Диссертация (Разработка технологических процессов изготовления сверхлегких комбинированных металлокомпозитных баллонов давления), страница 4

Схема намоткиизделия препрегом на станке с программным управлением приведена на рис. 2.1.1Для программной намотки изделия в зависимости от его сложности применяют от3 до 5 координат управления перемещением раскладочного устройства(головки).26При использовании способа "сухой" намотки улучшаются условия и культурапроизводства, повышается в 1,5-2 раза производительность процесса намотки,появляется возможность использования практически любого связующего:эпоксидного, эпоксифенольного, фенолформальдигидного, полиамидного и др.Способ "мокрой" намотки (рис. 2.1.2) отличается тем, что пропиткаволокнистого армирующего наполнителя связующим и намотка на оправкусовмещены. При намотке нити, предварительно подсушенные горячимвоздухом, попадают из шпулярника на индивидуальные натяжители, собираютсяв прядь и поступают на пропиточно-натяжной тракт.

Пропитка армирующеговолокнистого материала связующим осуществляется одним из следующихспособов: протягивание нитей через ванночку со связующим; контактирование сроликом, купающимся в связующем, принудительная пропитка в клиновой иливакуумной камере.Рис. 2.1.1 Схема "сухой" намотки изделия препрегом:1 - оправка; 2 - бобина с препрегом; 3 - разделительная пленка; 4 - нагреватель;5 суппорт; 6 - каретка; 7 - головка раскладчика; 8 - устройство натяжения;I-V - степени подвижности (свободы) станка27Рис.

2.1.2 Схема мокрой намотки:1 - шпули с нитями; 2 - шпулярник; 3 - направляющие перемещения намоточнопропиточного тракта; 4 - спиральные слои; 5- оправка; 6 - окружные слои; 7 привод вращения; 8 - ванночка со связующим; 9 - сформированная прядьПослепропиткинатягивается,проходитизлишекчерезсвязующегосистемуотжимается,контроляпрядьнатяженияинитейчерезраскладывающее устройство (раскладчик) поступает на вращающуюся оправку,укрепленную на намоточном станке.

Необходимая вязкость связующего вданномслучаеобеспечиваетсявыборомсоответствующейсмолыиприменением подогрева связующего в пропитывающей ванне. Преимуществоспособа "мокрой" намотки заключается в более низком контактном давленииформования, что требует оборудования с меньшей мощностью привода илучшей формуемостью поверхности изделия. Поэтому способ "мокрой"намотки применяют, как правило, для изготовления крупногабаритныхоболочек сложной конфигурации.Существует и третий способ намотки, при котором сухой армирующийматериал наматывается на оправку, а затем пропитывается связующим путемразбрызгивания его под давлением из пульверизатора, вручную с помощьюкисти, с использованием давления или вакуума. Этот способ, называемыйнамоткойспоследующейпропиткой,ограниченноприменяютприизготовлении панелей сетчатой структуры или тонкостенных оболочек,28поскольку обеспечить качественную пропитку известными способами неудается.

Решить проблему пропитки толстостенных изделий можно приприменении метода скоростного вакуумирования, при котором первоначальноудается убрать с поверхности волокон технологические примеси, полностьюудалить воздух из оболочки, образованной волокнами, а затем "ударом"атмосферного давления пропитать изделие равномерно по всей толщине. Схематакого процесса приведена на рис. 2.1.3 [5].Способ "мокрой" намотки [5] характеризуется следующими показателями:невысокая скорость намотки, ограниченная скоростью пропитки наполнителясвязующим;невозможностьобеспеченияравномерногосодержаниясвязующего по толщине наматываемого изделия (особенно для толстостенныхконструкций); большое количество отходов связующего в виде загустевшихостатков в пропиточной ванне и выдавленного излишка связующего изнаматываемого изделия; загрязнение намоточно-пропиточного тракта ирабочего места связующим; невозможность применения высоковязкихсвязующих (например, термопластов).Рис.

2.1.3 Схема установки скоростной вакуумно-термической пропитки иотверждения изделий из композиционных материалов:1 - рабочая камера; 2 - ресивер; 3,4 - скоростные вакуумные клапаны длясоединения с ресивером и атмосферой; 5 - вакуумметр; 6 - вакуумный насос;7 - блок нагрева и регулирования температуры; 8 - изделие;9 - клапан для впуска связующего; 10 – емкость со связующимСпособ "сухой" намотки эффективнее "мокрой" и его преимуществазаключаются в следующем: высокая производительность, так как скоростьнамотки не лимитируется условиями пропитки наполнителя; стабильностьстепени армирования, т.е. соотношения наполнитель - связующее; высокаявоспроизводимость физико-механических характеристик от одного изделия кдругому;возможностьнатяжения;применениявозможностьбольшихиспользованиязначенийтехнологическогопрепрегов,предварительнопропитанных высоковязкими связующими, в том числе и термопластичными;лучшие технологические условия для намотки изделий, имеющих конусность или30сложные кривизны, за счет эффекта прилипания препрега к оправке;благоприятные экологические последствия.В зависимости от типа укладки армирующего волокнистого материала внамотанном изделии различают следующие технологические схемы намотки:прямая (окружная); спирально-винтовая (тангенциальная, кольцевая); спиральноперекрестная(спирально-продольная,спирально-кольцевая;спирально-поперечная);продольно-поперечная,совмещеннаякосослойнаяпродольно-поперечная; планарная (полюсная, орбитальная, плоскостная); тетранамотка;зональная.Рассмотрим особенности перечисленных схем намотки.Спирально-винтовая намотка (кольцевая, тангенциальная).[5]Сущностьметодазаключаетсявукладкесформированнойлентыволокнистого материала (тканой или однонаправленной) на поверхность оправкипо винтовой линии.

При этом витки, образованные непрерывной укладкойленты, плотно прилегают между собой или имеют строго постоянный нахлест,величина которого связана с числом формуемых одновременно слоев заданнойструктуры.Возможны два варианта укладки слоев армирующего наполнителя:однослойная укладка, при которой образуется слой толщины, равнойтолщине одной ленты, а ленты между собой укладываются строго встык(рис. 2.1.4 а);многослойнаяукладка,прикотороймногослойнаяструктураформируется за один проход раскладывающего устройства, а лента укладываетсяна оправке с нахлестом, характеризуемым параметром (рис. 2.1.4 б).Этот метод широко используется в сочетании с другими схемами намотки,особенно со спирально-перекрестной намоткой. Отдельно он применяется в техслучаях, когда необходимы повышенные кольцевая прочность или жесткость(например, упрочнение металлических труб, стволов стрелкового оружия,пусковых контейнеров и др.).

Данный метод намотки применяют в основном для31изделий цилиндрической формы. Однако возможна намотка изделий с угломконусности φ < 20° (ρ > 70°) для "мокрого" и φ < 30° (ρ > 60°) для "сухого"способов.Рис. 2.1.4 Схема спирально-винтовой намотки лентой:а - в один слой за один проход; б – в k слоев за один проход.1 - оправка; 2 - наматываемая лента; 3 - катушка с лентой; S - шаг намоткиСпирально-перекрестная намотка. [5]При этом методе лента армирующего материала заданной ширины Вукладывается на оправку с подачей S, превышающей ширину ленты в целоечисло раз. За прямой и обратный ход раскладывающего устройства (полныйпроход) формируется один спирально-перекрестный виток, закрывающий частьповерхности оправки.Приследующемпроходераскладывающегоустройствалентаукладывается встык к ранее намотанной (рис.

2.1.5). Процесс ведется до тех пор,пока не будет закрыта вся поверхность оправки и, таким образом, сформированполный двойной слой. Для получения заданной толщины стенки формуемогоизделия проводят намотку нескольких таких слоев.32Рис. 2.1.5 Схема спирально-перекрестной намотки:1 - оправка; 2 - лента; 3 - каретка поперечного перемещения катушкиОписываемый метод намотки наиболее распространен, так как его широкоиспользуют для изготовления изделий, имеющих форму тел вращения спроизвольной образующей: цилиндров, конусов, сфер, баллонов давления и др.Метод имеет большой диапазон возможностей по конструированию различныхсхем укладки волокнистого армирующего материала в соответствии сдействующими нагрузками.Меняя угол намотки, можно получить различное распределение нагрузок впродольном и окружномнаправлениях,т.е.распределяяармирующийнаполнитель вдоль направления действия главных напряжений нагруженнойконструкции, можно достигнуть максимального использования прочностиисходных волокон в изделиях.С этой целью на практике применяют разновидности спиральноперекрестной намотки: спирально-продольную и спирально-поперечную.

Впервом случае спиральные витки чередуются с укладкой продольных, а вовтором - с укладкой окружных (кольцевых) слоев. Такой технологическийприем позволяет реализовать множество схем армирования в изделии.Совмещенная спирально-кольцевая намотка. [5]Метод заключается в одновременной укладке армирующего материала,сформированного в ленте, на оправку с двух раскладывающих устройств,движение которых задается программой вращения оправки (рис. 2.1.6).Непременным условием данного способа является то, что начало намотки33спирально-винтовым и спирально-перекрестным методами и их окончаниедолжны быть осуществлены в одно и то же время.Метод применяют для изготовления намоткой изделий цилиндрической иконической форм с углом конусности не более 20°.Разработка такого усовершенствованного метода намотки позволилаполностьюавтоматизироватьпроцесснамоткиоболочек,исключитьвынужденную обрезку ленты армирующего материала при переходе отнамотки спиральных слоев к кольцевым, что упрощает силовое замыканиеструктуры, увеличить производительность намотки на 35-40 %.Рис.