RU2088405C1

RU2088405C1 - Die for shaping profiled objects from polymer composite materials

Info

Publication number: RU2088405C1
Application number: RU93018182A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Царев; А.И. Семернев; Ю.М. Потапов
Original assignee: Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: equipment for manufacturing composite material objects. SUBSTANCE: inclined walls of die are arranged under angle 5-60 deg. to die axis thereby forming preparatory zone of die. Working and preparatory zones are coupled with each other in the form of smooth curve. In addition, inclined walls of preparatory zone are coupled with each other along radius when convex-concave objects are fabricated. Length of working zone is 400-600 mm. Die is also provided with afterhardening section with individual temperature control system. afterhardening section is adjacent to working zone of die. On preparatory zone inlet, there is a face made with radius ≥ 0.5 mm. EFFECT: improved design of equipment. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для формирования профильных изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) пултрузией и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при их производстве. The invention relates to devices for forming core products from polymer composite materials (PCM) by pultrusion and can be used in various sectors of the national economy in their production.

Известна формующая фильера, обогреваемая снаружи, в которую поступает армирующий наполнитель в виде стекложгутов, пропитанных связующим, причем, фильера сообщается с ванной для связующего и непосредственно вмонтирована в ее стенку ниже уровня связующего, что позволяет завести армирующий наполнитель, пропитанный связующим, без контакта в атмосферой и уменьшить количество воздушных включений [1]
Однако при использовании эпоксидных связующих имеет место разбухание заготовки формуемого изделия перед входом в фильеру, особенно, если сечение сплошное. Следствием этого является увеличение усилия тянущего устройства, что ведет или к обрыву профиля, или к остановке процесса протяжки из-за проскальзывания тянущего устройства, или к его отключению. Одной из причин разбухания является затруднения удаления избыточного связующего из объема сырого профиля за счет градиента температур по сечению профиля. В случае поверхностного армирования тканью на профиле образуются складки, наблюдается смещение армирующих слоев. Скорость протяжки относительно невелика (до 0,2 м/мин).Known forming die, heated externally, into which a reinforcing filler enters in the form of glass strands impregnated with a binder, moreover, the die communicates with the binder bath and is directly mounted in its wall below the level of the binder, which allows the reinforcing filler impregnated with the binder to be brought in without contact in the atmosphere and reduce the number of air inclusions [1]
However, when using epoxy binders, the preform of the molded product swells before entering the die, especially if the cross section is continuous. The consequence of this is an increase in the pulling force, which leads either to a break in the profile, or to a halt in the pulling process due to slipping of the pulling device, or to its shutdown. One of the reasons for the swelling is the difficulty in removing the excess binder from the volume of the crude profile due to the temperature gradient over the profile cross section. In the case of surface reinforcement with fabric, folds form on the profile, a shift of the reinforcing layers is observed. The pulling speed is relatively low (up to 0.2 m / min).

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является фильера для формирования профильных изделия из полимерных композиционных материалов, содержащая сужающуюся в направлении движения материала полость, образованную наклонными стенками фильеры, сопряженными с рабочей зоной фильеры [2]
Однако известная фильера предназначена для получения методом полтрузии термопластичных полимерных композиционных материалов, особенность которых заключается в том, что стекловолокна, как правило, не смачиваются термопластом и поэтому пропитки в полном смысле нет, при этом основная масса термопласта находится на поверхности волокна, имея в объеме волокна растворитель, который удаляется в сушильной камере. Поэтому применяется воронкообразная горловина, где материал начинает размягчаться и практически начинается стадия предварительного формования с вытеснением воздуха. Повторная перетяжка профиля обеспечивает удаление остатком воздуха и дополнительно уплотняет материал. Конструкция фильеры практически такая же, как на первом этапе, но уже меняются контуры поперечного сечения профиля при близком значении площади поперечного сечения. Такого этапа переработка термоактивного материала в принципе нет из-за его физических свойств.Closest to the technical nature of the invention is a die for forming shaped products from polymer composite materials, containing a cavity tapering in the direction of movement of the material, formed by the inclined walls of the die, paired with the working area of the die [2]
However, the known die is intended to produce thermoplastic polymer composite materials by the method of half-extrusion, the peculiarity of which is that fiberglass, as a rule, is not wetted by thermoplastic and therefore there is no impregnation in the full sense, while the bulk of the thermoplastic is on the surface of the fiber having fiber in the bulk solvent that is removed in the drying chamber. Therefore, a funnel-shaped neck is used, where the material begins to soften and the stage of preliminary molding practically begins with the displacement of air. The second constriction of the profile ensures the removal of residual air and additionally compacts the material. The design of the die is almost the same as in the first stage, but the contours of the cross section of the profile are already changing at a close value of the cross-sectional area. In principle, the processing of thermoactive material does not have such a stage because of its physical properties.

Техническим результатом изобретения расширение диапазона используемых материалов и сечений профилей, получаемых с помощью фильеры, увеличение скорости протяжки. The technical result of the invention is the expansion of the range of materials used and the cross-sections of the profiles obtained using the die, increasing the speed of broaching.

Для достижения технического результата в фильере для формирования профильных изделий из полимерных композиционных материалов, содержащей сужающуюся в направлении движения материала полость, образованную наклонными стенками фильеры, сопряженными с рабочей зоной фильеры, согласно изобретению, наклонные стенки фильеры расположены под углом 5-60^o к ее оси, образуя подготовительную зону фильеры, при этом рабочая и подготовительная зоны сопряжены между собой плавной кривой.To achieve a technical result in a die for forming shaped products from polymer composite materials containing a cavity tapering in the direction of movement of the material, formed by the inclined walls of the die, conjugated with the working area of the die, according to the invention, the inclined walls of the die are located at an angle of 5-60 ^o to its axis , forming the preparatory zone of the die, while the working and preparatory zones are interconnected by a smooth curve.

Кроме того, наклонные стенки подготовительной зоны фильеры сопряжены между собой по радиусу при изготовлении изделий выпукло-вогнутой формы. Длина рабочей зоны фильеры равна 400-600 мм. Фильера снабжена секцией доотверждения с индивидуальной системой регулирования температуры, примыкающей к рабочей зоне фильеры. На входе в подготовительную зону фильеры выполнена фаска по радиусу ≥ 0,5 мм. In addition, the inclined walls of the preparation zone of the die are interconnected along the radius in the manufacture of convex-concave shapes. The length of the working area of the die is 400-600 mm. The die is equipped with a post-curing section with an individual temperature control system adjacent to the working area of the die. A chamfer of radius ≥ 0.5 mm is made at the entrance to the preparation zone of the die.

Предлагаемая фильера позволяет расширить получаемый диапазон сечений профилей, увеличить скорость протяжки до 0,1 м/мин (6 м/ч), при этом угол наклона образующей полости к оси фильеры составляет в этом случае 60^oC. Благодаря этому избыток связующего имеет возможность выхода из зоны захода, обеспечивая равномерное содержание связующего по объему профиля, а дополнительная пропитка волокна и удаление остаточного воздуха из материала являются дополнительными полезными эффектами. Все это вместе позволяет получать профиль высокого качества при максимальной производительности процесса пультрузионного формования с использованием высокотемпературного связующего на основе эпоксидных смол.The proposed die allows you to expand the resulting range of cross-sections of the profiles, increase the drawing speed to 0.1 m / min (6 m / h), while the angle of inclination of the generatrix of the cavity to the axis of the die is in this case 60 ^o C. Due to this, the excess binder has the ability to exit from the zone of entry, providing a uniform content of the binder throughout the profile volume, and additional impregnation of the fiber and removal of residual air from the material are additional beneficial effects. All this together makes it possible to obtain a high quality profile at the maximum productivity of the process of pultrusion molding using a high-temperature binder based on epoxy resins.

На фиг. 1 изображена фильера для формирования стержневых изделий, общий вид в разрезе; на фиг.2 фильера, вариант, общий вид; на фиг.3 фильера для формирования изделия выпукло-вогнутой формы, общий вид в разрезе; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3. In FIG. 1 shows a die for forming core products, a general sectional view; figure 2 die, option, General view; figure 3 die for forming a convex-concave shape of the product, a General view in section; figure 4 is a section bB in figure 3.

Фильера для формирования профильных изделий из ПКМ содержит подготовительную зону 1 и рабочую зону 2. The die for forming profile products from PCM contains a preparatory zone 1 and a working zone 2.

Подготовительная зона 1 имеет полость 3, которая плавно сужается до сечения 4 рабочей зоны фильеры. Угол наклона α образующей 5 к оси фильеры составляет 5-60^o. Фильера дополнительно снабжена секцией доотверждения 6, примыкающей к торцу 7 рабочей зоны фильеры и имеющей индивидуальную систему регулирования температуры (на чертеже не показана). На входе в фильеру выполнена фаска 8 по радиусу R ≥ 0,5 мм. Отверстия А служат для фиксации фильеры на столе штифтами. Длина рабочей зоны фильеры равна 400-600 мм.The preparatory zone 1 has a cavity 3, which gradually narrows to section 4 of the working zone of the die. The angle of inclination α of the generatrix 5 to the axis of the die is 5-60 ^o . The die is additionally equipped with a post-curing section 6 adjacent to the end face 7 of the working area of the die and having an individual temperature control system (not shown in the drawing). At the entrance to the die, a chamfer 8 is made with a radius R ≥ 0.5 mm. Holes A serve to fix the die on the table with pins. The length of the working area of the die is 400-600 mm.

Фильера для формирования выпукло-вогнутого

образного профиля 9 (фиг. 3, 4) выполнена разъемно и состоит из основания 10 и крышки 11, зафиксированных штифтами 12 и стянутых болтами 13 с шайбами 14. Полость 15 подготовительной зоны этой фильеры образована наклонными плоскостями В, Г, сопряженными между собой по радиусу R₁. Радиус R₁ определяется минимальными расстоянием между наклонными плоскостями.Dies for convex-concave

figurative profile 9 (Fig. 3, 4) is made detachable and consists of a base 10 and a cover 11, fixed with pins 12 and tightened by bolts 13 with washers 14. The cavity 15 of the preparatory zone of this die is formed by inclined planes B, D, mated with each other along the radius R ₁ . The radius R ₁ is determined by the minimum distance between the inclined planes.

На входе в рабочую зону фильеры плоскости, сопряженные между собой и образующие подготовительную зону фильеры, сопрягаются с полостью рабочей зоны плавкой кривой 16, форма которой определяется исходя из технологического режима, зависящего в свою очередь от исходных материалов формуемого изделия (связующего и наполнителя). На выходе из рабочей зоны фильеры выполнены фаски 18. At the entrance to the working zone of the die, the planes mated with each other and forming the preparation zone of the die are mated to the cavity of the working zone by fusion curve 16, the shape of which is determined based on the technological regime, which in turn depends on the starting materials of the molded product (binder and filler). At the exit from the working zone of the die, chamfers 18 are made.

Фильера работает следующим образом. The die works as follows.

При формировании жгут 17 происходит через подготовительную зону 1 фильеры, где происходит полная пропитка волокна с постепенным удалением избытка связующего из объема заготовки и остатков воздуха, затем через рабочую зону фильеры. When forming, the tow 17 occurs through the preparation zone 1 of the die, where the fiber is completely impregnated with the gradual removal of excess binder from the bulk of the preform and air residues, then through the working zone of the die.

Повышению качества наружной поверхности формуемого изделия способствует также наличию на выходе из рабочей зоны фильеры фасок 18, выполненных, например, по радиусу или по полукубической параболе. После выхода из рабочей зоны изделие попадает в камеру доотверждения с индивидуальной системой регулирования температуры. The quality of the outer surface of the molded product also contributes to the presence of chamfers 18 at the exit from the working zone of the die, made, for example, along a radius or a semi-cubic parabola. After leaving the working area, the product enters the after-curing chamber with an individual temperature control system.

Claims

1. Фильера для формования профильных изделий из полимерных композиционных материалов, содержащая сужающуюся в направлении движения материала полость, образованную наклонными стенками фильеры, сопряженными с рабочей зоной фильеры, отличающаяся тем, что наклонные стенки фильеры расположены под углом 5 60^o к ее оси, образуя подготовительную зону фильеры, при этом рабочая и подготовительная зоны сопряжены между собой плавной кривой.1. The die for forming shaped products from polymer composite materials, containing a cavity tapering in the direction of movement of the material, formed by the inclined walls of the die, conjugated with the working area of the die, characterized in that the inclined walls of the die are located at an angle of 5 60 ^o to its axis, forming a preparatory the die zone, while the working and preparatory zones are interconnected by a smooth curve.

2. Фильера по п.1, отличающаяся тем, что наклонные стенки подготовительной зоны фильеры сопряжены между собой по радиусу при изготовлении изделий выпукло-вогнутой формы. 2. The die according to claim 1, characterized in that the inclined walls of the preparatory zone of the die are conjugated along the radius in the manufacture of convex-concave shapes.

3. Фильера по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что длина рабочей зоны фильеры равна 400 600 мм. 3. The die according to claims 1 and 2, characterized in that the length of the working area of the die is 400 600 mm.

4. Фильера по пп.1 3, отличающаяся тем, что она снабжена секцией доотверждения с индивидуальной системой регулирования температуры, примыкающей к рабочей зоне фильеры. 4. The die according to claims 1 to 3, characterized in that it is equipped with a post-curing section with an individual temperature control system adjacent to the working area of the die.

5. Фильера по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что на входе в подготовительную зону фильеры выполнена фаска по радиусу ≥ 0,5 мм. 5. The die according to claims 1 and 2, characterized in that a chamfer of radius ≥ 0.5 mm is made at the entrance to the preparation zone of the die.