Pierwszenstwo: Opublikowano: 04.Y.1968 (P. 129 446) 29.V.1967 Stany Zjednoczone Ameryki 29.XII.1973 68496 KI. 39a*,23/12 MKP B29d 23/12 UKD Twórca wynalazku: James Luther Grosh Wlasciciel patentu: United Aircraft Corporation, East Hartford (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób wytwarzania rur z tworzyw sztucznych Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania rur z tworzyw sztucznych posiadajacych w wielo¬ krotnie wieksza wytrzymalosc na rozrywanie wzdluzne niz obwodowe.Znane jest wytwarzanie rur, przewodów oraz przeróznych pustych i drazonych przedmiotów przez owijanie wlóknami trzpieni i pólfabrykatów.Sposób ten polega na ukladaniu lub owijaniu wy¬ soko wytrzymalosciowymi wlóknami pokrytymi zy¬ wica trzpieni, utwardzaniu zywicy i zdejmowaniu nastepnie uksztaltowanego produktu z trzpienia.Wykonane tak przedmioty charakteryzuja sie wy¬ soka obwodowa wytrzymaloscia przy stosunkowo malej wytrzymalosci na zginanie i wydluzenie.Stosowano rózne sposoby powiekszenia wytrzyma¬ losci podluznej i na zginanie, polegajace na owi¬ janiu tkanymi z wysoko wytrzymalosciowych ar¬ kuszy tkanin wokól trzpienia, ukladaniu zoriento¬ wanych podluznie wlókien o wysokiej wytrzymalo- losci zarówno w postaci pojedynczych wlókien, jak i arkuszy wzdluz dlugosci trzpienia, wlacze¬ nie pocietych, dowolnie zorientowanych wlókien w tworzacy sie korpus produktu oraz srubowe owijanie trzpienia wlóknami.Wzmocnienie takimi arkuszami tkanin jest dosc kosztowne i w zasadzie jest w pewnym stopniu marnotrawstwem, jako ze zabezpiecza zarówno po¬ dluzna jak i obwodowa wytrzymalosc produktu, w przypadkach, gdzie jedynie pozadana jest wy¬ trzymalosc podluzna. Zastosowanie ulozonych po- 10 15 20 25 80 dluznie wlókien wzmacniajacych lub arkuszy tych wlókien daje dobre rezultaty, jednakze produkcja jest bardziej zlozona i kosztowna. Uzycie cietego niedoprzedu jest zarówno nieeokonomiczne jak i kosztowne, a technika owijania srubowego wyma¬ ga marnotrawnego obcinania konców wykonanego produktu.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania rur z tworzyw sztucznych których wytrzymalosc podluzna oraz wytrzymalosc na zginanie bylaby znacznie wieksza od ich wy¬ trzymalosci obwodowej.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czesc tasmy zawierajacej wlókna po¬ przeczne w widoku z góry, fig. 2 — przekrój cze¬ sci tasma pokazana na fig. 1 w czesciowym po¬ wiekszonym przekroju wzdluznym, fig. 3 — czesc tasmy w przekroju poprzecznym, fig. 4 — sche¬ matyczne przedstawienie wytwarzania rury we¬ dlug wynalazku, fig. 5 — przekrój poprzeczny przez sciane jednego z przykladów rury wykona¬ nej sposobem wedlug wynalazku i fig. 6 przedsta¬ wia przekrój poprzeczny przez sciane odmiennego przykladu rury.Tasmy wytwarza sie sposobem wedlug wynalaz¬ ku z tasm 1 które zawieraja pewna ilosc równo¬ leglych ulozonych podluznie nici nosnych 2, do których przyczepiona jest wielka ilosc poprzecz¬ nych wlókien 3 o wysokiej wytrzymalosci. Wlók- 08 4963 na 3 przymocowane sa do nici nosnych 2 w miej¬ scach ich wzajemnego skrzyzowania sie 40.Wlókna poprzeczne 3, jak pokazano dokladniej na fig. 2 i 3 stanowia paski zawierajace wielka ilosc poszczególnych wlókien elementarnych 4.W technice przedzalniczej okreslenie „pojedyncze wlókno" oraz „wlókno wielokrotne" oznacza wlók¬ na zawierajace pewna ilosc idywidualnych wlókien elementarnych. „Wlókno pojedyncze" zawiera wiel¬ ka ilosc wlókien elementarnych uzyskiwanych w trakcie wytwarzania z. jednej szpulki, podczas gdy „wlókno wielokrotne" lub „niedoprzed" zawiera wielka ilosc wlókien elementarnych uzyskiwanych z wiekszej ilosci szpuli. Uzyte okreslenie „tasma z wlókien" oznacza wlókno zawierajace wielka ilosc zwykle równoleglych wlókien elementarnych i posiadajace zarówno wlókna pojedyncze jak i wielokrotne, jak równiez wielka ilosc splecionych wlókien elementarnych.Jedynym zadaniem nici nosnych jest utrzymy¬ wanie wlókien poprzecznych, nie zas wzmocnienie koncowego wyrobu. Odpowiednio wiec nici 2 mo¬ ga byc wykonane z kazdego wlókna lub nitki na przyklad z bawelny, nylonu, szkla, sztucznego je¬ dwabiu. Ilosc takich nici w zasadzie powinna byc mala, zapewniajac jedynie wlasciwe utrzymywa¬ nie poprzecznych wlókien. Ilosc ta zalezy od ogól¬ nej szerokosci tasmy i zawiera sie w zakresie od 2 do 10, przy czym w wiekszosci przypadków wy¬ nosi 4. Wlókna poprzeczne moga byc wykonane z kazdego materialu o sredniej wytrzymalosci. Mo¬ ga to byc na przyklad wlókna szklane, druty me¬ talowe lub metalowe wlókna, wlókna z tworzyw sztucznych na przyklad z nylonu, jedwabiu sztucz¬ nego lub polimerów akrylowych. Wlókno szklane jest jednakze materialem najlepszym z powodu jego wysokiej wytrzymalosci, latwosci obróbki i odpornosci na korozje.Nalezy podkreslic, ze jedyna funkcja wzdluz¬ nych nici nosnych 2 jest utrzymywanie poprzecz¬ nych wlókien we wlasciwym ulozeniu, a nie wzmacnianie obwodowe plastikowych rur, wytwa¬ rzanych z tasmy. Zgodnie z tym zadaniem calko¬ wita ilosc wlókien poprzecznych jest zasadniczo wieksza niz ilosc nici podluznych, a wiec czesc tasmy o równej dlugosci i szerokosci posiada za¬ sadnicza wieksza wytrzymalosc poprzeczna na ro¬ zerwanie (przynajmniej w rzedzie wielkosci dwa razy wieksza) niz wytrzymalosc podluzna. Przy zachowaniu powyzszych warunków wytrzymalosc podluzna tasmy moze byc pomijana przy kon¬ struowaniu rur wedlug wynalazku.Przykladowa tasma posiadajaca szerokosc 19 cm zawiera trzy nici nosne z których kazda posiada okolo 120 elementarnych wlókien szklanych. Na kazdym jednym centymetrze biezacym tasmy ulozone sa trzy poprzeczne wlókna szklane, kazde zawierajace okolo 2000 wlókien elementarnych.Wytrzymalosc poprzeczna na rozrywanie takiej 19-to centymetrowej dlugosci tasmy jest ponad 300 razy wieksza niz jej wytrzymalosc podluzna.Stosunek ten moze byc dalej zwiekszony przez uzycie mniejszej ilosci lub cienszych nici nosnych, lub przez zmiane nici szklanych nicmi bawelnia¬ nymi. Przy stosowaniu bawelny na przyklad wy- 496 4 trzymalosc poprzeczna moze byc ponad 1000 razy wieksza niz podluzna. Szerokosc tasmy moze byc wybrana tak aby tasma mogla byc zastosowana w sposobie wytwarzania wzmocnionych rur z two- 5 rzywa sztucznego wedlug wynalazku.Opisana tasma stosowana jest do podluznego wzmacniania wlóknami rur z tworzyw sztucznych.Rury takie posiadaja scianki wykonane z ulozo¬ nych pierscieniowo wlókien na przyklad z wló- 30 kien szklanych, naturalnych lub drutów metalo¬ wych, lub z róznych wysoko wytrzymalosciowych wlókien sztucznych na przyklad z nylonu, umie¬ szczonych w materiale utwardzonym na przyklad polietylen, zywica epoksydowa, wedlug znanej tech- 15 niki wytwarzania takich rur. Scianki moga równiez zawierac opisane poprzednio materialy. Przedsta¬ wione to zostanie w dalszym ciagu opisu.Jak pokazano schematycznie na fig. 4 wzmac¬ niana rura z tworzywa sztucznego wytwarzana 20 jest przez pokrywanie wirujacego trzpienia 50 cien¬ ka warstwa zywicy 51, na która kladziona jest warstwa rzadko tkanego materialu 52. Nastepnie nawija sie na trzpien ciagla tasme 53 z poprzecz¬ nymi wlóknami tak, by nastepny zwój tasmy cze- 25 sciowo nakladal sie na poprzedni. Tasme te jedno¬ czesnie nasyca sie zywica z warstwy polozonej po¬ przednio materialu 52. Calosc pokrywa sie osta¬ tecznie wlóknami o wysokiej wytrzymalosci na przyklad wlóknami szklanymi, osiagajac zadana 30 grubosc scianki rury. Zaleznie od pózniejszego za¬ stosowania, wlókna moga byc pokryte róznorodny¬ mi dodatkowymi materialami. Moze byc takze polozona blizej srednicy zewnetrznej druga war¬ stwa tasmy wzmacniajacej z wlóknami poprzecz- 35 nymi, ukladana w sposób podany powyzej.Zywica na powierzchni nawijanej na ogól wy¬ starcza do nasycania tasmy, jednakze tasma nie na¬ sycona wystarczajaco moze byc pokryta zywica dodatkowo. Na takich warstwach mozna polozyc 40 jeszcze warstwe wlókien obwodowych. Nastepnie zywica jest utwardzona po czym rura zdejmowa¬ na jest z trzpienia.Na fig. 5 przedstawiony jest przekrój sciany jednego z przykladów wykonania rury. Sciana za- 45 wiera wewnetrzna powierzchnie stanowiaca zywi¬ ce 51, na której znajduja sie: warstwa rzadko tka¬ nej tkaniny 52, warstwa tasmy 53 z wlóknami po¬ przecznymi zachodzacymi czesciowo na siebie, ko¬ lejno nastepujace obwodowo nawiniete warstwy 50 wlókien 54 o wysokiej wytrzymalosci oraz czaste¬ czek 55, druga warstwa tasmy 53 o czesciowo na¬ kladajacych sie wzajemnie wlóknach poprzecz¬ nych, warstwa wlókien obwodowych 54 oraz war¬ stwa czasteczek 55. Wszystkie skladniki sa zlaczo- 55 ne razem przez utwardzona zywice, która przeni¬ ka dokola, miedzy i poprzez wszystkie warstwy.Na rysunku zywica dla przejrzystosci nie zostala zaznaczona. Sciana przedstawiona na fig. 5 jest w zasadzie dosc gruba. W takich scianach zwykle 60 naprezenia zginajace wystepuja na wewnetrznej i zewnetrznej srednicy. Tak wiec dla maksymal¬ nego wykorzystania wlókien poprzecznych tasmy wzmacniajacej, warstwa 53 tej tasmy powinna byc umieszczona raczej w poblizu wewnetrznej i ze- 65 wnetrznej powierzchni niz w srodku sciany.68 496 6 Inna budowa sciany rury przedstawiona jest na fig. 6. W tej stosunkowo cienkosciennej rurze w materiale zywicowym 60 umieszczone sa warstwy wlókien obwodowych 54 oraz nakladajaca sie warstwa 53 tasmy z wlóknami poprzecznymi.Powyzszy sposób wedlug wynalazku umozliwia prosto i tanio wytwarzanie rur z tworzyw sztucz¬ nych o znacznej wytrzymalosci podluznej, a mini¬ malnej wytrzymalosci obwodowej, co niemozliwe bylo stosujac dotychczas znane sposoby wytwa¬ rzania rur. PL PL