RU2740963C1

RU2740963C1 - Composite hollow shell manufacturing method

Info

Publication number: RU2740963C1
Application number: RU2020121469A
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Саушкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «ЭЛЕКТРОМАШ»
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-01-22

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction, namely to composite supports, spatial structures used for arrangement of light-signal equipment, advertisement, power transmission lines, communication equipment, etc. Method of composite hollow shell manufacturing consists in production of composite material wound on forming element, wherein for composite support composite material is obtained by forming pseudo tape from bundles of reinforcing filler, impregnated with polymer binder, passing through impregnation bath (annular reinforcement), winded with reinforcing filler without preliminary impregnation (axial reinforcement), of produced pseudo tape in circumferential direction on forming element with additional impregnation of axial reinforcement in lower point on surface of wound shell by means of rolling roller wetted by polymer binder, formation of a layer-by-layer winded wall of a shell from the obtained composite material by continuous movement of a pseudo tape stacker along the rotating shaping element with the set value of the pseudo tape stacker displacement per one revolution of the shaping element.

EFFECT: providing high specific bearing capacity per unit weight of shell; increased efficiency of winding of composite shell; improved dielectric properties of fiberglass.

13 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к композитным опорам, пространственным конструкциям, используемым для размещения светосигнального оборудования, рекламы, линий электропередач, оборудования связи и т.д. Изобретение относится к элементам силовых конструкций, работающих под нагрузкой, и может быть использовано в качестве элементов опор несущих высоконагруженных вертикальных или горизонтальных строительных сооружений, несущих опор линий электропередач, ветровых генераторов и прочее. The invention relates to the field of construction, namely to composite supports, spatial structures used to accommodate lighting equipment, advertising, power lines, communication equipment, etc. The invention relates to elements of load-bearing structures, operating under load, and can be used as support elements for load-bearing high-load vertical or horizontal building structures, load-bearing supports for power lines, wind generators, etc.

Известен способ сборки модульной мачты (патент РФ 2376432, E04H 12/00, опубл. 20.12.2009 г.), включающий использование двух или более полых конических модулей мачтовой секции, причем каждый модуль имеет первый открытый конец и противоположный второй открытый конец, при этом площадь поперечного сечения второго конца меньше, чем площадь поперечного сечения первого конца, и каждый модуль содержит композиционный материал, полученный намоткой пропитанного полимером армирующего волокна, и создание комплекта из двух или более модулей, чтобы образовать конструкцию удлиненной модульной мачты выбранной длины за счет сопряжения второго конца первого модуля с первым концом второго модуля. Причем первый и второй модули имеют различные прочностные свойства в результате изменения одного или более свойств композиционного материала, полученного намоткой волокна, выбранных из: а) угла намотки пропитанного полимером армирующего волокна; б) отношения количества армирующего волокна к количеству полимера; в) последовательности намотки пропитанного полимером армирующего волокна; г) количества и толщины слоев пропитанного полимером армирующего волокна в композиционном материале; д) состава армирующего волокна; е) состава полимера; ж) состава добавок к полимеру, и з) комбинации указанных свойств.There is a known method for assembling a modular mast (RF patent 2376432, E04H 12/00, publ. 20.12.2009), which includes the use of two or more hollow conical modules of the mast section, each module has a first open end and an opposite second open end, while the cross-sectional area of the second end is less than the cross-sectional area of the first end, and each module contains a composite material obtained by winding a polymer impregnated reinforcing fiber, and the creation of a set of two or more modules to form an elongated modular mast structure of a selected length by mating the second end the first module with the first end of the second module. Moreover, the first and second modules have different strength properties as a result of changing one or more properties of the composite material obtained by winding the fiber, selected from: a) the winding angle of the reinforcing fiber impregnated with the polymer; b) the ratio of the amount of reinforcing fiber to the amount of polymer; c) the sequence of winding the polymer impregnated reinforcing fiber; d) the number and thickness of layers of polymer impregnated reinforcing fiber in the composite material; e) the composition of the reinforcing fiber; f) the composition of the polymer; g) the composition of additives to the polymer, and h) combinations of these properties.

Недостатком данного технического решения является высокая стоимость изготовления модулей, сложность технологии, недостаточная прочность и трудоемкость монтажа.The disadvantage of this technical solution is the high cost of manufacturing modules, the complexity of technology, insufficient strength and laborious installation.

Известен длинномерный силовой конструкционный элемент типа вертикальной колонны из полимерного композиционного материала (патент РФ 2529206, E04C 3/36, опубл. 27.09.2014 г.), который содержит пропитанные связующим и уложенные друг на друга слои композиционного материала, образующие непрерывную стенку продольной полости и расположенные по пространственным спиральным кривым, наклоненным к продольной оси полости под постоянным углом не менее 40°. В качестве материала слоев, образующих тонкостенную цилиндрическую или слабоконическую оболочку, использован стеклоровинг, пропитанный наномодифицированным связующим в ходе «мокрой» намотки слоев, соседние слои намотаны друг относительно друга перекрестно относительно продольной оси и под разными углами к продольной оси элемента, а именно поперечно намотанные слои - под углом в диапазоне 40-50°; продольно намотанные слои - под углом в диапазоне 5-10°. Из слоев сформированы два типа чередующихся пакетов, отличающихся по количеству и расположению слоев в них, а именно поперечный пакет из двух поперечно и перекрестно намотанных слоев и продольный пакет из четырех продольно и чередующихся перекрестно намотанных слоев, причем наружный и самый нижний внутренний пакеты композиционного элемента - поперечные.Known is a long power structural element of the vertical column type made of polymer composite material (RF patent 2529206, E04C 3/36, publ. 09/27/2014), which contains layers of composite material impregnated with a binder and stacked on top of each other, forming a continuous wall of a longitudinal cavity and located along spatial spiral curves, inclined to the longitudinal axis of the cavity at a constant angle of at least 40 °. Glass roving impregnated with a nanomodified binder during the "wet" winding of layers is used as the material of the layers forming a thin-walled cylindrical or slightly conical shell, the adjacent layers are wound relative to each other crosswise relative to the longitudinal axis and at different angles to the longitudinal axis of the element, namely, transversely wound layers - at an angle in the range of 40-50 °; longitudinally wound layers - at an angle in the range of 5-10 °. Two types of alternating packets are formed from the layers, differing in the number and arrangement of layers in them, namely, a transverse pack of two transverse and cross-wound layers and a longitudinal pack of four longitudinally and alternating cross-wound layers, with the outer and the lowest inner packs of the composite element - transverse.

Недостатком данного изобретения является избыточная материалоемкость, обусловленная тем, что толщина стенки изготавливаемого модуля (выбираемая, исходя из максимальных значений действующих на опору механических напряжений), и следовательно, ее прочностные свойства одинаковы вдоль модуля, в то время как действующие и расчетные механические напряжения, которым должна противостоять стойка опоры ЛЭП в условиях эксплуатации, меняются по высоте опоры с концентрацией на локальных участках.The disadvantage of this invention is excessive material consumption, due to the fact that the wall thickness of the manufactured module (selected based on the maximum values of mechanical stresses acting on the support), and therefore, its strength properties are the same along the module, while the acting and calculated mechanical stresses, which the stand of the power transmission line support must withstand under operating conditions, the supports vary in height with concentration in local areas.

Известен длинномерный конструкционный элемент из композиционного материала, содержащий армирующий каркас из слоев армирующего материала на основе продольных волокон или нитей, размещенных в сплошной среде скрепляющего его полимерного связующего, образующих стенку профиля, причем элемент снабжен, по меньшей мере, одной замкнутой продольной полостью и содержит дополнительно, по меньшей мере, еще один слой из однонаправленных непрерывных нитей, расположенных по пространственным спиральным кривым, наклоненным к продольным нитям под постоянным углом в пределах от 40 до 89,9°, и охватывающий, по меньшей мере, одну продольную полость с объемным соотношением продольных и наклонных нитей от 50:1 до 1:50 при объемном соотношении всех нитей армирующего каркаса с полимерным связующим от 1:1 до 1:0,2, отношением линейной плотности продольных и наклонных нитей от 1:1 до 1:0,1 и соотношением площади поперечного сечения всех слоев с продольными нитями к площади сечения всех слоев с наклонным расположением нитей от 15:1 до 1:15, при этом в длинномерном элементе наклонные нити могут быть сформированы в ленты с размещением нитей в ленте на возрастающих от одной кромки ленты к другой расстояниях от внутренней поверхности и по меньшей мере один слой с наклонным расположением однонаправленных нитей выполнен в виде двух отдельных подслоев с равным количеством содержащихся в них нитей, расположенных под равными, но наклоненными в противоположные стороны от продольных нитей углами, а однонаправленные нити подслоев, наклоненные в разные стороны от продольных нитей, могут быть переплетены между собой с образованием замкнутой непрерывной поверхности (патент РФ №2196866, E04C 3/28, B29D 22/00, опубл. 20.01.2003 г.). Known is a long structural element made of a composite material containing a reinforcing frame made of layers of reinforcing material based on longitudinal fibers or threads placed in a continuous medium of a polymeric binder that holds it together, forming a profile wall, and the element is equipped with at least one closed longitudinal cavity and additionally contains at least one more layer of unidirectional continuous filaments located along spatial spiral curves inclined to the longitudinal filaments at a constant angle in the range from 40 to 89.9 °, and covering at least one longitudinal cavity with a volume ratio of longitudinal and inclined threads from 50: 1 to 1:50 with a volume ratio of all threads of the reinforcing frame with a polymer binder from 1: 1 to 1: 0.2, the ratio of the linear density of longitudinal and inclined threads from 1: 1 to 1: 0.1 and the ratio of the cross-sectional area of all layers with longitudinal threads to the cross-sectional area of all layers with an inclined arrangement yarns from 15: 1 to 1:15, while in a long-length element, oblique yarns can be formed into ribbons with the placement of the threads in the tape at distances increasing from one edge of the tape to the other from the inner surface and at least one layer with an oblique arrangement of unidirectional threads is made in the form of two separate sublayers with an equal number of threads contained in them, located at equal angles but inclined in opposite directions from the longitudinal threads, and the unidirectional threads of the sublayers, inclined in different directions from the longitudinal threads, can be intertwined with each other to form a closed continuous surface (RF patent No. 2196866, E04C 3/28, B29D 22/00, publ. January 20, 2003).

Недостатками аналога является весьма сложная технология изготовления конструкционного элемента (для формирования композиционного пакета требуется значительное количество разнородных материалов, наматываемых в виде слоев, для каждого из которых требуются индивидуальные технологические режимы намотки), а также невозможность получения сборных конструкций без ухудшения их физико-механических свойств.The disadvantages of the analogue are a very complex technology for manufacturing a structural element (to form a composite package requires a significant amount of dissimilar materials wound in the form of layers, each of which requires individual technological winding modes), as well as the impossibility of obtaining prefabricated structures without deteriorating their physical and mechanical properties.

Известен конструкционный элемент в виде линейного стержня, выполненный со сложной развитой поверхностью из композиционного материала на основе перекрещивающихся стекловолокон и продольно ориентированных в нем стеклоровингов, скрепленных полимерным связующим, полученным способом термопротяжки через фильерное устройство. Линейный стержень элемента выполнен из стекломатов поверхностной плотностью 100-400 г/м² из хаотично перекрещивающихся стекловолокон, равномерно распределенных на продольно ориентированных стеклоровингах со стороны открытых наружных поверхностей его развитого профиля. Объемное соотношение стекломатов и стеклоровингов со связующим в композиционном материале составляет от 1: 0,5 до 1:0,75 (патент РФ №2164993, E06B 3/20, опубл. 10.04.2001 г.).Known structural element in the form of a linear rod, made with a complex developed surface made of a composite material based on crossed glass fibers and glass rovings oriented longitudinally in it, fastened with a polymer binder, obtained by thermal drawing through a spinneret device. The linear rod of the element is made of glass mats with a surface density of 100-400 g / m² from chaotically intersecting glass fibers, evenly distributed on longitudinally oriented glass rovings from the side of the open outer surfaces of its developed profile. The volume ratio of glass mat and glass roving with a binder in the composite material is from 1: 0.5 to 1: 0.75 (RF patent No. 2164993, E06B 3/20, publ. 10.04.2001).

Несмотря на то, что известное решение характеризуется высокой жесткостью, его недостатком является то, что использованные для его изготовления материалы, способ их укладки при формировании композитной основы не позволяют его использовать в качестве сильно нагруженного конструкционного элемента, так как его несущая способность относительно невелика.Despite the fact that the known solution is characterized by high rigidity, its disadvantage is that the materials used for its manufacture, the method of their laying during the formation of a composite base do not allow it to be used as a heavily loaded structural element, since its bearing capacity is relatively low.

Известен способ изготовления композитного модуля для опоры воздушной линии электропередачи (патент РФ 2602255, E04H 12/02, B28B 21/48, опубл. 10.11.2016 г.), выбранный в качестве прототипа. Способ изготовления композитного модуля для стойки опоры воздушной линии электропередачи, заключающийся в получении композитного материала путем пропитки армирующего волокна полимерным связующим, формировании многослойной стенки модуля из полученного композитного материала путем его послойной намотки на вращающуюся коническую оправку. В процессе намотки варьируют число слоев намотанного композитного материала вдоль оси вращения конической оправки. Это позволяет изменять прочностные свойства стенки композитного модуля вдоль его продольной оси в соответствии с локальной концентрацией механических напряжений на стойке опоры (значения которых могут быть получены, например, расчетным путем) без увеличения числа модулей стойки и, тем самым, уменьшить материалоемкость стойки и упростить ее монтаж.A known method of manufacturing a composite module for supporting an overhead power line (RF patent 2602255, E04H 12/02, B28B 21/48, publ. 10.11.2016), selected as a prototype. A method of manufacturing a composite module for an overhead power transmission line support, which consists in obtaining a composite material by impregnating a reinforcing fiber with a polymer binder, forming a multilayer wall of a module from the obtained composite material by winding it layer by layer on a rotating conical mandrel. During the winding process, the number of layers of the wound composite material is varied along the axis of rotation of the conical mandrel. This makes it possible to change the strength properties of the wall of the composite module along its longitudinal axis in accordance with the local concentration of mechanical stresses on the support post (the values of which can be obtained, for example, by calculation) without increasing the number of post modules and, thereby, reducing the material consumption of the post and simplifying it mounting.

Недостатками прототипа является:The disadvantages of the prototype are:

1. Низкое содержание армирующего наполнителя при укладке слоев под углами от 0 до 65 градусов к оси из-за низкого контактного давления армирующего волокна на наматываемую поверхность при таких углах намотки. Соответственно более низкая прочность композита в целом.1. Low content of reinforcing filler when laying layers at angles from 0 to 65 degrees to the axis due to the low contact pressure of the reinforcing fiber on the winding surface at such winding angles. Correspondingly lower strength of the composite as a whole.

2. Наличие зон разворота, в которых угол намотки плавно меняется, например от +12 до 90 и затем к -12 градусам к оси модуля. Такие зоны находятся как по краям модуля, так и на границах слоев заканчивающихся на теле готового модуля. Эти зоны в каждом слое не вносят запланированного увеличения прочности в конструкции модуля, так как угол намотки в них отличается от расчетного, что ведет к увеличению материалоемкости модуля для обеспечения требуемой прочности. 2. The presence of reversal zones in which the winding angle changes smoothly, for example, from +12 to 90 and then to -12 degrees to the module axis. Such zones are located both along the edges of the module and at the boundaries of the layers ending on the body of the finished module. These zones in each layer do not introduce the planned increase in strength in the module structure, since the winding angle in them differs from the calculated one, which leads to an increase in the material consumption of the module to ensure the required strength.

3. Наличием большого количества слоев с разными характеристиками намотки, что приводит к трудоемкому процессу проектирования, изготовления и настройки оборудования.3. The presence of a large number of layers with different winding characteristics, which leads to a laborious process of designing, manufacturing and setting up equipment.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления композитной полой оболочки для достижения технического результата.The objective of the present invention is to develop a method for manufacturing a composite hollow shell to achieve a technical result.

Техническим результатом заявленного изобретения является разработка способа изготовления с целью: увеличения содержания армирующего наполнителя для обеспечения высокой удельной несущей способности на единицу массы оболочки; увеличения производительности намотки композитной оболочки до 300 кг/час; возможности намотки труб больших диаметров с толщиной стенки варьируемой в большом интервале; возможности варьирования в широких пределах соотношения кольцевого и осевого армирования при высоком содержании армирующего наполнителя; возможности намотки труб переменного сечения с постоянным соотношением кольцевой и осевой арматуры и постоянной толщиной стенки; намотки оболочки с отсутствием сплошной осевой арматуры для улучшения диэлектрических свойства стеклопластика.The technical result of the claimed invention is the development of a manufacturing method with the aim of: increasing the content of the reinforcing filler to ensure a high specific bearing capacity per unit mass of the shell; increasing the productivity of winding the composite shell up to 300 kg / h; the possibility of winding pipes of large diameters with a wall thickness varied in a wide range; the possibility of varying the ratio of annular and axial reinforcement in a wide range with a high content of reinforcing filler; the possibility of winding pipes of variable cross-section with a constant ratio of annular and axial reinforcement and a constant wall thickness; winding of the shell with the absence of solid axial reinforcement to improve the dielectric properties of fiberglass.

Поставленная задача решается тем, что изготовление оболочки 2 осуществляют путем намотки псевдоленты 5 на вращающийся формообразующий элемент 1 по винтовой линии в направлении 12 с шагом 7 находящимся в интервале (А/2;Б-А/2) или (Б+А/2;2*Б-А/2). Псевдолента 5 формируется из параллельного пучка жгутов армирующего наполнителя 4 (кольцевое армирование) проходящих через ванну пропитки 14 с пропиточными валиками 13 пропитываясь подогреваемым полимерным связующим 11 при температуре от 30 до 80°С, далее проходящих через вращающийся вертлюг 6, в результате чего жгуты кольцевого армирования 4 обматываются непропитанными жгутами осевого армирования 3. После укладки на формообразующий элемент 1 слои псевдоленты 5 прикатываются роликом 9, наружная поверхность которого имеет винтовые линии, при этом ролик 9 погружен в ванночку 10 с полимерным связующим 11 для пропитки осевого армирования. Прикатка роликом 9 уплотняет слой арматуры, удаляя лишнее связующее. В результате этого укладка волокон армирования получается очень плотной, а слой связующего между ними имеет минимальную толщину, что положительно сказывается на прочности композита и снижает его горючесть. Благодаря шагу намотки 7 находящемуся в интервале (А/2;Б-А/2) или (Б+А/2;2*Б-А/2) и прикатке роликом 9 удается получить содержание армирующего наполнителя в отвержденном композите 75-85 % по массе. Варьируя шаг намотки 7 в интервале (А/2;Б-А/2) или (Б+А/2;2*Б-А/2) при неизменной ширине псевдоленты 8, можно изменять толщину стенки оболочки 2, укладываемую за один проход. Варьируя отношение плотности намотки кольцевого и осевого армирования можно задавать физико-механические свойства наматываемой оболочки в каждом конкретном месте. Такой способ позволяет реализовывать непрерывную намотку, намотку сильноконических оболочек, намотку нескольких слоев обеспечивая любую толщину стенки, а также намотку оболочек большого диаметра малым числом одновременно укладываемых волокон.The problem is solved by the fact that the manufacture of the shell 2 is carried out by winding the pseudo tape 5 on the rotating shaping element 1 along the helical line in the direction 12 with a step 7 in the interval (A / 2; B-A / 2) or (B + A / 2; 2 * B-A / 2). Pseudo tape 5 is formed from a parallel bundle of bundles of reinforcing filler 4 (annular reinforcement) passing through an impregnation bath 14 with impregnating rollers 13 being impregnated with a heated polymer binder 11 at a temperature of 30 to 80 ° C, then passing through a rotating swivel 6, resulting in bundles of annular reinforcement 4 are wrapped with untreated axial reinforcement ropes 3. After laying on the forming element 1, the layers of pseudo tape 5 are rolled with a roller 9, the outer surface of which has helical lines, while the roller 9 is immersed in a bath 10 with polymer binder 11 for impregnating the axial reinforcement. Rolling by roller 9 compresses the reinforcement layer, removing excess binder. As a result, the laying of the reinforcement fibers is very dense, and the binder layer between them has a minimum thickness, which has a positive effect on the strength of the composite and reduces its combustibility. Thanks to the winding step 7, which is in the interval (A / 2; B-A / 2) or (B + A / 2; 2 * B-A / 2) and rolling with a roller 9, it is possible to obtain the content of reinforcing filler in the hardened composite 75-85% by mass. By varying the winding pitch 7 in the interval (A / 2; B-A / 2) or (B + A / 2; 2 * B-A / 2) with a constant width of the pseudo tape 8, it is possible to change the wall thickness of the shell 2, laid in one pass ... By varying the ratio of the density of the winding of the annular and axial reinforcement, it is possible to set the physical and mechanical properties of the winding shell in each specific place. This method makes it possible to realize continuous winding, winding of strongly conical shells, winding of several layers providing any wall thickness, as well as winding of shells of large diameter with a small number of simultaneously laid fibers.

В заявленном способе в процессе намотки композитного материала в след за псевдолентой одновременно наматывают на поверхность получаемой оболочки армирующий наполнитель пропитанный полимерным связующим для формирования облицовочного слоя, придающего гладкую и ровную поверхность получаемой оболочки.In the claimed method, in the process of winding the composite material in the wake of the pseudo-tape, a reinforcing filler impregnated with a polymer binder is simultaneously wound on the surface of the resulting shell to form a facing layer giving a smooth and even surface of the resulting shell.

Облицовочный слой состоящий из армирующего наполнителя пропитанный полимерным связующим (кольцевое армирование) можно наматывать после окончания намотки основного слоя. The facing layer consisting of a reinforcing filler impregnated with a polymer binder (ring reinforcement) can be wound after the end of the main layer winding.

Стенку наматываемой оболочки можно формировать за несколько проходов путем одновременного перемещения укладчика псевдоленты вдоль вращающегося формообразующего элемента поочередно сначала в прямом, а затем в обратном направлении и так далее.The wall of the winding casing can be formed in several passes by simultaneously moving the pseudo tape stacker along the rotating forming element alternately, first in the forward direction and then in the opposite direction, and so on.

Стенку наматываемой оболочки можно формировать за несколько проходов путем одновременного перемещения укладчика псевдоленты вдоль вращающегося формообразующего элемента только в одном направлении. The wall of the winding casing can be formed in several passes by simultaneously moving the pseudo tape stacker along the rotating forming element in only one direction.

В заявленном изобретении в качестве армирующего наполнителя используют ровинг из стекловолокна и/или углеволокна и/или базальтового волокна и/или арамидного волокна.In the claimed invention, roving made of glass fiber and / or carbon fiber and / or basalt fiber and / or aramid fiber is used as a reinforcing filler.

В качестве армирующего наполнителя можно использовать стеклонить из стекловолокна и/или углеволокна и/или базальтового волокна и/или арамидного волокна. Glass fiber and / or carbon fiber and / or basalt fiber and / or aramid fiber can be used as a reinforcing filler.

В качестве армирующего наполнителя можно использовать одновременно стеклоровинг и стеклонить из: стекловолокна и/или углеволокна и/или базальтового волокна и/или арамидного волокна.As a reinforcing filler, you can use both glass roving and glass fiber from: glass fiber and / or carbon fiber and / or basalt fiber and / or aramid fiber.

Во время намотки в ванне пропитки полимерное связующее подогревают в диапазоне температур от 30 до 80°С. Во время намотки проводят термообработку наматываемой оболочки в диапазоне температур от 30 до 50°С. Полимеризацию намотанной оболочки проводят в диапазоне температур от 80 до 160°С. В качестве полимерного связующего используют композицию на основе: эпоксидной смолы, полиэфирной смолы, винилэфирной смолы, или эпоксивинилэфирной смолы в количестве 0,17-0,4 от массы армирующего наполнителя. Полимерное связующее может иметь модифицирующие добавки.During winding in the impregnation bath, the polymer binder is heated in the temperature range from 30 to 80 ° C. During winding, heat treatment of the winding casing is carried out in the temperature range from 30 to 50 ° C. Polymerization of the wound casing is carried out in the temperature range from 80 to 160 ° C. A composition based on epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin, or epoxy vinyl ester resin in an amount of 0.17-0.4 based on the weight of the reinforcing filler is used as a polymer binder. The polymeric binder can have modifying additives.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема намотки оболочки.FIG. 1 shows a schematic diagram of the winding of the shell.

На фиг. 2 представлена схема укладки слоев псевдоленты на формообразующий элемент.FIG. 2 shows a diagram of stacking pseudo-tape layers on a forming element.

На фиг.3 представлено распределение армирующего наполнителя в псевдоленте. Размер А обозначает ширину армирующего наполнителя уложенного на формообразующий элемент. Размер Б означает шаг между соседними жгутами/нитями армирующего наполнителя в псевдоленте.Figure 3 shows the distribution of the reinforcing filler in the pseudo tape. Dimension A denotes the width of the reinforcing filler placed on the forming element. Dimension B means the step between adjacent bundles / threads of reinforcing filler in the pseudo tape.

Пример осуществления изобретения приведен ниже:An example of implementation of the invention is given below:

Изготавливали стойку опоры воздушной линии электропередач длиной 10,5 м и диаметром в основании 0,4 м.An overhead power line support post was made with a length of 10.5 m and a diameter of 0.4 m at the base.

Изготовление проводили на 3-х координатном станке с программным управлением. Стенку оболочки наматывали за один проход с последующей намоткой облицовочного слоя. Ширина используемого стеклоровинга уложенного на формообразующий элемент составляла 3,4 мм. Расстояние между соседними стеклоровингами составляло 8 мм. Шаг намотки был равен 4,2 мм. В таблице 1 приведены выборочные характеристики полученной стойки.Manufacturing was carried out on a 3-axis programmed machine. The shell wall was wound in one pass, followed by winding of the facing layer. The width of the used glass roving laid on the forming element was 3.4 mm. The distance between adjacent glass rovings was 8 mm. The winding pitch was 4.2 mm. Table 1 shows the selected characteristics of the resulting rack.

Таблица 1Table 1

ПараметрParameter Единица измеренияunit of measurement ЗначениеValue ДлинаLength ммmm 1050010500 Диаметр у основанияDiameter at base ммmm 400400 Толщина стенки Wall thickness ммmm 88 МассаWeight кгKg 185185 Содержание связующегоBinder content %% 2020 Расчетный изгибающий моментDesign bending moment кН·мkN m 157157 Расчетный срок службыEstimated service life летyears old 7575

Claims

1. Способ изготовления композитной полой оболочки, заключающийся в получении композитного материала, наматываемого на формообразующий элемент, отличающийся тем, что для изготовления композитной опоры композитный материал получают путем формирования псевдоленты из жгутов армирующего наполнителя, пропитанных полимерным связующим, проходящих через ванну пропитки (кольцевое армирование), обматываемых армирующим наполнителем без предварительной пропитки (осевое армирование), намотки полученной псевдоленты в окружном направлении на формообразующий элемент с дополнительной пропиткой осевого армирования в нижней точке на поверхности наматываемой оболочки с помощью прикатывающего валика, смачиваемого полимерным связующим, формирования косослойно наматываемой стенки оболочки из полученного композитного материала путем непрерывного перемещения укладчика псевдоленты вдоль вращающегося формообразующего элемента с заданным значением смещения укладчика псевдоленты на один оборот формообразующего элемента, находящимся в одном из интервалов (А/2;Б-А/2) или (Б+А/2;2*Б-А/2), с последующей намоткой облицовочного слоя и термообработкой для отверждения композитного материала намотанной оболочки, где А - ширина армирующего наполнителя, уложенного на формообразующий элемент, Б - шаг между соседними жгутами армирующего наполнителя в псевдоленте.1. A method of manufacturing a composite hollow shell, which consists in obtaining a composite material wound on a forming element, characterized in that for the manufacture of a composite support, a composite material is obtained by forming a pseudo-tape from reinforcing filler bundles impregnated with a polymer binder passing through an impregnation bath (ring reinforcement) , wrapped with a reinforcing filler without preliminary impregnation (axial reinforcement), winding the resulting pseudo tape in the circumferential direction onto a forming element with additional impregnation of axial reinforcement at the lowest point on the surface of the winding shell using a rolling roller wetted with a polymer binder, forming an obliquely winding shell wall from the obtained composite material by continuous movement of the pseudo-tape stacker along the rotating forming element with a given value of displacement of the pseudo-belt stacker per one revolution of the forming element enta located in one of the intervals (A / 2; B-A / 2) or (B + A / 2; 2 * B-A / 2), followed by winding of the facing layer and heat treatment for curing the composite material of the wound shell, where A is the width of the reinforcing filler laid on the forming element, B is the step between adjacent bundles of the reinforcing filler in the pseudo tape.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе намотки композитного материала вслед за псевдолентой одновременно наматывают на поверхность получаемой оболочки армирующий наполнитель, пропитанный полимерным связующим для формирования облицовочного слоя, придающего гладкую и ровную поверхность получаемой оболочки.2. A method according to claim 1, characterized in that, in the process of winding the composite material, following the pseudo tape, a reinforcing filler impregnated with a polymer binder is simultaneously wound on the surface of the resulting shell to form a facing layer giving a smooth and even surface of the resulting shell.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облицовочный слой, состоящий из армирующего наполнителя, пропитанного полимерным связующим (кольцевое армирование), наматывают после окончания намотки основного слоя.3. The method according to claim. 1, characterized in that the facing layer, consisting of a reinforcing filler impregnated with a polymer binder (ring reinforcement), is wound after the end of the winding of the base layer.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стенку наматываемой оболочки формируют за несколько проходов путем одновременного перемещения укладчика псевдоленты вдоль вращающегося формообразующего элемента поочередно сначала в прямом, а затем в обратном направлении и так далее.4. The method according to claim 1, characterized in that the wall of the winding casing is formed in several passes by simultaneous movement of the pseudo-tape stacker along the rotating forming element alternately, first in the forward direction and then in the opposite direction, and so on.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стенку наматываемой оболочки формируют за несколько проходов путем одновременного перемещения укладчика псевдоленты вдоль вращающегося формообразующего элемента только в одном направлении.5. The method according to claim 1, characterized in that the wall of the winding casing is formed in several passes by simultaneously moving the pseudo-tape stacker along the rotating forming element in only one direction.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве армирующего наполнителя используют ровинг из стекловолокна, и/или углеволокна, и/или базальтового волокна, и/или арамидного волокна.6. The method according to claim 1, characterized in that as the reinforcing filler, roving made of glass fiber and / or carbon fiber and / or basalt fiber and / or aramid fiber is used.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве армирующего наполнителя используют стеклонить из стекловолокна, и/или углеволокна, и/или базальтового волокна, и/или арамидного волокна.7. The method according to claim 1, characterized in that glass fiber and / or carbon fiber and / or basalt fiber and / or aramid fiber are used as the reinforcing filler.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве армирующего наполнителя используют одновременно стеклоровинг и стеклонить из: стекловолокна, и/или углеволокна, и/или базальтового волокна, и/или арамидного волокна.8. The method according to claim 1, characterized in that both glass roving and glass yarn are used as reinforcing filler: glass fiber and / or carbon fiber and / or basalt fiber and / or aramid fiber.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время намотки в ванне пропитки полимерное связующее подогревают при температуре 30 до 80 °С.9. The method according to claim 1, characterized in that during winding in the impregnation bath, the polymer binder is heated at a temperature of 30 to 80 ° C.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время намотки проводят термообработку наматываемой оболочки при температуре от 30 до 50 °С.10. A method according to claim 1, characterized in that during the winding, the winding casing is heat treated at a temperature of 30 to 50 ° C.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полимеризацию намотанной оболочки проводят при температуре от 80 до 160 °С.11. The method according to claim 1, characterized in that the polymerization of the wound casing is carried out at a temperature of 80 to 160 ° C.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего используют композицию на основе: эпоксидной смолы, полиэфирной смолы, винилэфирной смолы или эпоксивинилэфирной смолы в количестве 0,17-0,4 от массы армирующего наполнителя. 12. The method according to claim 1, characterized in that a composition based on epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin or epoxy vinyl ester resin in an amount of 0.17-0.4 based on the weight of the reinforcing filler is used as a polymer binder.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что полимерное связующее имеет модифицирующие добавки.13. The method according to claim 12, wherein the polymer binder has modifying additives.