Технология получения углеродной однонаправленной ленты аналога уол-300-2-3к
К.С. Габриельс, О.А. Караева, Д.В. Полухин
НВЛ «Композиционные материалы»
Последние годы характеризуются всплеском интереса к углепластикам, которые, благодаря высокой прочности и низкой удельной плотности, по сравнению с металлическими конструкциями, находят широкое применение в авиастроении, автомобилестроении и других областях производства. Среди довольно скудного разнообразия углеродных лент, используемых в качестве наполнителей углепластиков, наибольшее распространение в России получила углеродная однонаправленная лента конструкционного назначения УОЛ-300-2 на основе углеродных крученых нитей отечественного производства УКН 3К или УКН 6К. К недостаткам углеродных нитей УКН можно отнести низкие прочностные характеристики и высокую стоимость. В то же время западные аналоги углеродных нитей УКН обладают большей жесткостью, значительной прочностью при растяжении и сжатии и существенно дешевле по сравнению с нитями УКН.
Целью настоящей работы являлось получение аналога углеродной однонаправленной ленты УОЛ-300-2, с использованием высокомодульных нитей иностранного производства на примере нитей TOHO TENAX 3К. В основе метода лежит изготовление текстильных структур полотняного переплетения углеродных нитей TOHO TENAX 3К и стеклянных нитей ВМПС-8, расположенных друг относительно друга в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
|
|
Рис. 1 Аппаратная схема ткацкой линии DORNIER |
Рис. 2 Внешний вид аналога УОЛ-300-2 на товарном вале |
Аппаратная схема ткацкой линии DORNIER показана на рис. 1. Нити основы TOHO TENAX 3К (2), сматываемые с бобин на шпулярнике (1), проходили через концентрирующее бердо (3), огибали натяжной барабан товарного регулятора (4) и скало (5). Далее, они проходили через глазки галев ремизных рам (7), перемещающих нити основы в вертикальном направлении для образования зева. В зев рапирой (10) вводилась уточная нить ВМПС-8, которая прибивалась к опушке ленты бердом (8), совершающим возвратно-поступательное движение. У опушки ленты нити основы, переплетаясь с нитью утка, образовывая аналог УОЛ-300-2, который огибал грудницу, вальян (11), направляющие валики (14) и наматывался на товарный вал (15).
Поскольку аналог ленты УОЛ-300-2 составляли нити TOHO TENAX 3К с линейной плотностью 200 текс, а в качестве уточной нити была использована ВМПС-8 с линейной плотностью 56 текс, то для получения ленты с поверхностной плотностью 222±8 г/м2 было использовано ткацкое бердо ZANFRINI 0,31-11-95-1045. Результаты измерение реальной плотности ленты соответствуют данному интервалу значений. Внешний вид полученного аналога УОЛ-300-2 показан на рис. 2.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки в рамках госзадания на НИР университету на 2014 г.
УДК 678
Технология получения препрегов на основе аналога углеродной однонаправленной ленты уол-300-2-3к и связующего эдт‑69н
К.С. Габриельс, О.А. Караева, Д.В. Полухин
НВЛ «Композиционные материалы»
Получение высококачественных препрегов на основе новых типов армирующих наполнителей и связующих является актуальной задачей в сфере изготовления полимерных композиционных материалов (ПКМ). Поэтому настоящая работа посвящена отработке технологического режима получения препрега на основе аналога ленты углеродной конструкционной УОЛ-300-2-3К [1] с использованием высокомодульных нитей на примере нитей TOHO TENAX 3К и растворного эпоксидного связующего типа ЭДТ-69Н, а также исследованию механических свойств полученных образцов ПКМ.
Получение препрега на основе растворного эпоксидного связующего ЭДТ-69Н и наполнителя в виде аналога ленты УОЛ-300-2-3К осуществляется методом пропитки армирующего материала из раствора связующим. Аналог ленты УОЛ-300-2-3К погружают в ванну с растворным связующим с последующим удалением растворителя из препрега путем термической обработки.
Рулон аналога углеродной однонаправленной ленты УОЛ-300-2-3К помещали на размотчик Р1. Далее ленту пропускали через систему узлов пропиточной линии таким образом, чтобы проходя каландр К1 она попадала в блок нанесения растворного связующего, где наполнитель погружался в ванну с эпоксидным растворным связующим ЭДТ- 69Н. Заданная температура и вязкость связующего контролировалась с помощью станции UNICA с измерителем и регулятором вязкости GAMA, которая подключена к ванне. После ванны лента пропускалась через отжимные валы, с заранее установленным зазором, каландр К2, где происходило удаление излишков связующего и возврат их в ванну. Зазор в каландре К2 выставлялся исходя из расчета планируемой концентрации связующего в растворители 50 % и содержании связующего 41±2 % масс.
Далее пропитанная лента УОЛ-300-2-3К сразу поступала в сушильную горизонтальную инфракрасную печь 2, которая оснащена двумя регулируемыми зонами нагрева. Основная масса растворителей в виде спиртово-ацетонной смеси удалялась в первой зоне, а во второй зоне препрег досушивался до допустимой остаточной концентрации летучих веществ 1-3 % масс.
Посушенный полимерный композит закрывался с двух сторон разделительной полиэтиленовой пленкой в зоне каландра К3. После этого препрег проходил через блок контроля качества поверхностной плотности препрега QMS-12 MAHLO, где осуществлялся непрерывный неразрушающий контроль поверхностной плотности получаемого материала. Прибор показывает значения суммарной плотности углеродной ленты и связующего, включая остаточный растворитель. Затем на каландре К5 препрег закрывался вспомогательным материалом и все сматывалось в рулон на товарном вале Нк.
Входной контроль полученного препрега осуществлялся методом экспресс-анализа. Параметры полученные данным методом соответствуют технологическим нормам, изначально заложенным в общих требованиях к препрегу, и имеют следующие значения: содержание связующего не более 41% масс., содержание летучих веществ не более 2,5 % масс.
Важнейшей частью анализа качества препрега является проверка его прочностных характеристик при растяжении и сжатии. Результаты испытаний прочностных характеристик при растяжении и сжатии образцов углепластика УОЛ-300-2-3К / ЭДТ-69Н проводились по методикам ASTM 6641 и ASTM 3039 на разрывных машинах семейства INSTRON. Полученные средние значения предела прочности при растяжении σраст = 1874 МПа, сжатии σ сжат = 884 МПа.
Значения механических испытаний исследуемого материала для разных образцов изменяются незначительно. Можно говорить о стабильности прочностных свойств испытанных образцов ПКМ. Полученные величины не уступают значениям и даже по некоторым показателем прочностных характеристик выше, чем уже у существующих углепластиков на основе углеродных лент УОЛ-300-2.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки в рамках госзадания на НИР университету на 2014 г.
Литература
1. ТУ 1916-167-05763346-96, изменение № 4 ленты углеродные однонаправленные УОЛ
УДК 678