11

ТЕХНОЛОГИИТЕХНОЛОГИИXXIXXI

ВЕКАВЕКА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

ЗАО “ЗЭМ” РКК “ЭНЕРГИЯ”

2012

2

“Технология получения препрегов с высоким содержанием полимера”

Тема доклада

Излагаются теоретические основы технологии получения препрегов с высоким содержанием полимера методом вакуумной пропитки и сушки

Результаты получены в ходе выполнения хоздоговора № 516 МГУЛ с ЗАО «ЗЭМ» РКК «Энергия» в 2010-2011 г.г. Договор выполнялся кафедрами: - материаловедения и технологии конструкционных материалов; - процессов и аппаратов д/о производств

3

АВТОРЫ:Московский государственный университет леса - В.Д. Котенко, И.В. Сапожников, В.В. АбразумовЗАО ˝ЗЭМ˝ РКК ˝ЭНЕРГИЯ˝ - В.А. Романенко, А.И. Терёхин, Л.Н. Кузнецова

№п/п

Вид заготовок

Содержание летучих продуктов, мас. %

Содержание полимера, масс. %

1 ПВП-КТ 3…6 от 35 до 50

2 ПВП-КТК 7…13 не менее 40

Требования к содержанию полимера и летучих продуктов в препрегах

ТАБЛИЦА 1

44

55

Схема экспериментальной установки ЗЭМ для пропитки вязально-прошивных полотен

лаком ЛБС-4

6

Расчётное содержание лака и смолы в полотнах при разовой вакуумной пропитке

Полот-но

Порис-тость, 1

Содер-жание в полотне лака,масс. %

Расчётное содержание полимера в полотне при содержании ФФС в лакепри разовой пропитке, масс. %

Содержа-ние смолы по резуль-татамопытной вакуумной пропитки, масс. %

Предель-ное содер-жание смолы в полотне, масс. %

50

60

ПВП-КТ

0,591 40,6 25,5

29,1 – 46

ПВП-КТК

0,546 44,8 28,9

32,827,2; 30,8; 30,1

50

Таблица 2

7

с

КТКТП

1 ; (1)

– пористость полотна из кремнезёмно-капроновой ткани

к

кКТК

c

cКТККТК

ggП

1

1 ; (2)

– масса лака в полотне после вакуумного вливания

)( КТККТлл ПилиПм ; (3)

– содержание лака в полотне

%100)(

КТККТл

лл илим

мс

; (4)

Математическая модель процесса вакуумной пропитки и сушки

(расчёт производится на единицу объёма полотна – 1 см3):

– пористость полотна из кремнезёмной ткани

8

лcф мgм

%100)(

КТККТс

ф

ф илим

мс

– содержание полимера в лаке

; (6)

; (5)

– предельное содержание полимера в полотне ПВП-КТ (ПВП-КТК)

%100)()(

)(

КТККТКТККТ

фКТККТ

фп илиилиПП

илиППс

. (7)

– содержание полимера в полотне

99

Характеристики компонентов препрегов

Плотность, г/смПлотность, г/см33:: Содержа-Содержа-ние ние Капроно-Капроно-вых вых нитей в нитей в ткани ткани КТККТК ggкк,,

масс. ч.масс. ч.

Стек-Стек-лян-лян-ной ной нити,нити, ρρсс

ткани ткани КТ,КТ, ρρКТКТ

Тка-Тка-ни ни КТК,КТК, ρρКТККТК

Капро-Капро-новой новой нити, нити, ρρкк

лака лака ЛБС-4,ЛБС-4, ρρлл

ФФС,ФФС, ρρфф

Этило-Этило-вого вого спирта, спирта, ρρээ

2,22,2 0,90,9 0,70,7 1,13 1,13 1,0411,041 1,31,3 0,80,8 00,45,45

Таблица 3

10

Параметры технологического процесса, соответствующие номерам кривых

Номер кривой на рис. 1

Исходное содержание ФФС в ЛБС-4, масс. %

Исходное содержание спирта в ЛБС-4, масс. %

Количество удаляемого спирта при вакуумной сушке, масс. %

1 50 41 25

2 60 31 25

3 50 41 50

4 60 31 50

5 50 41 100

6 60 31 100

Таблица 4

1111

Содержание компонентов в полотне в зависимостиот числа пропиток и исходного содержания

ФФС в ЛБС-4

ФФС

ФФС + вода

1212

Спирт

Вода

13

Последовательность расчёта массы лака для пропитки

1. Определяют взвешиванием массу полотна Мп (КТ

или КТК), которое подвергается пропитке.2. Задают содержание полимера (смолы) в препреге gф.

3. По заданной величине gф определяют содержание смолы

в полотне из уравнения

пф

ф

ф ММ

Мg

. (8)

4. Проводят лабораторные исследования лака, предназначенногодля пропитки полотна, на содержание смолы мф масс. ч

и воды мв масс. ч.

5. Рассчитывают массу лака Мл, которая потребуется для

пропитки полотна, по уравнению

ф

ф

л м

ММ , кг. (9)

6. Можно также определить массу удаляемого спиртаМэ при вакуумной сушке

вфлэ ммММ 1 , кг. (10)

14

1 – форма; 2 – контейнер металлический; 3 – жертвенный слой ; 4 – вязально-прошивное полотно; 5 – крышка

формы; 6 – окно смотровое; 7 – кран для подачи связующего; 8 – мерный цилиндр; 9 – мановакуумметр; 10

– кран вакуумной линии; 11 – вакуум-насос; 12 – кран управления высоким давлением; 13 – компрессор

Схема лабораторной установки

15

34101100100 смVКТ

кгилигрМ п 990009,0104

ëèòðà. 5,91 или сì 5910591,010 34 ПVV КТп

пф

ф

ф ММ

Мg

.6

4,01

94,0

1кг

g

МgМ

ф

пф

ф

.106,0

6кг

м

ММ

ф

ф

л

.ëèòðà 9,6 èëè см96001,041

10

ρ

VV 3

4

л

КТл

Расчёт массы лака для пропитки полотна (на примере полотна КТ размером1000х1000х10 мм)

1. Рассчитаем объём полотна

2. Масса полотна Мп при плотности ρКТ =

0,9 г/см3

3. Объём пор Vп в полотне при пористости ткани КТ П =

0,591

4. Задаём содержание смолы в препреге, gф = 0,4 масс. ч.

5. По величине gф определяем массу смолы Мф в полотне из

уравнения

, из которого имеем

6. Определяем лабораторными исследованиями содержание смолы

мф масс. ч. в лаке (допустим мф = 0,6). По этой величине

определяем массу лака Мл, которая необходима

для пропитки полотна

7. При плотности лака ρл = 1,041 г/см3 объём лака

составит

3

16

.16,66,931,010 кгVмМ лсл

.74,447383,1

6160 3 литраилисмVф

кгМмМ лсс 1,31031,0

ëèòðà. 3,875 èëè , ñì38758,0

3100 3с

сс

МV

%,4,401006,9

875,3100

л

c

V

V

Расчёт показал, что объём лака почти в два раза больше объёма пор:

Vл » Vп → 9,6 » 5,91 литра,

т.е. лак в таком количестве в порах полотна не поместится.8. Масса смолы + вода в лаке составит (при содержании спирта

в лаке мс = 0,31 масс. ч.)

9. При плотности смолы ρф = 1,3 г/см3 (1300 кг/м3) её объём

составит

т.е. смола может разместиться в порах полотна, т.к. её объём меньше объёма пор Vф < Vп → 4,74 < 5,81.

10. Масса удаляемого растворителя (спирта) Мс составит

или при плотности спирта ρс = 0,8 г/см3 его объём

составит

11. Степень усадки смолы составит

т.е. при сушке объём лака уменьшается на ≈ 40%, что приводит к уменьшению размеров (контракции) полотна после пропитки.

17

Преимущества нового технологического процесса

1. Сокращение расхода бакелитового лака, так как в технологическом процессе используется без остатка именно то количество бакелитового лака, которое необходимо для получения препрега с требуемыми характеристиками.2. Сокращение длительности технологического процесса пропитки (~ на порядок).3. Возможность регенерации этилового спирта из бакелитового лака, который может быть использован в других технологических процессах.4. Сокращение ручного труда с улучшением экологии. 5. Возможность прерывания технологическогопроцесса на любой стадии и возобновление егопродолжения в любое удобное время.7. Возможность автоматизации процесса, т.е. создания АСУ ТП производства препрегов сзаданными характеристиками.

1818

Доклад окончен.Благодарю за внимание.

19

Препреги — это композиционные материалы-полуфабрикаты. Готовый для переработки продукт предварительной пропитки

связующим упрочняющих материалов тканой или нетканой структуры [1]. Их получают путем пропитки армирующей

волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими. Пропитка осуществляется таким образом, чтобы

максимально реализовать физико-химические свойства армирующего материала. Препреговая технология позволяет

получить монолитные изделия сложной формы при минимальной инструментальной обработке.

Также это слоистый наполнитель, в котором стеклоткань пропитана термореактивным связующим веществом, частично

отвержденным.Препреги производят в форме полотна, покрытого с обеих сторон

полиэтиленовой пленкой и свернутого в рулон.Слово образовано относительно недавно прямым англоязычным заимствованием и может быть отнесено к инженерному сленгу.В английском языке под pre-preg ами понимают упрощенный

вариант производства укрепленных углеродными волокнами полимеров, который

применяется тогда, когда не требуется высокое качество материала, для более требовательных приложений, таких как

авиационная промышленность - используются другие технологии (не имеющих названия препреги). Однако появились технологии,

которые потенциально имеют характеристики (менее 1% полостей ), которые смогут удовлетворить требования

авиационной промышленности.

20

Абляция – эррозия в гидродинамическом потоке.

Процесс массо- и теплопереноса, обеспечивающийОтвод большого количества теплоты из поверх-ностных слоёв материала, которая поглощается,рассеивается или преобразуется окружающимпространством посредством различных физическихмеханизмов. Динамика поглощения энергии при этом регулируется самопроизвольно, что позволяетконтролировать температуру поверхности, значи-тельно ограничивая тепловой поток внутрь мате-риала.

Под влиянием механических сил, тепла и агрес-сивности обтекающего изделие потока, происходит частичное разрушение материала, сопровожла-ющееся уменьшением его массы.

2121

Закон Планка

устанавливает закон распределения интенсивности излучения абсолютно чёрного тела по длинам волн

12

5

10

T

c

e

cI

где с1 = 0,374·10-15 Вт/м2; с2 = 1,439·10-2 м/К;

λ – длина волны, м; Т –температура, К

22

Зависимость давления

насыщенных паров от давления

t = 150 34,5 мм рт ст = -0,96 атм = -0,096 МПаt = 250 56,7 мм рт ст = -0,93 атм = -0,093 МПАt = 430 150 мм рт ст = -0,8 атм = -0,08 МПа