Opublikowano: 18.Y.1970 60034 KI. 39 a5, 7/00 MKP B 29 g ,1/ot? Wspóltwórcy wynalazku: prof. dr inz. Jerzy Doerffer, mgr inz. Jan Ko¬ zlowski Wlasciciel patentu: Politechnika Gdanska (Katedra Technologii Okretów) Gdansk (Polska) Sposób ukladania i utwardzania laminatów ze zbrojen wstepnie impregnowanych i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób ukladania i utwardzania laminatów ze zbrojen wstepnie impregnowanych i urzadzenie do stosowania tego sposobu.Przez zbrojenia wstepnie impregnowane rozu¬ mie sie wstege nosnika z wlókna zbrojeniowego impregnowana w maszynie (w wyspecjalizowa¬ nej wytwórni) zywica termoutwardzalna posiada¬ jaca przez okreslony okres czasu w temperaturze pokojowej konsystencje pólstala, plastyczno-gu- mowata. Wstegi takie dostarczane sa w zwojach przelozonych folia rozdzielcza zapobiegajaca skle¬ jeniu sie i nosza potoczna nazwe prepregów.Zbrojenia wstepnie impregnowane stosowane sa obecnie wylacznie przy wytwarzaniu niewielkich wyrobów w duzych seriach przy zastosowaniu formowania cisnieniowego od 2 do 20 atn w pod¬ wyzszonej temperaturze 130° + 150°C, w bardzo sztywnych formach dwustronnych, rzadziej w oprzyrzadowaniu jednostronnie sztywnym metoda worka cisnieniowego (stempla elastycznego) lub autoklawowa.Metoda worka prózniowego, przy której cisnie¬ nie nie przekracza 0,9 atn nie zapewnia racjonal¬ nego formowania zbrojen wstepnie impregnowa¬ nych.Stosowane obecnie metody przerobu zbrojen wstepnie impregnowanych sa nieprzydatne dla wiekszych ustrojów konstrukcyjnych, dla których jednak wlasnosci mechaniczne laminatu ze zforo- 10 15 20 25 jen wstepnie impregnowanych moga byc szcze¬ gólnie korzystne i pozadane.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wykorzystania zbrojen wstepnie impregnowanych w budowie duzych, nieskomplikowanych ustro¬ jów, zwlaszcza w budownictwie ladowym i okre¬ towym. Cel ten zostal osiagniety przez wielokrot¬ ne kolejne ukladanie i pózniejsze utwardzanie strefowe laminatu ze zbrojen wstepnie impregno¬ wanych za pomoca urzadzenia wedlug wynalaz¬ ku przesuwanego wzdluz formy.Sposób ukladania i utwardzania laminatu ze zbrojen wstepnie impregnowanych przebiega na¬ stepujaco: wstega impregnowana odwijana zostaje ze zwoju i ukladana z okreslonym dociskiem na formie metoda dachówkowa, schodkowa lub inna dajaca cala grubosc wyrobu. Ulozone wstegi na formie poddawane sa polimeryzacji strefowej, w temperaturze i cisnieniu zapewnionych przez uklad utwardzania urzadzenia. Ukladanie i utwar¬ dzanie przebiegaja w kolejnych, powtarzajacych sie taktach, z których kazdy trwa tak dlugo jak tego wymaga utwardzenie termiczne.Szerokosc strefy cisnienia wywieranego przez uklad utwardzania musi byc wieksza od szero¬ kosci pasa materialu ukladanego w jednym tak¬ cie, w wyniku czego kolejne strefy zachodza na siebie, natomiast strefa ogrzewania jest wezsza od strefy cisnienia* aby uplynnienie zywicy nie siegala brzegów strefy cisnienia. Cisnienie wywie- 60 0343 rane przez uklad utwardzania musi byc tak zrów¬ nowazone, aby minimum sily przenoszone bylo przez konstrukcje formy, przy czym sily równo¬ wazace te cisnienia przejmowac ma w zasadzie konstrukcja przestawnego urzadzenia.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladach wykonania, przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy do¬ wolnego urzadzenia, fig. 2 przedstawia urzadze¬ nie do ukladania wahadlowo-dachówkowego wste¬ gami wylacznie poprzecznymi o zbrojeniu orto- tropowym lub poprzecznie izotropowym, zas fig. 3 i 4 przedstawiaja 'urzadzenie do ukladania sehodkowo-krzyzowego wstegami zarówno po¬ przecznymi jak i wzdluznymi (na plaskiej plycie o stalej szerokosci) trzech par warstw zbrojen, przy czym kazda para sklada sie z warstwy •wsteg wzdluznych i warstwy wsteg poprzecznych.Fig. 2 zawiera przekroje pionowe przez urzadze¬ nie do ukladania (strona lewa) i przez urzadze¬ nia do utwardzania ogrzewane elektrycznie (stro¬ ma prawa).Urzadzenie do zmechanizowanego ukladania przedstawione ma fig. 2 sluzyc moze zarówno dla zbrojen jednorodnych jiak i dwuwarstwowych tak zwanych komleksów czyli mato-tkanin, jak rów¬ niez po niewielkiej zmianie kinematyki do ukla¬ dania schodkowego. Fig. 4 przedstawia cztery ko¬ lejne fazy I, II, III i IV pracy urzadzeniia jak ma fig. 3 w przekroju pionowym wzdluznym, przy czym fazy I, II, III skladaja sie na pelny takt ukladania a IV jest wstepna faza nastepnego, po przestawieniu urzadzenia w nowe polozenie, tak¬ tu pracy. Uklad utwardzania ogrzewany jest tu goraca ciecza. Komplet zwojów zbrojenia wstep¬ nie impregnowanego 1 cyklicznie odnawiany z ze¬ stawu rezerwowego 2 odwijany jest przez naped 3 za pomoca walków 4 dociskajacych ukladane wstegi do formy.Uklad utwardzania w tym samym czasie dziala na poprzednio ulozony na formie material cisnie¬ niem za pomoca przeponowych komar 5 obustron¬ nie rozmieszczonych nad i pod forma. Komory za¬ wieraja na czesci swej powierzchni roboczej ele¬ menty grzejne 6 przy czym zasilanie medium sprezonym i energia cieplna odbywa sie przez sta- bilizatory-nastawniki 8 i 9. Mechanizm przemie¬ szczania urzadzenia wzdluz formy posiada naped 7. Calosc sterowania i automatyzacji nastawnej ukladów i mechanizmów skoncentrowana jest na pulpicie manewrowym 10.Na fig. 2 pokazano urzadzenie na bramownicy 11, która zastapic mozna pomostem sztywno zwia¬ zanym z odpowiecinio przystosowana suwnica, która przesuwa sie wzdluz formy wyrobu (ustroju konstrukcyjnego) o zmiennym przekroju poprzecz¬ nym, z zabezpieczeniem 12 przeciwko podniesieniu pomad tory. Urzadzenie zaopatrzone ;est w naste¬ pujace uklady pólautomatyczne: —r Uklad zasilania zbrojeniem wstepnie impre¬ gnowanym i ukladania (laminowania), przestaw¬ ny wzgledem bramownicy 11 w ustalonym po¬ rzadku dostosowanymi do struktury wyrobu. Na uklad ten sklada sie wahadlowa dzwignia ramo- 10 034 4 wa 13 wyposazona w szpule zbrojenia impregno¬ wanego 14 na przyklad jedna aktualnie odwijiana i druga przygotowana do jej zastapienia (po wy¬ czerpaniu), w obrotnice 15 poruszajaca sie waha- 5 dlowo wraz z dzwignia 13, w pare rolek 16 gro¬ madzacych folie oddzielczia zbrojenia i kolejno dociskajacych te wstege podczas -ukladania, w przecinak dzwigniowy 17 o dlugosci ostrza wiek¬ szej od szerokosci przecinanej wstegi oraz w sy- io stem poruszania (napedu) 18 dzwigni 13 (za po¬ moca na przyklad, ciegiel obiegowych) ruchem wahadlowym przerywanym w skrajnych poloze¬ niach. Przebieg tego ruchu oraz przecinanie wste¬ gi i obracanie ukladu (lub ;ego czesci) w skraj- 15 nych polozeniach kontrolowane sa ewentualnie obslugiwane recznie z pomostu 19 nalezacego do bramownicy 11.— Uklad utwardzania cisnieniowo-termicznego jest zwiazany z bramownica (suwnica) i porusza 20 sie tylko w pionie. Sklada sie on z ramy z prze¬ stawnym wedlug glebokosci formy stelazem prze¬ gubowym . 20 równowazacym docisk komory sztywnoscia konstrukcji bramownicy, ewentualnie z podnosnika 21 do unoszenia calosci na czas 25 przesuwania bramownicy (suwnicy) oraz elasty¬ cznych komór, zespolu górnego 22 i dolnego 24, dzialajacych obustronnie na forme z ulozonymi (na pelna grubosc) zbrojeniami wstepnie impre¬ gnowanymi cisnieniem na przyklad 2 -=- 4 atn. 30 Górny zespól (lub oba zespoly) zawiera mate grzejna elektrooporowa 23 na czesci szerokosci.Powierzchnie komór i ewentualnie maty grzej¬ ne maja wlasnosci rozdzielcze aby latwo mozna je bylo zdljac po ziakonczeniu taktu pracy. Jesli okaze sie to niewystarczajace, na wierzch ulozo¬ nych zbrojen wstepnie impregnowanych polozo¬ na musi byc folia rozdzielcza. Potrzebne do tego uklady (niezaleznie od pozostalych) nie sa poka- 40 zane na rysunkach. Silly reakcji z dolnego zespo¬ lu 24 przejmuje podloga i konstrukcje podporowo- ogranicziajace 25. Na fig. 3 analogicznie jak na fig. 2 bramownica 11 przesuwa sie wzdluz formy z zabezpieczeniem 12 i zaopatrzona jest w naste- 45 puj'ace uklady pólautomatyczne: — Uklad zasilania wzdluznymi wstegami zbro¬ jenia wstepnie impregnowanego sklada sie z ze¬ stawów szpul 26, których sumaryczna szerokosc co najmniej równa sole szerokosci plyty, zas dlu- 50 gosc (ma kazdej szpuli) dlugosci plyty.Wstegi spotykaja sie na formie na styk krawe¬ dzi, co dla zbrojenia jednokierunkowego jest naj¬ bardziej racjonalne. Lilczba zestawów szpul 26 równa sie liczbie warstw wzdluznych w formowa- 55 nej plycie. Dla lepszego podparcia kazdy zestaw szpul posiada dwie równolegle osdie oraz trzeci walek 27, dla zbierania ze zbrojenia folii oddzdel- czej, ewentualnie z napedem lub naciagiem spre¬ zyna (nie pokazanymi). 60 — Uklad zasilania poprzecznymi wstegami zbro¬ jenia wstepnie impregnowanego sklada sie z za¬ pasu (okresowo uzupelnianego) szpul luznych 28, z których kazda zawiera wstege dlugosci równej co najmniej szerokosci plyty. Szpule te grawita- 65 cyjnie dostaja sie cjo ukladu ukladania, gdzie sa5 60 034 f :zuzywane i to w kazdym takcie pracy tyle, ile jest warstw poprzecznych w wyrobie, a tym sa- _mym ile par prowadnic 29 jest zainstalowanych.'Prowadnice 29 sa przestawne wzgledem bra¬ mownicy 11 w ustalonym porzadku (zwiazanym ;-z metoda ukladania) jiak obrazuje ciag schematów aa fig. 4.Wraz z parami prowadnic 29 przesuwa sie wzgledem bramownicy zespól pomocniczy, na który sklada sie mechanizm napedowy 30 poru¬ szajacy system srub pociagowych 31 (lub inny :równowazny) w prowadnicach 29 i rolka 32 gro¬ madzaca folie 'rozdzielcza ze szpul zbrojenia 28 podczas ich rozwijania.Azeby rozwijanie polaczone bylo z dociskiem zbrojenia do formy, prowadnice 29 przesuwaja sie po szynach o regulowanym (wedlug grubosci warstw) wzniesieniu ponad powierzchnie formy, ~zas tor przesuwu osi szpul 28 jest pochylony -wzdluz drogi toczenia (pomiedzy para prowadnic 29) stosowinie do malejacej srednicy odwijanego zwoju.— Uklad utwardzania cisnieniowo-termicznego jest bardzo podobny do urzadzenia wedlug fig. 2, jednak nie zawiera stelazu przegubowego 20, pod¬ nosnika 21 i maty grzejnej (elektrooporowej) 23, natomiast poszczególne komory czesci elastycz¬ nych zasilane sa ciecza o róznych temperaturach jak naprzyklad wpisane na fig. 4 schemat I. Dol¬ na czesc elastyczna jako caly zespól przesuwana jest pod forma na podwoziu 33 nadazajac za bra¬ mownica 11. Na czas obciazenia cisnieniem, jego reakcje przejmuje uklad sztywnych podpór 34 obciazajacych podwozie 33. Urzadzenie wedlug fig. 3 i 4 nie musi pracowac na formie o przekro¬ ju poprzecznym scisle prostoliniowym, ale bez¬ warunkowo stalym na calej dlugosci wyrobu.W przypadku zastosowania przekroju krzywoli¬ niowego podobnie zakrzywione musza byc prowa¬ dnice 29.Dzialanie urzadzenia wedlug fig. 2 jest naste¬ pujace: Szybkosc postepu bramownicy 11 koordynuje sie z szybkoscia ukladania i czasokresem utwar¬ dzania tak, aby podczas jednego taktu przybywal pas laminatu wezszy od strefy cisnienia oraz aby .strefa uplynnienia rozgrzanej w zbrojeniu wstep¬ nie impregnowanym zywicy nie siegala brzegu estrefy cisnienia (po stronie ukladania) co moglo¬ by powodowac wycisniecie zywicy poza komore.Czas trwania taktu pracy jest równy czasowi "utwardzania zbrojen, które nastepnie podlegaja jeszcze wygrzaniu (dotwardzeniu) na tylnym skraju strefy grzania. Takt pracy w dowolnym (kolejnym) polozeniu bramownicy 11 (lub pomo¬ stu suwnicy) rozpoczyna sie ód zakleszczenia (za¬ mocowania) przycietej wstegi zbrojenia na kra¬ wedzi formy i wlaczenia napedu 18 dzwigni wa¬ hadlowej 13 i zasilania ukladu utwardzania cis¬ nieniem i energia (w elektrooporowej macie grzej¬ nej), l^ Podczas jednego taktu ulozone zostaje kilka lub "kilkanascie odcinków (poprzecznych) zbrojenia, przy czym po zakonczeniu Ukladania kazdego z ndch nastepuje wylaczenie napedu dzwigni, prze- i ciecie wstegi i przestawienie na ruch w przeciw¬ nym kierunku przez obrót pary rolek 16 (wokól ich wspólnej osi) o 90° w przypadku zbrojenia 5 wstepnie impregnowanego jednorodnego lub przez obrót calej dzwigni 13 wewnatrz obrotnicy. 15 o kat 180° — w przypadku zbrojenia dwuwarstwo¬ wego, wymagajacego skierowania ku formie zaw¬ sze tej samej strony wstegi. Nastepnie uklad ukla- 10 dania zostaje przestawiony o staly odstep (skok) i po zakleszczeniu zbrojenia na krawedzi formy ponownie uruchomiony.W przypadku wystepowania duzych otworów (na przyklad luków w pokladzie statku) na formie, 15 mozna krawedzie takich otworów przystosowac do przecinania i ponownego mocowania wstegi zbrojenia by nie zakrywac otworu. Na zakoncze¬ nie taktu pracy uklad ukladania zostaje przesta¬ wiony do polozenia wyjsciowego a zasilanie ukla- 20 du utwardzania wylaczone i ewentualnie czesc elastyczna górna uniesiona podnosnikiem 21.Wówczas bramownica 11 (lub pomost suwnicy) przesuwa sie do nastepnego polozenia, powtarza¬ jac takie takty az do chwili gdy uklad utwardza- 25 nia przejdzie cala dlugosc formy. Wówczas wyrób jest w zasadzie gotowy i moze byc odformowany.Dzialanie urzadzenia na fig. 3 i fig. 4 jest naste¬ pujace.Koordynacja szybkosci laminowania i czaso- 30 kresu (cyklu) utwardzania jest analogiczna jak dla urzadzenia wedlug fig. 2. Takt pracy rozpo¬ czyna s'ie od uruchomienia skrajnej (od czola) prowadnicy 29 ukladajacej swa walcowa czescia wstegi wzdluzne pierwszej warstwy i od podnie- 35 sienia cisnienia i temperatury cieczy we wszyst- kich, komorach. Przesuw prowadnicy wylacza sie automatycznie gdy zajmie ona polozenie umozli¬ wiajace uruchomienie ukladania wstegi poprzecz¬ nej, to jest wprowadzenie luznej szpuli 28 w sy- 40 stemy ciagnace pierwszej wspólpracujacej pary prowadnic. Nastepnie zakleszcza sie brzeg zbroje¬ nia ze szp-uli 28 na krawedzi formy a brzegi folii oddzielajacej .na rolce gromadzacej 32 i wlacza koncówki napedowe mechanizmu 30 do sprzegiel 45 srub pociagowych w wyzej wymienionej pierwszej parze prowadnic 29 (I).Ody system ciagnacy odwinie szpule 28 ukla¬ dajac zbrojenie poprzeczne (z dociskiem) poista szpula 28 zostaje uwolniona z prowadnic i usunie- 50 ta poza urzadzenie. Wówczas wlacza sie przesuw dwu kolejnych (od czola) prowadnic po jednej z pierwszej i drugiej pary. Prowadnica z pierwszej pary toczy sie luzno zas ta z drugiej pary odwija ze szpuli 26 wstegi zbrojenia wstepnie impregno- 55 wanego 'trzeciej warstwy wzdluznej ukladajac je sehodkowo do polowy szerokosci poprzednio ulo¬ zonego pasa poprzecznego. Jednoczesnie druga pa¬ ra prowadnic 'ustawia sie w polozeniu wspólpra¬ cy, a zespól napedowy 30 przesuwa sie do niej by 60 zasilic ja nastepna luzna szpula 28, po czym jak wyzej powtarza sie operacje ukladania poprzecz¬ nego (II) czwartej warstwy.W analogiczny sposób laminowane sa dalsze 65 warstwy, po czym ostatnia (tylna) prowadnica zo-69634 staje doprowadzona do pozostalych i takt pracy na tym sie konczy. Równoczesnie zostaje obnizo¬ ne cisnienie w ulklaoMe utwardzania i bramowni¬ ca przesuwa sie wraz z nadazajaca za nia dolna czescia zespolu utwardzania do nowego poloze¬ nia. W ruchu tym nie biora udzialu prowadnice 29 pozostajace nieruchome do rozpoczecia nastep¬ nego taiktu (IV). Podobne talkty powtarzane sa do chwili uitwardziania calej plyty.Korzysci techniczne wynikajace ze stosowania wynalazku sa nastepujace: poslugiwanie sie urza¬ dzeniem technologicznym w zasadniczej czesci uniwersalnym dtta duzej grupy wyrobów (ksztal¬ tów I gabarytów konstrukcji) ii uniwersalnym standardowym materialem w produkcji jednostko¬ wej lub maloseryjinej; ograniczenie do absolutne¬ go minimum operacji o charakterze chemicznym (tak zwanych brudnych) w przetwórstwie two¬ rzyw sizitucznych, równiez w produikcji wielkose- ryjnej, w budownictwie i przemysle maszynowym na przyklad stoczniowym i tym podobnych; osiag¬ niecie wysokich i wyrównanych (powtarzalnych) wskazników wytrzymalosciowych typowych dla laminatu ze- zbrojen wstepnie impregnowanych w wiejkisizych ustrojach formowanych na prostych i lekkich, niezbyt sztywnych, a wiec i latwych do wykonania formach, tym samym 'potencjonalne rozszerzenie zakresu stosowalnosci zbrojen wstep¬ nie impregnowanych w technicznie pozadanym, kierunku; umozliwienie biezacej kontroli w toku produikcji i ewentualnego jej zatrzymania i skory¬ gowania, zwlaszcza odnosnie parametrów utwar- 5 dzanda, co wynika ze stopmiowosci operacji utwar¬ dzania uikladem przestawnym. PL