1 ТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА 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 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. Абразумов ЗАО ˝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

4

5 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 лаке при разовой пропитке, масс. % Содержа- ние смолы по резуль- татам опытной вакуумной пропитки, масс. % Предель- ное содер- жание смолы в полотне, масс. % ПВП- КТ 0,591 40,6 25,5 29,1 – 46 ПВП- КТК 0,546 44,8 28,9 32,8 27,2; 30,8; 30,1 50 Таблица 2

7 ; (1) – пористость полотна из кремнезёмно-капроновой ткани ; (2) – масса лака в полотне после вакуумного вливания ; (3) – содержание лака в полотне ; (4) Математическая модель процесса вакуумной пропитки и сушки (расчёт производится на единицу объёма полотна – 1 см 3 ): – пористость полотна из кремнезёмной ткани

8 – содержание полимера в лаке ; (6) ; (5) – предельное содержание полимера в полотне ПВП-КТ (ПВП-КТК). (7) – содержание полимера в полотне

9 Характеристики компонентов препрегов Плотность, г/см 3 : Плотность, г/см 3 : Содержа- ние Капроно- вых нитей в ткани КТК g к, g к, масс. ч. масс. ч. Стек- лян- ной нити, ρ с ρ сткани КТ, КТ, ρ КТ ρ КТ Тка- ни КТК, ρ КТК ρ КТК Капро- новой нити, ρ к ρ к лака лака ЛБС- 4, ρ л ρ лФФС, ρ ф ρ ф Этило- вого спирта, ρ э ρ э 2,2 2,2 0,9 0,9 0,7 0,7 1,13 1,13 1,041 1,041 1,3 1,3 0,8 0,8 0,45 0,45 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. % Таблица 4

11 Содержание компонентов в полотне в зависимости от числа пропиток и исходного содержания ФФС в ЛБС-4 ФФС ФФС + вода

12 Спирт Вода

13 Последовательность расчёта массы лака для пропитки 1. Определяют взвешиванием массу полотна М п (КТ или КТК), которое подвергается пропитке. 2. Задают содержание полимера (смолы) в препреге g ф. 3. По заданной величине g ф определяют содержание смолы в полотне из уравнения. (8) 4. Проводят лабораторные исследования лака, предназначенного для пропитки полотна, на содержание смолы м ф масс. ч и воды м в масс. ч. 5. Рассчитывают массу лака М л, которая потребуется для пропитки полотна, по уравнению, кг. (9) 6. Можно также определить массу удаляемого спирта М э при вакуумной сушке, 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 Расчёт массы лака для пропитки полотна (на примере полотна КТ размером1000х1000х10 мм) 1. Рассчитаем объём полотна 2. Масса полотна М п при плотности ρ КТ = 0,9 г/см 3 3. Объём пор V п в полотне при пористости ткани КТ П = 0, Задаём содержание смолы в препреге, g ф = 0,4 масс. ч. 5. По величине g ф определяем массу смолы М ф в полотне из уравнения, из которого имеем 6. Определяем лабораторными исследованиями содержание смолы м ф масс. ч. в лаке (допустим м ф = 0,6). По этой величине определяем массу лака М л, которая необходима для пропитки полотна 7. При плотности лака ρ л = 1,041 г/см 3 объём лака составит 3

16 Расчёт показал, что объём лака почти в два раза больше объёма пор: V л » V п 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 м с = 0,31 масс. ч.) 9. При плотности смолы ρ ф = 1,3 г/см3 (1300 кг/м 3 ) её объём составит т.е. смола может разместиться в порах полотна, т.к. её объём меньше объёма пор V ф < V п 4,74 < 5, Масса удаляемого растворителя (спирта) М с составит или при плотности спирта ρ с = 0,8 г/см 3 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 технологического процесса на любой стадии и возобновление его продолжения в любое удобное время. 7. Возможность автоматизации процесса, т.е. создания АСУ ТП производства препрегов с заданными характеристиками.

18 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.композиционные[1] 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.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.pre-pregукрепленных углеродными волокнами полимеров

20 Абляция – эррозия в гидродинамическом потоке. Процесс массо- и теплопереноса, обеспечивающий Отвод большого количества теплоты из поверх- ностных слоёв материала, которая поглощается, рассеивается или преобразуется окружающим пространством посредством различных физических механизмов. Динамика поглощения энергии при этом регулируется самопроизвольно, что позволяет контролировать 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.

21 Закон Планка устанавливает закон распределения интенсивности излучения абсолютно чёрного тела по длинам волн где с 1 = 0,374· Вт/м 2 ; с 2 = 1,439·10 -2 м/К; λ – длина волны, м; Т –температура, К

22 Зависимость давления насыщенных паров от давления t = ,5 мм рт ст = -0,96 атм = -0,096 МПа t = ,7 мм рт ст = -0,93 атм = -0,093 МПА t = мм рт ст = -0,8 атм = -0,08 МПа