Способ сухой намотки
Способ сухой намотки (рис. 1.2.) заключается в том, что намотка производится с помощью полуфабрикатов, препрегов, являющихся предварительно пропитанными связующими и подсушенными жгутами или лентами. Перед укладкой препреги проходят через горячие валки либо через нагревательную камеру и в размягченном виде укладываются на оправку.
Из двух видов намотки, каждый из которых имеет свои недостатки и преимущества, чаще всего используется сухая намотка. Она обеспечивает не только более качественную пропитку, но и требуемое равномерное содержание связующего в препреге.
Рис.1.2. Принципиальная схема изготовления деталей методом сухого намотки: 1 – оправка; 2 – композиционная лента;
3 – раскладчик ленты; 4 - шаговый двигатель; 5 – редуктор;
6,7 – видеокамеры; 8 – компьютер; 9 – блок управления приводами
Обязательная стадия процесса - отверждение намотанной на оправку заготовки. При этом заготовка может быть дополнительно уплотнена с помощью вакуумного или надувного мешков. Термообработка связующего может проводиться как в специальных камерах, так и за счет нагревателей, размещенных на самой оправке.
Высокая прочность изделий, полученных намоткой, достигается за счет ориентированной укладки наполнителя, его высокого содержания в материале изделия. При однонаправленной укладки объемное содержание стекложгута может достигать 90%, а разрушающее напряжение при растяжении стеклопластика 30 000 кгс/см2, в то время как для стеклохолста - 50% при показателе прочности стеклопластика не выше 5000-7000 кгс/см2 (разрушающее напряжение при растяжении стеклопластиков с неориентированной структурой наполнителя, полученных методом напыления, составляет только 1000-1500 кгс/см2).
Однако метод намотки применим только для изделий оболочкового типа, причем предпочтительно имеющих форму тел вращения. Многие композиционные материалы, полученные таким способом, находят широкое применение в аэрокосмической технике (для формования корпусов ракет и ракетных двигателе), авиационной технике (фюзеляжей самолетов), в судостроении, автомобилестроении, строительстве, а также, в химической промышленности для изготовления аппаратов, емкостей, трубопроводов. Изделия, полученные методом намотки, могут иметь весьма большие размеры (например, железнодорожные цистерны объемом 60м3 и более).
Метод намотки в сочетании с другими методами (например, прессованием) целесообразно использовать для формования изделий сложных контуров.
В производстве труб метод намотки позволяет полностью механизировать технологический процесс и сделать его непрерывным. Трубы, изготовленные методом намотки, имеют гладкую внутреннюю поверхность, характеризуются высокими прочностными показателями.
Среди научных центров России занимающиеся композитными конструкциями Центральному научному исследовательскому институту специального машиностроения (ОАО ЦНИИСМ) принадлежит особое место. Это ведущее предприятие страны в области разработки и производства композитных конструкций методом намотки. В институте созданы уникальные методы расчета и проектирования таких конструкций (рис.1.3.).
Рис.1.3. Моделирование укладки ленты первого витка на поверхность эллиптического параболоида
Найдены новые технологические приемы их изготовления и все это воплощено в производстве на промышленном уровне. Продукция данного предприятия приведена ниже.
Трубы из полимерных композиционных материалов
Трубы изготавливают по безотходной технологии методом намотки ткани или нити на оправку с последующей механической обработкой (рис.1.4.). Могут иметь внутренний герметизирующий слой из пленки для обеспечения контакта с любыми средами.
Уровень физико-механических, теплофизических и электрических характеристик и их распределение по направлениям в цилиндре можно регулировать в зависимости от предъявляемых требований.
|
|
Рис. 1.4. Трубы из полимерных композиционных материалов
Области применения:
нефтедобыча (внутрипромысловые трубопроводы, насоснокомпрессорные трубы, диэлектрические вставки буровых установок);
геофизическая разведка скважин (радиопрозрачные контейнеры для скважинной аппаратуры);
транспортирование агрессивных технологических жидкостей и газов;
добыча артезианской воды (водоподъемные трубы);
питьевое и техническое снабжение;
канализационные насосные станции (КНС) (из стеклопластика).
Прочность и герметичность при внутреннем давлении, до 600 МПа. Срок службы без проведения ремонтов, 20 - 30 лет. Температурный диапазон эксплуатации, от -60 до +90 °С.
Основные технико-экономические преимущества
высокая стойкость к воздействию химически активных сред: продуктов нефтедобычи, в т.ч. газонаполненных, кислотных, щелочных и солевых растворов;
низкий удельный вес в сочетании с высокими прочностными характеристиками;
высокая стойкость к атмосферным воздействиям, в т.ч. в условиях тропического климата;
пониженное гидросопротивление, отсутствие склонности к образованию твердых отложений на внутренней поверхности;
отсутствие электрокоррозии.