Главная » Технологии » Производство изделий из базальтового композита методом намотки
Метод намотки. Источник: TCR Composites.
Метод намотки. Источник: TCR Composites.

Производство изделий из базальтового композита методом намотки

Метод намотки позволяет создавать из наполнителя пустотелые изделия, имеющие форму тел вращения, с учетом требований к их форме и условиям эксплуатации. В качестве наполнителя могут выступать пучки волокон в виде лент, жгутов или отдельных нитей, что обеспечивает готовым изделиям требуемую прочность.

Суть метода намотки заключается в том, что пропитанный связующим веществом наполнитель равномерно послойно наносится на оправку, выполненную в форме будущего изделия. После отверждения наполнителя при комнатной температуре или термообработке оправка извлекается либо остается внутри для придания большей герметичности и прочности изделию. Чаще всего таким способом изготавливают цистерны, баки, баллоны, трубы и другие цилиндрические изделия.

Пропитка наполнителя связующим веществом осуществляется перед намоткой, причем для этого используются только термореактопластные связующие наподобие эпоксидных полимеров, полиэфирных ненасыщенных смол и т.д. При необходимости на оправку может предварительно наноситься антиадгезионный слой.

Схема производства изделий в форме тел вращения методом намотки: а – с возвратно-поступательным перемещением каретки вдоль дорна; б – с вращением намоточного устройства; в, г – схемы планетарной намотки с неподвижным намоточным устройством. Источник: p-km.ru

Схема производства изделий в форме тел вращения методом намотки: а – с возвратно-поступательным перемещением каретки вдоль дорна; б – с вращением намоточного устройства; в, г – схемы планетарной намотки с неподвижным намоточным устройством. Источник: p-km.ru

Сама намотка может осуществляться различными способами – прямым, спиральным, спирально-перекрестным и т.д. Главное, чтобы волокна равномерно и плотно прилегали друг к другу по всей поверхности оправки. Все машины для намотки можно в общем разделить на два типа:

  • с кареткой, движущейся вдоль вращающейся вокруг своей оси оправки (токарный тип);
  • с поступательно движущейся оправкой, вокруг которой вращаются волокна (кабельный тип).

Обычно способ намотки зависит от формы и конфигурации будущего изделия. Угол намотки определяет осевую и радиальную прочность изделия, оптимальное соотношение этих показателей достигается при значении угла намотки 54,75°. На степень уплотнения наполнителя влияет показатель контактного давления, которые определяется натяжением волокна, жесткостью оправки и геометрической формой изделия.

Оптимальной степенью технологического натяжения считается величина в диапазоне 30-50% от показателя прочности наполнителя, в частности, базальтовой ровницы. При большем натяжении в материале наполнителя могут происходить деформации, вызванные растягивающими нагрузками. Так, в этом случае уменьшается диаметр нити или ширина ленты (за счет распрямления нитей основы). Если формируется тонкостенное изделие с толщиной оболочки не более 1,5 мм, и при этом используется относительно нежесткая оправка, достаточно показателя контактного давления в 5 кгс/см. При создании толстостенных оболочек на жестких оправках величина контактного давления должна быть не менее 15 кгс/см.

По способу введения связующего отличают сухую и влажную (мокрую) намотку. Разница заключается в моменте, когда на наполнитель наносится связующее – непосредственно перед процессом намотки на оправку или заранее. В первом случае материал наполнителя проходит через ванну со связующим, а затем – через раскладчик наполнителя, который определяет правильную ориентацию нити или ленты относительно оправки. Во втором случае волокна смачиваются связующим на специальной установке, после чего высушиваются и уже в сухом виде наматываются на оправку. Иногда при мокром способе связующая смола напыляется одновременно с намоткой наполнителя прямо на заготовку.

При сухом способе в материале наполнителя возникает меньше микропузырьков, а сам материал меньше съезжает при минимальных углах намотки. При мокром способе лучше формируется поверхность будущего изделия и можно использовать менее мощное оборудование. Поскольку термические требования к связующим при сухом и мокром способах отличаются, в первом случае используют в основном фенольные смолы, а во втором – полиэфирные и эпоксидные.

При отверждении важное значение имеет температурный режим, поскольку только оптимальная скорость охлаждения обеспечивает структуре материала снижение остаточных температурных напряжений в базальтовом композите.

Слишком быстрое охлаждение может привести к возникновению трещин и нарушению геометрических параметров изделия. При отверждении может проводиться дополнительное уплотнение полученной заготовки с помощью вакуумного или надувного мешка.

Поскольку метод намотки можно использовать в основном для изделий, имеющих форму вращения, его часто сочетают с другими методами, если нужно получить изделие сложной формы. Например, при формировании корпуса лодки сначала используется метод намотки, затем полученное тело вращения разрезают по образующей (с заранее просчитанным профилем), и каждую половинку помещают в пресс-форму для окончательного придания ей прочности.

Чаще всего метод намотки используют в авиа-, судо- и ракетостроении для формирования корпусов ракет, лодок и фюзеляжей самолетов, в химической промышленности для изготовления герметичных емкостей, цистерн, трубопроводов, баллонов. Размеры готовых изделий могут достигать внушительных размеров (железнодорожные цистерны для перевозки жидкостей).

Сам процесс намотки может быть полностью автоматизированным с программным контролем основных параметров.  А изделия, выполненные таким методом, характеризуются равномерным распределением наполнителя, хорошими показателями прочности и гладкой внутренней поверхностью. Высокую прочность обеспечивают содержание в композитах, перерабатываемых методом намотки, до 60-85% наполнителя типа базальтового волокна. Чтобы снизить анизотропию прочности готовых изделий, базальтовый наполнитель укладывают слоями под разным углом к оси вращения оправки.

Самые популярные области применения изделий, произведенных методом намотки:

  • емкости и трубы трубопроводов, химической промышленности
  • соединительные и фасонные части труб и емкостей
  • соединительные и фасонные части систем канализации и водопровода
  • емкости для хранения газов под давлением
  • подкрыльные топливные баки для самолетов
  • кожухи ракетных двигателей
  • гильзы для ружейных и пушечных снарядов
  • приводные валы автомобилей и грузовиков
  • корпуса летательных аппаратов
  • автомобильные амортизаторы
  • мачты парусных судов
  • железнодорожные цистерны
  • дымоходы
  • изоляторы высоковольтных линий и корпуса предохранителей
  •  клюшки для игры в гольф, теннисные ракетки
  •  кормушки для скота и так далее.

О Oksana Tkachenko

x

Читайте также

На Index 17 приедет система аэроформования нетканых материалов

На Index 17 представят технологию аэроформования нетканых материалов

Система Lap Formair может производить нетканые материалы из натуральных волокон или продуктов переработки промышленных и ...