Оборудование заводов по переработке пластмасс

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАМОТКИ

Методом намотки изготавливают наиболее ответственные из­делия из армированных пластмасс, имеющие форму тел вра­щения (такие, как фюзеляжи самолетов и особо ответственные аппараты и емкости в химических производствах). При тесной укладке стекложгута его содержание в изделии может дости­гать 90%. Соответственно прочность в направлении укладки со­ставляет 3-103 МПа.

Используя метод намотки, можно применять как сухое, так и мокрое формование.

При сухом методе перед формованием стекложгуты предва­рительно пропитывают растворами полимерных связующих на специальных пропиточных машинах. При пропитке содержа­ние связующего в материале контролируется концентрацией раствора и скоростью движения стекложгута через пропиточ­ную ванну. Введение растворителя позволяет уменьшить вяз­кость связующего и повысить равномерность покрытия стекло­волокна смолой. Одновременно несколько усложняется техно­логия намотки, так как необходимо предусмотреть перед фор­мованием операцию просушки пропитанного стекложгута.

При мокром методе намотки операции пропитки и формова­ния обычно совмещены. В некоторых случаях стекложгут про­питывают жидкой смолой (не разбавленной растворителем), а затем наматывают на бобины, которые устанавливают в шпу - лярник намоточной машины.

Простейшая установка для изготовления намотанной обо­лочки состоит (рис. 11.13) из оправки 1, закрепленной в дер­жателе ротора 2; подвижной каретки 4 со шпулярником 6. Сматываемый с бобин шпулярника стекложгут 7 проходит че-

Рис. 11.13. Агрегат для намотки обо­лочек. Пояснения в тексте.

Рез пропиточную ванну 5 и поступает к натяжному уст­ройству 8, регулирующему на­тяжение пряжи при намотке. Одновременно валики устрой-

Ства отжимают избыточное связующее, которое возвращается в пропиточную ванну. Ходовой винт 3 служит для перемещения каретки 4. Отметим, что для обеспечения постоянного контакт­ного давления натяжение с увеличением радиуса изделия долж­но возрастать. На оправках большого радиуса необходимое контактное давление обеспечивается прижимными роликами. Контактное давление зависит от типа наполнителя и вязкости связующего и может составлять от 5 до 150 Н/см (контактное давление измеряется усилием, передаваемым на оправку еди­ничной длиной нити). Меньшее давление применяют при фор­мовании тонкостенных оболочек (толщиной до 1,5 мм) на от­носительно нежестких оправках.

Оправка. Конструкция оправки очень часто предопределяет эксплуатационные характеристики изделия. Она должна быть прочной, разборной или сделанной из легкоплавкого или раст­воримого материала, который можно легко удалить из внутрен­ней полости готового изделия. Выбор материала оправок зави­сит от используемого в последующем метода съема намотанно­го изделия.

Оправки можно изготавливать разборными, надувными или разрушаемыми. Часто применяют разделенные на сегменты разборные оправки, однако с увеличением диаметра изделия стоимость таких оправок становится чрезмерно высокой и в ря­де случаев во много раз превышает стоимость самого изделия.

Разрушаемые оправки можно изготавливать из растворимых или плавких солей; растворимых или плавких пластмасс; ком­позиций, содержащих растворимые - или плавкие цементирую­щие добавки. Чаще всего в качестве материала для разрушае­мых оправок применяют вымываемый гипс. Для изделий малого диаметра оправки изготавливают из одного гипса, для более крупных изделий — из гипса в сочетании с разборной армату­рой. Для крупногабаритных изделий оправки изготавливают из эвтектических солей или эвтектических материалов, которые нагревают до плавления, а затем отливают в форму в виде пустотелой оболочки.

Оправки, применяемые для формования сухим методом, необходимо нагревать в процессе намотки. С этой целью в их тело заделывают специальные нагревательные элементы (на­греватели сопротивления, металлические трубы для пара или нагретого масла и т. д.).

Натяжение лент или нитей при намотке оказывает большое влияние на прочность изделий. Натяжение должно быть по воз­можности равномерно распределено по всем нитям. Для регу­лирования натяжения стекловолокна применяют различные методы. Одним из них является установка регулируемого ме­ханического тормоза на шпуле, другой состоит в установке муфт с регулируемым тормозным моментом на подающих и на­тяжных роликах. Наконец, можно совместить операции натя­жения и отжима связующего при методе «мокрой» намотки, контролируя тормозной момент одного из отжимных роликов. Контроль натяжения при «мокрой» намотке позволяет регули­ровать содержание связующего и обеспечивает получение более равнопрочных изделий.

Среди различных типов машин для намотки оболочек мож­но выделить три основные группы, различающиеся по характеру движения раскладчика и оправки. Первая группа (простейший вариант) —станки с вращающейся оправкой и возвратно-посту­пательным движением каретки раскладчика (см. рис. 11.13). Вторая группа — станки планетарного типа (рис. 11.14,с), в которых раскладчик 2 вращается в плоскости, пересекающей ось вращения оправки 1 под небольшим углом; на таких стан­ках скорость вращения оправки обычно очень мала. Третья группа—станки с планетарным движением оправки 1 и непо­движным раскладчиком 2 (рис. 11.14,6). Современные станки для намотки оснащают фотоэлектрическими устройствами для контроля обрывности нитей и системами числового программно­го управления всеми параметрами процесса намотки, включая контроль траектории укладки нити.

Оборудование для намотки труб можно подразделить на машины периодического и непрерывного действия.

Машина периодического действия для «сухой» намотки труб (рис. 11.15) состоит из шпулярника 1, направляющих 2, непод­вижной оправки 3, подвижной каретки 4 и вращающейся план­шайбы 5, применяемой для радиальной обмотки. Полотно для продольной укладки поступает с катушек шпулярника 1, рас­считанных на использование стеклоткани шириной от 300 до 1000 мм. Натяжение полотен регулируется при помощи кату­шечных тормозов. Перед укладкой на оправку полотно пропу­скают через профилирующие круговые щели направляющих 2. Радиальная намотка полотна осуществляется вращением план-

Рис. 11.14. Планетарные станки для намотки оболо­чек:

О — станок с планетарным дви­жением шпулярника; б — станок с планетарным движением оп­равки.

Пояснения в тексте.

Шайбы 5, на которой также установлены катушки со стекло­тканью. Протягивание и укладка каждого продольного слоя стеклоткани осуществляется за счет продольного движения ка­ретки 4, которая вначале перемещается в крайнее левое поло­жение, захватывает полотна и отъезжает в крайнее правое по­ложение. Затем вращающаяся планшайба 5 спирально наматы­вает на закрепленные полотна слой стеклоткани. Самотормо­зящиеся катушки на планшайбе укреплены на поворотных стой­ках, автоматически устанавливающихся под нужным углом на­мотки за счет усилия натяжения лент. Привод 6 вращения планшайбы 5 расположен на подвижной каретке, в то время как привод 8 каретки 4 установлен на станине станка. Каждый из приводов имеет свой бесступенчатый, вариатор; управляя ими, можно подобрать необходимые шаг и скорость намотки. Для предотвращения взаимного наложения друг на друга стыков продольных полотен в двух соседних слоях, наличие которых снижает прочность трубы, перед наложением каждого продоль­ного слоя оправка поворачивается на небольшой угол при по­мощи поворотного механизма 7, установленного на правой опо­ре станка.

Машины для непрерывной намотки труб подразделяются на два основных типа: машины с подвижной оправкой конечной длины и машины с неподвижной оправкой.

Типичным примером машины первого типа является верти­кальный намоточный агрегат фирмы «Ганал Бепон и Грант» (США), показанный на рис. 11.16. Агрегат состоит из шести расположенных друг над другом горизонтальных столов (3, 6, 8, 9, 11 и 12), пять из которых вращаются вокруг вертикальной оси, а один (9) неподвижен. В центре каждого из столов име­ется отверстие для прохода сердечника оправки 1 при его дви­жении вверх. Оправка изготовлена из шлифованной стальной трубы длиной 6м с хромированной и полированной поверхно­стью. Верхний конец оправки имеет несколько меньший диаметр, чем нижний. Это позволяет, не останавливая машину, непре-

Рис. 11.16. Схема вертикального агрегата для формования труб на движущейся оправ­ке. Пояснения в тексте.

*

Рывно наращивать сердечник, вста­вляя его верхний конец в раструб нижнего.

Перед установкой оправки в ма­шину на ее поверхность наносится специальная силиконовая смазка, предотвращающая прилипание го­товой трубы к оправе.

Подача оправки с постоянной скоростью осуществляется при по­мощи двух пар обрезиненных вал­ков 2, установленных под нижним столом. При движении оправки че­рез отверстие с эластичным уплот­нением первого стола 3 она попа­дает в ванну, и на нее наносится связующее. При вращении стола на оправку наматываются предва­рительно пропитанные ленты стек­лоткани, поступающие с бобин 4. Двигаясь дальше вверх, оправка проходит через эластичную диа­фрагму 19 вращающегося в проти­воположном направлении стола 6, снимающую с нее избыток смазки. На этом столе установлены боби­ны 7 со стекловолокном, которое сматываясь с бобин, вначале пос­тупает в ванну и, проходя через расположенные по периметру сто­ла фарфоровые направляющие втулки 18 и установленные в ван­не штыри 5, хорошо смачивается связующим и равномерно на­вивается по спирали на оправку. Следующий стол 8 по конст­рукции полностью аналогичен столу 6 и отличается от него лишь направлением вращения. Четвертый стол 9 неподвижен. Сматываемое с бобин стекловолокно проходит через пропиточ­ную ванну, огибает кольцевые трубки 10 и попадает в кольцо 17 с направляющими штырями, равномерно распределяющими волокно вокруг трубы. На пятом вращающемся столе 11 нама­тывается наружный слой предварительно пропитанной стекло­ткани. На этом столе пропиточная ванна отсутствует. Одновре­менно эти ленты отжимают из трубы излишки связующего. На последнем, шестом вращающемся столе 12 установлены бобины с целлофановой лентой 13, которая наматывается поверх слоя
стеклоткани. Излишки отжатого связующего удаляются двумя деревянными лопатками 16. Над последним столом установле­ны центрирующие валки 14, контролирующие правильность движения оправки. Движение оправки синхронизировано с ра­ботой отрезного устройства 15, разрезающего трубу по стыку оправок. Отрезанная труба с оправкой захватывается манипу­лятором и устанавливается в печь для термоотвержденйя. Печь представляет собой алюминиевый цилиндр, внутри которого расположены паровые (или электрические) нагреватели. После отверждения трубу извлекают из печи и снимают с оправки на специальном приспособлении. Извлеченная оправка тщательно зачищается и направляется к агрегату для повторного исполь­зования. Машины такого типа позволяют изготавливать трубы с внутренним диаметром от 50 до 150 мм.

Агрегаты для непрерывного изготовления труб бесконечной длины можно разделить на две группы. В агрегатах первой группы осевое перемещение формуемой трубы реализуется за счет продольного движения элементов сложной оправки. В аг­регатах второй группы продольное движение трубы достигает­ся за счет применения в качестве оправки внутреннего слоя формуемой трубы. Проще всего это удается добиться при из­готовлении бипластмассовых труб, когда выходящая из экстру­дера пластмассовая труба после охлаждения используется в ка­честве бесконечной движущейся оправки для намотки внешних слоев из стеклопластика. '

Разновидностью первой группы является установка «Стра - тотьюб» (рис. 11.17), в которой труба формуется на неподвиж­ной оправке 1, непрерывно перемещаясь по ней в продольном направлении благодаря наличию продольных лент из стекло­ткани 3. Агрегат состоит из станины 11, на которой укреплена неподвижная стальная слабоконическая оправка 1. Непосредст­венно у основания оправки установлен неподвижный шпуляр - ник 2, на котором расположены бобины с целлофановой лентой,

Укладываемой в продольном направлении на оправку 1. Поверх целлофана в продольном направлении укладывается слой стеклоткани, поступающей с бобин шпулярника 3. На стекло­ткань распылителем 4 наносится слой связующего. По четыре бобины 6 со стеклотканью 8 устанавливаются на двух вращаю­щихся в противоположных направлениях планшайбах 5, опи­рающихся на центрирующие опорные ролики 7. Каждая бобина имеет индивидуальное тормозное устройство, автоматически поддерживающее заданное натяжение. На планшайбе установ­лено приспособление для подачи связующего 4 и отжимные устройства для удаления его излишков. Обычно на каждую из бобин наматывается по 900 м ленты. Намотанная на оправку труба, поступает в пространство между профилирующими ро­ликами 9, наружный контур которых очерчен строго по дуге окружности; сам ролик изготовлен в виде набора отдельных тонких дисков. Эти ролики одновременно играют роль форму­ющих инструментов и электродов высокочастотного генерато­ра 10, один из полюсов которого соединен со станиной агрега­та, а второй — с роликами 9. Проходя через высокочастотный нагреватель, труба отверждается и подается к гусеничному тя­нульному устройству (на рис. 11.17 не показано), обеспечива­ющему движение готовой трубы с линейной скоростью 0,25— 4 м/мин. Время отверждения — от 1 до 10 с. Агрегаты такого типа позволяют выпускать трубы с толщиной стенки от 1,5 до 20 мм и диаметром от 40 до 1000 мм.