SU835805A1 - Способ пропитки длинномерной волок-НиСТОй лЕНТы жидКОСТью C диСпЕРгиРО-ВАННыМи B НЕй НиТЕВидНыМи чАСТицАМи - Google Patents

Description

Изобретение относится к переработке пластических масс, а также к пропитке длинномерных волокнистых материалов (лент, жгутов) из непрерывных j стеклянных и углеродных волокон различными жидкостями с диспергированными в них нитевидными частицами и может быть использовано в химической, машиностроительной и текстильной ц промлшпен пости.

Известен способ пропитки длинномерной волокнистой ленты жидкостью с диспергированными в ней нитевидными . частицами, включающий ориентацию нитевидных частиц относительно поверхности ленты и последующее их нанесение Недостатком способа является то, что при его использовании нитевидные частицы наносят на поверхность волокнистой ленты, межволокбн- А* ное пространство которой уже заполнено каким-либо связующим, обладающим на этой стадии изготовления материала достаточно высокой вязкостью, поэтому нитевидные частицы, даже ;

ориентированные перпендикулярно плоскости ленты, оседают на поверхности материала, проникая в него под действием слабых электростатических сил на незначительную глубину. ’θ

В случае использования лент или жгутов большой толщины (состоящих из' большего количества непрерывных волокон) нитевидные частицы присутствуют только на поверхности ленты и практически отсутствуют внутри материала. Это резко снижает упрочняющий эффект используемых частиц в готовых деталях, так как упрочняется полимерная матрица только между слоями материала, а матрица внутри слоя остается слабой.

Кроме того, существуют нитевидные частицы, например стеклянные, которые плохо ориентируются в электрическом поле.

Цель изобретения - повышение качества пропитки.

Поставленная цель достигается тем, что по способу пропитки длинномерной волокнистой ленты жидкостью с диспергированными в ней нитевидными частицами, включающему ориентацию нитевидных частиц относительно поверхности ленты и последующее их нанесение, нитевидные частицы ориентируют и наносят на ленту путем создания в зЬне пропитки направленного пульсирующего струйного потока жидкости с избыточным давлением, который создают путем пропускания жидкости через колеблющиеся пластины с конусными каналами, меньший диаметр которых меньше длины нитевидных частиц, а больший выбирают из соотношения

D-d _ъ , 5 d * ’ где 0 — больший диаметр конусного канала^ d — меньший диаметр конусного jq канала, причем пульсацию и избыточное давление жидкости сообщают путем воздействия на нее звуковыми колебаниями частотой 550 Гц и амплитудой 1-10 мм синхрон- ^5 но с обеих сторон ленты в направлении, перпендикулярном направлению ее перемещения, при этом колебания создают на расстоянии 1-3 длин нитевидных частиц от поверхности ленты.

Предложенный способ заключается в следующем.

В пропиточную ванну заливают жидкость с диспергированными в ней нитевидными частицами. Длинномерную волокнистую ленту пропускают через 25 ванну между двумя пластинами, в которых выполнены конусные каналы, удовлетворяющие требованию

D-d 30 d * ’ где 0 — больший диаметр конусного канала ;

d — меньший диаметр конусного _ канала, причем меньший диаметр канала выполнен меньшим длины нитевидных частиц. Пластины устанавливают в ванне параллельно ленте на расстоянии 1-3 длин нитевидных частиц от ее поверхности 40 и сообщают им синхронное колебательное движение частотой 5-50 Гц и ам- . плитудой 1-10 мм в направлении, перпендикулярном поверхности ленты.

Предлагаемый способ может быть 45 реализован с помощью устройства, схема которого представлена на фиг. 1; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство содержит ванну 1 с жид- jq костью, в которой диспергированы нитевидные частицы, в ванне смонтирован направляющий вал 2, подвижные пластины 3 с конусными каналами, между которыми проходит волокнистая лента 4. Пластины 3 соединены через ры- ’’ чаги 5 и пружины б с двумя источниками колебаний 7, например электромагнитами .

Устройство работает следующим образом. 60

Движущаяся в ванне 1 волокнистая лента 4 проходит между двумя подвижными пластинами 3, которые совершают возвратно-поступательное движение перпендикулярно плоскости ленты, со’ общаемое им через двуплечие рычаги 5 с демпфирующими пружинами 6 двумя электромагнитами 7.

При движении пластин в противоположные стороны пропитывающая жидкость с диспергированными в ней нитевидными частицами проходит через конусные каналы, образуя отдельные струи, которые с избыточным давлением воздействуют на ленту, пропитывают ее и одновременно увлекают внутрь ленты нитевидные частицы, ориентированные вдоль струи.

При движении пластин навстречу друг другу между ними также создается избыточное давление, увеличивающее глубину проникания частиц внутрь ленты. При этом каналы пластин самоочищаются от застрявших в них разориентированных нитевидных частиц, а часть потока пропитывающей жидкости, направленная вдоль ленты, смывает с ее поверхности непроникшие внутрь нитевидные частицы, освобождая тем самым поверхность ленты для приема новых частиц и предотвращая унос лентой из жидкости неориентированных и незакрепленных в волокнистой структуре ленты частиц.

При каждом последующем цикле колебания пластин воздействию струй подвергается новый участок движущейся лен^гы, что способствует . равномерному распределению нитевидных частиц в материале.

Кроме того, колеблющиеся пластины создают в пропитывающей жидкости турбулентные потоки, перемешивают ее, создавая тем самым однородную суспензию·нитевидных частиц в жидкости .

Экспериментально установлено, что при скорости движения ленты до 30 м/мин избыточное давление в зоне пропитки, обеспечивающее качественную пропитку материала и высокую степень проникновения в материал нитевидных частиц (без повреждения волокон) , должно составлять 0,05 0,3 кгс/см² для лент из непрерывных стеклянных и углеродных волокон.

Частота колебаний пластин зависит от скорости движения пропитываемой ленты, величины задаваемого избыточного давления (определяемого прочностью пропитываемого волокнистого материала) и находится в пределах от 5 до 50 Гц при пропитке лент на основе стеклянных и углеродных волокон. Нижняя величина диапазона ограничивается также длиной одновременно обрабатываемого участка ленты.

Амплитуда колебаний пластин зависит от величины задаваемого избыточного давления и находится в пределах от 1 до 10 мм.

Наименьшее допустимое расстояние колеблющейся пластины от поверхности ленты равно длине используемых ните5

8358056 видных частот, так как при меньшем расстоянии частицы, введенные в ленту, могут быть разориентированы или разрушены при механическом контакте с поверхностью пластин.

При расстоянии, большем 1-3 длин нитевидных частиц, последние могут разориентироваться после выхода из отверстия. Кроме того, при увеличении расстояния снижается величина давления на материал струи пропитывающей жидкости, выходящей из отверстия.

Если при этом минимальный диаметр каждого канала выполнить меньше длины нитевидной частицы, а соотношение параметров конусного канала из условия

большинство нитевидных частиц, проходящих через конусные каналы, будет стремиться сориентироваться вдоль центральной оси конусного канала,, так как при указанном соотношении вдоль стенок конусного канала возникает обратный поток пропитывающей жидкости, который разворачивает несориентйрованные нитевидные частицы вдоль центральной оси канала.

Пример. Из эпокситрифенольного связующего (ЭТФ, на основе смолы ЭТФ, ТУ6-05-211-516-7.5) и нитевидных кристаллов двуокиси титана Тi0^ (ТУб-18-183-74) приготавливали суспензию с весовым содержанием нитевидных кристаллов (частиц) 2%.

Концентрация связующего 45%, вязкость 10 сП. Диаметр нитевидных частиц 2,5-3,0 мкм, длина 0,8-1,0 мм.

Суспензию заливали в пропиточную ванну с помещенными в нее пластинами с конусными каналами.

Размер пластин 60 х 40 мм, минимальный диаметр отверстий 0 ,8 Мм, максимальный 3 мм, количество отверстий 260. Соотношение диаметров равно

Между пластинами пропускали ленту, состоящую из 6 углеродных жгутов ВМН-4 (ТУ-48-20-48-7) толщиной 0,3мм, Минимальное расстояние между пластинами 2 мм .

После заливки в ванну суспензии и заправки ленты пластинам сообщали колебательное движение перпендикулярно плоскости ленты, движущейся между пластинами со скоростью 5 м/мин. Каждая пластина колебалась с помощью электромеханического привода частотой 24 Гц и амплитудой 2 мм. При этом давление между пластинами (при минимальном расстоянии Между ними) ив струях связующего, воздействующих на ленту, составило 0,9 .

см

Пропитанную и подсушенную ленту наматывали на кольцевые оправки диаметром 146 мм, а затем отверждали. Полученные кольца толщиной 4-5 Ми разрезали на образцы (сегменты длиной 20 мм и шириной' 10 мм). Весовое содержание связующего в материале 38%. С помощью образцов определяли прочность при межслойном сдвиге..

Использование предлагаемого способа позволит повысить глубину и однородность распределения нитевидных частиц по сечению волокнистой ленты и уменьшить число технологических операций за счет совмещения процесса пропитки волокнистой ленты с введением в нее ориентированных нитевидных частиц.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к переработ ке пластических масс, а также к пропитке длинномерных волокнистых материалов (лент, жгутов) из непрерывных стекл нных и углеродных волокон различными жидкост ми с диспергированными в них нитевидными частицами и может быть использовано в химической машиностроительной и текстильной прог ышленности. Известен способ пропитки длиннсме ной волокнистой ленты жидкостью с диспергированными в ней нитевидными частицами, включающий ориентацию нитевидных частиц относительно поверхности ленты и последующее их нанесение Недостатком способа  вл етс  то, что при его использовании нитевидные частицы нанос т на поверхность волокнистой ленты, межволоконное пространство которой уже заполне но каким-либо св зующим, обладающим на этой стадии изготовлени  материала .достаточно высокой в зкостью/ позтому нитевидные частицы, даже ориентированные перпендикул рно плос кости ленты, оседают на поверхности материала, проника  в него под дейст вием слабых электростатических сил на незначительную глубину. в случае использовани  лент или жгутов большой толщины (состо щих из большего количества непрерывных волокон ) нитевидные частицы присутствуют только на поверхности ленты и практически отсутствуют внутри материала . Это резко снижает упрочн ющий эффект и с польз yeivojx частиц в готовых детал х, так как упрочн етс  полимерна  матрица только между сло ми материала , а матрица внутри сло  остаетс  слабой. Кроме того, существуют нитевидные частицы, например стекл н1&1е, которые плохо ориентируютс  в электрическом поле. Цель изобретени  - повышение качества пропитки. Поставленна  цель достигаетс  тем, что по способу пропитки длинномерной волокнистой ленты жидкостью .с диспергированными в ней нитевидными частицами , включающему ориентацию нитевид ых частиц относительно поверхности ленты и последующее их нанесение, нитевидные частицы ориентируют и нанос т на ленту путем создани  в зЬне пропитки напргшленного пульсирующего струйного потока жидкости с избыточным давлением, который создают путем пропускани  жидкости через колеблющиес  пластины с конусными каналами меньший диаметр которых меньше длины нитевидных частиц, а больший выбира ют из соотношени  где О - больший диаметр конусного канала} d - меньший диаметр конусного канала, причем пульсацию и избыточное давле ние жидкости сообщают путем воздейств на нее звуковыми колебани ми частотой 50 Гц и амплитудой 1-10 мм синхронно с обеих сторон ленты в направле нии, перпендикул рйом направлению е перемещени , при этом колебани  соз дают на рассто нии 1-3 длин нитевид ных частиц от поверхности ленты. Предложенный способ заключаетс  следующем. В пропиточную ванну заливают жид кость с диспергированными в ней нит видными частицами. Длинномерную волокнистую ленту пропускают через ванну между двум  пластинами, в кот рых выполнены конусные каналы, удов летвор ющие требованию где О - больший диаметр конусного к нала ; d - меньший диаметр конусного канала, причем меньший диаметр канала выпол нен меньшим длины нитевидных частиц Пластины устанавливают в ванне парал лельно ленте на рассто нии 1-3 длин нитевидных частнц от ее поверхности и сообщают им синхронное колебательное движение частотой 5-50 Гц и амплитудой 1-10 мм в направлении, перпендикул рном поверхности ленты. Предлагаемый способ может быть реализован, с помощью устройства, схема которого представлена на фиг. 1} на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Устройство содержит ванну 1 с жид костью, в которой диспергированы нитевидные частицы. В ванне смонтирован направл ющий вал 2, подвижные пластины 3 с конусными каналами, меж ду которыми проходит волокниста  лен та 4. Пластины 3 соединены через рычаги 5 и пружины б с двум  источниками колебаний 7, например электрома нитакш. Устройство работает следующим образом . Движуща с  в ванне 1 волокниста  лента 4 проходит между двум  подвижными пластинами 3, которые сове1Я11ают возвратно-поступательное движение перпендикул рно плоскости ленты, сообщаемое им через двуплечие рычаги 5 с демпфирующими пружинами б двум  электромагнитами 7. При движении пластин в противоположные стороны пропитывающа  жид кость с диспергированными в ней нитевидными частицами проходит через конусные каналы, образу  отдельные струи, которые с избыточным давлением воздействуют на ленту, пропитывают ее и одновременно увлекают внутрь ленты нитевидные частицы, ориентированные вдоль струи. При движении пластин навстречу друг другу между ними также создаетс  избыточное давление, увеличивающее глубину проникани  частиц внутрь ленты. При этом каналы пластин самоочищаютс  от застр вших в них разориентированных нитевидных частиц, а часть потока пропитывающей жидкости , направленна  вдоль ленты, смывает с ее поверхности непроникшие внутрь нитевидные частицы, освобожда  тем самым поверхность ленты дл  приема новых частиц и предотвраща  унос лентой из жидкости неориентированных и незакрепленных в волокнистой структуре ленты частиц. При каждом последующем цикле колебани  пластин воздействию струи Подвергаетс  новый участок движущейс  , что способствует . равномерному распределению нитевидных частиц в материале. Кроме того, колеблющиес  пластины создают в пропитывающей жидкости турбулентные потоки, перемешивают ее, создава  тем самым однородную суспензию.нитевидных частиц в жидкости . Экспериментально установлено, что при скорости движени  ленты до 30 м/мин избыточное давление в зоне пропитки, обеспечивак)щее качественную пропитку материала и высокую степень проникновени  в материгш нитевидных частиц (без повреждени  волокон ) , должно составл ть 0,05 0 ,3 кгс/см дл  лент из непрерывных стекл нных и углеродных волокон. Частота колебаний пластин зависит от скорости движени  пропитываемой ленты, величины задаваемого избыточного давлени  (определ емого прочностью пропитываемого волокнистого материала) и находитс  в пределах от 5 до 50 Гц при пропитке лент на основе стекл нных и углеродных волокон . Нижн   величина диапазона ограничиваетс  также длиной одновременно обрабатываемого участка ленты. Амплитуда колебаний пластин зависит от величины задаваемого избыточного давлени  и находитс  в пределах от 1 до 10 мм. Наименьшее допустимое рассто ние колеблющейс  пластины от поверхности ленты равно длине используемах нитевидных частот, так как при меньшем рассто нии частицы, введенные в ленту , могут быть разориентированы или разрушены при механическом контакте с поверхностью пластин. При рассто нии, большем 1-3 длин нитевидных частиц, последние могут разориентироватьс  после выхода из отверсти . Кроме того, при увеличении рассто ни  снижаетс  величина давлени  на материал струи пропитывающей жидкости, выход щей из отверсти . Если при этом минимальный диаметр каждого канала выполнить меньше длины нитевидной частицы, а соотношение параметров конусного канала из услови  большинство нитевидных частиц, проход щих через конусные каналы, будет стремитьс  сориентироватьсй вдо центральной оси конусного канала,, так как при указанном соотношении вдоль стенок конусного канала возни кает обратный поток пропитывающей жидкости, который разворачивает несориентйрованные нитевидные частицы вдоль центральной оси канала. Пример. Из эпокситрифенольного св зующего (ЭТФ, на основе смо лы ЭТФ, ТУб-05-211-516-75) и нитевидных кристаллов двуокиси титана TiO (туб-18-183-74) приготавливали суспензию с весовым содержанием нитевидных кристаллов (частиц) 2%. Концентраци  св зующего 45%, в з кость 10 сП. Диаметр нитевидных час тиц 2,5-3,0 мкм, длина 0,8-1,0 мм. Суспензию заливали в пропиточную ванну с помещенными в нее пластинами с конусными каналами. Размер пластин 60 х 40 мм, минимальный диаметр отверстий О ,8 .Мм, максимальный 3 мм, количество отвер стий 260. Соотноиение диаметров рав но 2,76. Между пластинами пропускали ленту состо щую из 6 углеродных жгутов ВМН-4 (ТУ-48-20-48-7) толщиной 0,3м Минимальное рассто ние между ппастинами 2 мм. После заливки в ванну суспензии и заправки ленты пластинам сообщали колебательное движение перпендикул р но плоскости ленты, движущейс  между пластинами со скоростью 5 м/мин. Кажда  пластина колебалась с помощью электромеханического привода частото 24 Гц и амплитудой 2 мм. При этом давление между пластинами (при минимальном рассто нии Между ними) ив тру х св зующего, воздействующих :КГ на ленту, составило 0,9 ---. Пропитд нную и подсушенную ленту наматывали на кольцевые оправки диаметром 146 мм, а затем отверждали. Полученные кольца толщиной 4-5 кМ разрезали на образцы (сегменты длиной 20 мм и шириной 10 мм). Весовое содержание св зующего в материале 38%. С помощью образцов определ ли прочность при межслойном сдвиге.. Использование предлагаемого способа позволит повысить глубину и однородность расп11)еделени  нитевидных .частиц по сечению волокнистой ленты и уменьшить число технологических операций за счет совмещени  процесса пропитки волокнистой ленты с введением в нее ориентированных нитевидных частиц. Формула изобретени  1.Способ пропитки длинномерной волокнистой ленты жидкостью с диспергированными в ней нитевидными частицами, включающий ориентацию нитевидных частиц относительно поверхности ленты и последующее их нанесение , от-личающийс  тем, что, с целью повышени  качества пропитки, нитевидные частицы ориентируют и нанос т на ленту путем создани  в зоне пропитки направленного пульсирующего струйного потока жидкости с избыточным давлением.
2. 2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что направленный пул.ьсирующий струйный поток жидкости с избыточным давлением создают путем пропускани  жидкости через колеблющиес  пластины с конусными каналами, меньший дис1метр которых меньше длины нитевидных частиц, а больший выбирают из соотношени  , где D - больший диаметр конусного канала; d - меньший диаметр конусного канала.
3. 3.Способ попп. 1 и 2, отличающийс   тем, что пульсацию и избыточное давление жидкости сообщают путем воздействи  на последнюю звуковыми колебани ми частотой 550 Гц и амплитудой 1-10 мм синхронно с обеих сторон ленты в направлении , перпендикул рном направлению  е перемещени , при этом колебани  создают на рассто нии 1-3 длин нитевидных частиц от поверхности ленты. Источники информации, прин тые во внимание при .экспертизе 1. Патент США 3706614, кл. 156-151, опублик. 1972 (прототип)

   A

   Фиг.2