RU2210501C1

RU2210501C1 - Method of manufacture of long-cut profiled articles from composite materials and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2210501C1
Application number: RU2002110776A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Николаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ГАЛЕН"
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-08-20

Abstract

FIELD: reworking of plastics+ADs- continuous manufacture of profiled articles from composite materials. SUBSTANCE: proposed method includes orientation of continuous reinforcing fibers, impregnation of cord with polymer binder, evacuation, molding article profile, hardening and extraction of finished articles. Subjected to evacuation is non-molded cord which is then additionally impregnated with binder. Used as binder is mixture of monomers with hardening agent not containing solvent. Device proposed for realization of this method includes bobbin holder with continuous reinforcing fiber, fiber orientation unit, dipping tank, at least one evacuation chamber, profile molding unit, hardening chamber and pulling mechanism. Evacuation chamber is mounted after dipping tank. Mounted after evacuation chamber are additional impregnating unit and profile molding unit. EFFECT: facilitated procedure+ADs- reduced porosity of articles. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано для непрерывного изготовления профильных изделий из композиционных материалов способом полтрузионного формования, которые могут найти применение в качестве конструкционного материала в различных областях промышленности и в строительстве. The invention relates to the field of plastics processing and can be used for the continuous manufacture of shaped products from composite materials by the method of half-pressing molding, which can be used as a structural material in various fields of industry and construction.

Известен способ получения длинномерных профильных изделий из композиционного материала (полимерных арматурных стержней), включающий формирование жгута из непрерывных армирующих волокон, их пропитку полимерным связующим, формирование профиля изделия, оплетку и отвержение в нескольких обогреваемых полимеризационных камерах в режиме ступенчатого нагрева и охлаждения (а.с. СССР 1735533, кл. Е 04 С 5/07, опубл. 1992 г.). A known method of producing long profile products from composite material (polymer reinforcing rods), comprising forming a bundle of continuous reinforcing fibers, impregnating them with a polymer binder, forming the product profile, braiding and rejection in several heated polymerization chambers in the mode of stepwise heating and cooling (a.c USSR 1735533, class E 04 C 5/07, publ. 1992).

Известен способ изготовления длинномерных профильных изделий из полимерных композиционных материалов включающий, ориентирование непрерывных армирующих волокон, их пропитку полимерным связующим, формирование профильного изделия путем протяжки через нагретую фильеру и спиральную навивку обмоточного материала перед входом в формующую фильеру (патент РФ 2009037, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1994 г.). A known method of manufacturing long profile products from polymer composite materials, including orienting continuous reinforcing fibers, impregnating them with a polymer binder, forming a profile product by drawing through a heated die and spiral winding of the winding material before entering the forming die (patent RF 2009037, class B 29 C 55/30, publ. 1994).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения стеклопластиковой арматуры, включающий операции ориентирования армирующих стеклонитей, пропитки связующим, содержащим растворитель, отжим связующего, формование профильного изделия протяжкой в несколько стадий через обогреваемые фильеры с уменьшающимися по ходу изделия проходными сечениями, вакуумированием после каждой стадии формования профильного изделия и отвержение изделия с последующим его отбором (а.с. СССР 937207, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1982). Особенностью указанного способа является использование полимерного связующего, содержащего растворитель, который удаляется с использованием нескольких стадий формирования профиля и последующего вакуумирования, что усложняет процесс и повышает пористость получаемых изделий. Closest to the proposed invention is a method for producing fiberglass reinforcement, including orienting glass reinforcing fibers, impregnating with a binder containing a solvent, pressing the binder, forming the shaped product by drawing in several stages through heated dies with decreasing cross-sections along the product, evacuating after each stage of forming the core products and the rejection of the product with its subsequent selection (A.S. USSR 937207, class B 29 C 55/30, publ. 1982). A feature of this method is the use of a polymer binder containing a solvent, which is removed using several stages of profile formation and subsequent evacuation, which complicates the process and increases the porosity of the resulting products.

Известна установка для изготовления неметаллической арматуры, включающая шпулярник с установленными на нем бобинами с армирующим волокном, камеру отжига, пропиточную камеру, формовочный узел с блоком фильер, камерой предварительной полимеризации и обмотчиком, камеры отвержения, протяжный и отрезной механизмы (Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции. М., Стройиздат., 1980). A known installation for the manufacture of non-metallic reinforcement, including creel with installed bobbins with reinforcing fiber, an annealing chamber, an impregnation chamber, a molding unit with a die block, a prepolymerization chamber and a wrapper, a reject chamber, a broaching and cutting mechanism (Frolov N.P. Fiberglass reinforcement and glass-concrete constructions. M., Stroyizdat., 1980).

Известна установка для изготовления арматуры на основе полимерных материалов, включающая шпулярник с установленными на нем бобинами с армирующим волокном, узел ориентирования армирующих волокон, камеру отжига, пропиточную ванну с отжимным устройством, устройство поперечной обмотки, камеры отвержения, снабженные инфракрасным источником нагрева, протяжный и отрезной механизмы (полезная модель RU 14443, кл. Е 04 С 5/07, опубл. 27.07.2000). A known installation for the manufacture of reinforcement based on polymeric materials, including creel crest with bobbins with reinforcing fiber installed on it, an orientation unit for reinforcing fibers, an annealing chamber, an impregnating bath with a squeezing device, a transverse winding device, rejection chambers equipped with an infrared heating source, a long and a cutting mechanisms (utility model RU 14443, class E 04 C 5/07, publ. 27.07.2000).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для изготовления стеклопластиковой арматуры, включающее шпулярник с армирующим волокном, узел ориентирования, пропиточную ванну, узел отжима связующего, несколько последовательно расположенных обогреваемых формующих фильер, после каждой из которых установлены камеры вакуумирования, камеру отвержения и узел отбора изделий (а.с. СССР 937207, кл. В 29 С 55/30, опубл. 1982). Closest to the proposed invention is a device for the manufacture of fiberglass reinforcement, including creel for hair with a reinforcing fiber, an orientation unit, an impregnation bath, a binder wringer unit, several heated molding dies arranged in series, after each of which there are vacuum chambers, a reject chamber and a product selection unit ( AS USSR 937207, class B 29 C 55/30, publ. 1982).

К недостаткам известного устройства можно отнести сложность установки. The disadvantages of the known device include the complexity of the installation.

Техническим результатом предлагаемых способа и устройства является упрощение технологии и уменьшение пористости получаемых изделий. The technical result of the proposed method and device is to simplify the technology and reduce the porosity of the resulting products.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления длинномерных профильных изделий из композиционного материала, включающем ориентирование непрерывных армирующих волокон, пропитку полученного жгута полимерным связующим, формирование профиля изделия, вакуумирование, термооотверждение и отбор готового изделия, отличающееся тем, что жгут дополнительно пропитывают связующим после вакуумирования, а формирование профиля осуществляют после дополнительной пропитки связующим, либо путем продольно поперечной обмотки изделия, либо термоотверждением, путем протяжки изделия через обогреваемую фильеру. При этом в качестве полимерного связующего используют смесь мономеров с отвердителем, не содержащую растворитель, например смесь эпоксидной или полиэфирной смолы с соответствующим отвердителем. The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing long profile products from composite material, including orienting continuous reinforcing fibers, impregnating the obtained tow with a polymeric binder, forming the product profile, evacuating, heat curing and selecting the finished product, characterized in that the tow is additionally impregnated binder after evacuation, and the formation of the profile is carried out after additional impregnation with a binder, or by longitudinally transversely primary winding of the product, or thermosetting, by pulling the product through a heated die. In this case, a solvent-free mixture of monomers with a hardener is used as a polymeric binder, for example, a mixture of epoxy or polyester resin with a corresponding hardener.

Устройство для осуществления способа, содержащее шпулярник с непрерывным армирующим волокном, узел ориентирования армирующего волокна, пропиточную ванну с отжимным устройством, узел формирования профиля изделия, хотя бы по одной камере вакуумирования и камере термоотверждения и протяжный механизм, дополнительно содержит узел дополнительной пропитки связующим, установленный после камеры вакуумирования перед узлом формирования профиля изделия. При этом в зависимости от используемого связующего узел формирования профиля представляет собой устройство продольно-поперечной обмотки или обогреваемую фильеру. Кроме того, устройство может дополнительно содержать камеру предварительного обогрева, установленную после пропиточной ванны, при этом камеры отвержения и предварительного обогрева снабжены инфракрасным источником нагрева или камера отверждения может быть выполнена в виде обогреваемой фильеры. A device for implementing the method, comprising a creel for hair with a continuous reinforcing fiber, a node for orienting the reinforcing fiber, an impregnating bath with a squeezing device, a node for forming the product profile, at least one evacuation chamber and a heat curing chamber and a lingering mechanism, further comprises an additional impregnation binder unit installed after evacuation chambers in front of the product profile forming unit. Moreover, depending on the binder used, the profile forming unit is a longitudinal-transverse winding device or a heated die. In addition, the device may further comprise a preheating chamber installed after the impregnation bath, wherein the curing and preheating chambers are provided with an infrared heating source or the curing chamber can be made in the form of a heated die.

Вакуумирование неутвержденного жгута позволяет удалить пузырьки воздуха из него, что снижает пористость изделия, в итоге повышает прочность получаемого изделия и стойкость к воздействию агрессивных сред. Evacuation of an unapproved tow makes it possible to remove air bubbles from it, which reduces the porosity of the product, and ultimately increases the strength of the resulting product and resistance to aggressive environments.

На фиг. 1 схематично представлена установка для изготовления арматуры с использованием связующего на основе полиэфирной смолы. In FIG. 1 schematically illustrates an apparatus for manufacturing reinforcement using a binder based on a polyester resin.

На фиг.2 изображена установка для изготовления арматуры с использованием связующего на основе эпоксидной смолы или полиэфирной смолы. Figure 2 shows the installation for the manufacture of reinforcement using a binder based on epoxy resin or polyester resin.

Установка включает последовательно установленные шпулярник 1, узел ориентирования армирующих волокон 2, камеру отжига 3, снабженную нагревателем, пропиточную ванну 4 с отжимным устройством 5, камеру вакуумирования 6, представляющую собой герметичную камеру с вакуумным отсосом, узел дополнительной пропитки связующим 7, выполненный в виде кольцевой проточной камеры со штуцером для подачи связующего, камеру отвержения 8, выполненную в виде удлиненной металлической фильеры и снабженную нагревательными элементами, диаметр и форма отверстия фильеры обусловливаются диаметром и профилем получаемого изделия, длина фильеры обуславливается диаметром получаемого изделия: чем больше диаметр изделия, тем длиннее требуется фильера. Установка также включает протяжный механизм 9. The installation includes serially installed creel 1, the orientation unit of the reinforcing fibers 2, the annealing chamber 3 equipped with a heater, the impregnation bath 4 with the squeezing device 5, the vacuum chamber 6, which is a sealed chamber with vacuum suction, the additional impregnation binder 7, made in the form of an annular a flow chamber with a fitting for supplying a binder, curing chamber 8, made in the form of an elongated metal die and equipped with heating elements, the diameter and shape of the hole f Lier are determined by the diameter and profile of the resulting article, the die length is caused by the resulting article diameter: the larger the diameter of the product, the longer the required spinneret. The installation also includes a broaching mechanism 9.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Армирующие волокна (ровинги) с нескольких бобин протягивают через устройство ориентирования армирующих волокон 2 и получают жгут, который протягивают через устройство 3 для отжига. На этом участке происходит частичное удаление замасливателя и подогрев жгута для облегчения пропитки полимерным связующим. Далее жгут протягивают через пропиточную ванну 4 с полимерным связующим, через отжимное устройство 5, снимающее излишки связующего, которые возвращаются в пропиточную ванну 4. Далее пропитанный связующим жгут поступает в камеру вакуумирования 6, где происходит удаление пузырьков воздуха из жгута. Затем жгут протягивают через узел 7 дополнительной пропитки жгута полимерным связующим, затем через обогреваемую фильеру (камера отвержения) 8 и открытое воздушное пространство, где происходит охлаждение до температуры окружающей среды и окончательное отвержение изделия, после чего оно подается на протяжный механизм 9, затем на режущий механизм или направляется на намоточный узел. Reinforcing fibers (rovings) from several bobbins are pulled through the orientation device of the reinforcing fibers 2 and get a bundle, which is pulled through the device 3 for annealing. Partial removal of the lubricant and heating of the tourniquet to facilitate the impregnation of the polymer binder occur in this area. Next, the tourniquet is pulled through an impregnation bath 4 with a polymeric binder, through a squeezing device 5, which removes excess binder, which returns to the impregnation bath 4. Next, the tourniquet impregnated with a binder enters the vacuum chamber 6, where air bubbles are removed from the tow. Then the tourniquet is pulled through the knot 7 additional impregnation of the tourniquet with a polymeric binder, then through a heated die (curing chamber) 8 and an open air space where it is cooled to ambient temperature and the product is finally cured, after which it is fed to the drawing mechanism 9, then to the cutting mechanism or sent to the winding unit.

Длину камеры отвержения и скорость протяжки жгута выбирают из расчета обеспечения полного отвержения связующего. The length of the curing chamber and the speed of the tow rope are selected in order to ensure complete curing of the binder.

Установка, изображенная на фиг.2, дополнительно содержит камеру предварительного нагрева 10 с источником нагрева, например галогенной лампой, и устройство продольно-поперечной обмотки 11, а камера отвержения 8 разделена на две части, первая из которых также снабжена источником инфракрасного или высокочастотного нагрева. The apparatus shown in FIG. 2 further comprises a pre-heating chamber 10 with a heating source, for example a halogen lamp, and a longitudinal-transverse winding device 11, and the rejection chamber 8 is divided into two parts, the first of which is also provided with an infrared or high-frequency heating source.

Эта установка работает следующим образом. This installation works as follows.

Ровинги с нескольких бобин протягивают через узел ориентирования армирующих волокон 2, полученный жгут протягивают через устройство 3 для отжига, через пропиточную ванну 4 с полимерным связующим, через отжимное устройство 5, камеру предварительного нагрева 10, где жгут нагревают до температуры ниже температуры отвержения связующего. В дальнейшем жгут протягивают через вакуумную камеру 6, через узел 7 дополнительной пропитки связующим и через устройство продольно-поперечной обмотки 11 и через камеру отвержения 8, и далее процесс ведут аналогично работе на установке по фиг.1. The roving from several bobbins is pulled through the orientation unit of the reinforcing fibers 2, the obtained bundle is pulled through an annealing device 3, through an impregnating bath 4 with a polymer binder, through a squeezing device 5, a preheating chamber 10, where the bundle is heated to a temperature below the binder curing temperature. Further, the tourniquet is pulled through a vacuum chamber 6, through a binder additional impregnation unit 7 and through a longitudinal-transverse winding device 11 and through a rejection chamber 8, and then the process is carried out similarly to the operation of the installation of FIG. 1.

Claims

1. A method of manufacturing long profile products from a composite material, including orienting continuous reinforcing fibers, impregnating the obtained tow with a polymeric binder, evacuating, forming the product profile, curing and selecting the finished product, characterized in that the unformed bundle is evacuated, which is then further impregnated with a binder, and as a binder, a solvent-free mixture of monomers with a hardener is used.

2. A device for the manufacture of lengthy profiled articles made of composite material containing creel with continuous reinforcing fiber, a fiber orientation unit, an impregnation bath with a squeezing device, at least one evacuation chamber, a product profile forming unit, a curing chamber and a lingering mechanism, characterized in that the evacuation chamber is installed after the impregnation bath, and after the evacuation chamber, an additional binder impregnation unit and a product profile forming unit are installed .