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

DIN_Innovation_Award_basalttoday

Контрольная аппаратура от Textechno награждена DIN Innovation Award

Очередной награды удостоилось оборудование DRAPE TEST для оценки композитных тканых и негофрированных полотен, а также ...