Download - ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА
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