размоткой, расположенных на специальных стеллажах (шпулярнике). Между кареткой и бобинами расположен концентратор (натяжитель), собирающий нити в единый поток. Он снабжен противовесным устройством, предотвращающим провисание нити при перемещении каретки.
Намоточный станок с ЧПУ можно перенастроить в зависимости от толщины стенок опор и предъявляемых к ней требований. При помощи программы, варьируя скорость перемещения каретки вдоль оправки, можно изменять угол намотки нити, меняя тем самым прочностные характеристики продукции.
Схема намотки состоит из чередования окружных и продольных слоев под разными к оси опоры углами (уложенные под углами от 45 до 65 градусов к оси опоры, являются окружными, а слои, уложенные под углами от 0 до 15 градусов к оси опоры, являются продольными) для получения необходимых физико-механических характеристик. Количество и очередность окружных слоев (в соотношении от одного до шести окружных слоев на каждый продольный) зависит от требуемой толщины стенки опоры, заданных характеристик опоры, а также от изгибных (ветровых) нагрузок. Содержание стеклянных волокон в готовом изделии 70 - 90%, а связующего, соответственно, 30-10%. При переходе окружных слоев на продольные и обратно меняют угол намотки, при этом нить остается непрерывной. Количество продольных слоев зависит от величины изгибных нагрузок (ветровых, натяжение кабеля). Толщины стенок опор зависят от длины опоры, ее диаметра величины изгибных нагрузок.
Для изготовления цветных опор колер (по каталогу RAL) в количестве 1-5% масс добавляют в эпоксидную смолу. Таким образом, во время намотки опоры происходит окрашивание материала опоры в массе. Продолжительность намотки одной опоры составляет 8-20 минут в зависимости от ее диаметра и толщины стенки.
Для того, чтобы обеспечить повышенные прочностные характеристики композитной опоры или жесткость, во время намотки композитных опор производится уменьшение содержания полимерной части связующего в готовой опоре за счет механического удаления лишнего связующего или отжима окружных слоев.
После окончания процесса намотки, оправка перемещается в печь роторного типа. Печь имеет несколько зон с различными температурными режимами (от 80 до 200 град Цельсия), через которые по очереди движутся оправки с изделиями. Процесс термообработки контролируется автоматом и продолжается до 200 минут для одной опоры. В печи одновременно находится 12 опор.
После термообработки оправка с будущей опорой при помощи кран-балки перемещается на стойку, где охлаждается до комнатной температуры. При этом процесс полимеризации смолы продолжается.
Остывшую оправку с опорой кран-балкой перемещают на экстрактор. На экстракторе имеется три стола. На первом из них при помощи дисковых пил с алмазным покрытием обрезаются технологические припуски. На втором столе, непосредственно, на экстракторе с помощью гидроусилителей и цепной передачи производится снятие готовой опоры с оправки. На третьем столе оправка готовится к новому циклу: с нее снимается отработанная антиадгезионная смазка и наносится новая, проверяется качество поверхности оправки, устанавливаются гребенки, гильза и т.п.
Следующий этап - наружная механическая обработка и клеевое соединение.
Когда в исполнении опоры заложена конструкция перехода с большего на меньший диаметр, места стыков протачиваются до нужного диаметра и затем склеиваются. Для схватывания клея и образования прочного шва выдерживаются сутки. Изначально наружная поверхность композитной опоры отличается высокой шероховатостью и наличием неровностей. Для обеспечения ровной и гладкой поверхности опор применяется механическая обработка (шлифовка); шпаклевка, если необходима; и только после этого ее покраска. Покраска производится в любой цвет по каталогу RAL. Применяются краски на полиуретановой основе с матирующим эффектом, эффектом глянца или металлика.