Способ получения препрега для намотки теплозащитных и/или антистатических внутренних обечаек стеклопластиковых труб- оболочек различного класса и назначения

Способ получения препрега для намотки теплозащитных и/или антистатических внутренних обечаек стеклопластиковых труб- оболочек различного класса и назначения

Реферат

 

Изобретение относится к слоистым волокнистым композиционным материалам и касается способа получения препрега для изготовления пластиков, обладающих высокими сублимирующими антистатическими и теплозащитными свойствами, применяемых для конструкционных изделий авиакосмической и судостроительной областей промышленности, а также ряда изделий для нефтегазовых и энергетических отраслей народного хозяйства страны. Способ включает операции одновременного и/или параллельного приготовления гибридного связующего на основе смол ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А и тканых наполнителей, сформированных из поликапроамидных (капроновых), полифеновых и(или) углеродных нитей (прядей или жгутов), облицованных покрывным материалом, образованным из сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом и(или) техническим углеродом с введенными в него антистатическими сажей и(или) углеродографитовыми и(или) металлизированными смесями и антипиренными добавками - трехокисью сурьмы, гексахлорбензолом, четыреххлористым углеродом ССl₄, трихлорэтилфосфатом (ТХЭФ) и(или) хладоном. В гибридное связующее из смол ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А в процессе его приготовления и(или) на этапах его использования для пропитки тканевых наполнителей также вводят антистатические и антипиренные добавки, аналогичные добавкам, введенным в сополимеры для покрытия нитей. В гибридное связующее для улучшения адгезивных свойств пластиков на его основе, а также повышения их некоторых физико-механических, теплофизических и антистатических свойств, в частности удельной ударной вязкости, сдвиговой и открывной прочности, прочности на сжатие и т.д., введены и другие порошковые наполнители, например оксиды и/или нитриды металлов. Пропитку тканого наполнителя производят при скоростях его непрерывного движения через гибридное связующее от 1-3 м/мин, натяжении от 0,1 до 1,5 кг на 1 см ширины препрега и подсушке связующего в сушильной камере пропиточной машины по зонам при 90-210^oС. Предложенное в качестве изобретения техническое решение обеспечивает повышение теплозащитных, теплофизических и сублимирующих антистатических и адгезионных свойств пластиков, изготавливаемых методами намотки. 8 з.п.ф-лы, 21 табл., 12 ил.

Изобретение относится к слоистым композиционным волокнистым материалам и касается способа получения препрега (или препрегов) для изготовления пластиков, обладающих высокими сублимирующими, антистатическими и теплозащитными свойствами.

Предлагаемое изобретение может найти широкое применение в ракетно-космической технике, авиастроении, в различных областях машино- и судостроения, а также в других отраслях народного хозяйства страны.

В частности, оно может быть использовано в качестве облицовочного материала для защиты конструкционных стеклопластиковых труб-оболочек, например дымовых труб, отсеков шахтных колодцев, грузовых и пусковых контейнеров, обтекателей, внутренней и (или) наружной теплоогнезащиты изделий нефтегазового комплекса и т.д.

Известен способ получения препрега на основе стеклоткани и связующего, содержащего спиртовой раствор феноламинной смолы (авт. свид. SU 323340, кл. C 08 G 8/04, 1972 г.).

Получаемые в соответствии с этим способом стеклопластики обладают низкими антистатическими свойствами. Кроме того, они имеют и низкие теплозащитные свойства: огнестойкость, термопрочность и термостабильность. И, кроме того, получаемые в соответствии с авт. свид. SU 322340 препреги недостаточно технологичны при переработке их в конструкционные изделия, а пластики на их основе склонны к старению и потому имеют невысокую эксплуатационную надежность.

Известен также способ получения препрега на основе стеклоткани и связующего, содержащего феноламинную смолу, модифицированную метил-трис-(-оксиэтил)-аммонийметилсульфатом (авт. свид. SU 468936, кл. С 08 G 8/28, 1975 г.).

Стеклопластики, получаемые на основе этого способа получения препрега, также имеют недостаточно высокие физико-механические и теплофизические свойства. Имеют они и низкие антистатические свойства и, кроме того, не обладают высокой эксплуатационной надежностью, поскольку склонны к старению.

Способ по авт. свид. SU 468936 (кл. C 08 G 8/04) нетехнологичен и практически не пригоден для изготовления серийных партий конструкционных пластиковых изделий, поскольку препреги, приготавливаемые в соответствии с этим способом, изготавливают только методом твердой пропитки при ограниченной толщине 0,8-1 мм.

Более близким аналогом заявляемого способа является техническое решение по авт. свид. SU 690041 по Мкл² C 08 L 61/14, C 08 J 5/24, В 32 В 27/42. В соответствии с этим способом препрег изготавливают на основе стеклоткани и связующего, содержащего раствор феноламинной смолы, модифицированной метил-трис-( -оксиэтил)-аммонийметилсульфатом в моноэтиловом эфире этиленгликоля.

Для повышения физико-механических свойств этого препрега и при этом сохранения высоких антистатических свойств стеклопластика на его основе в раствор модифицированной феноламинной смолы дополнительно вводят бакелитовый лак при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Раствор модифицированный феноламинной смолы - 18-28 Бакелитовый лак - 9-16 Стеклоткань - 60-70 Этот аналог имеет недостатки, присущие вышеописанным аналогам. Кроме того, пластики, изготавливаемые в соответствии с предложенным способом, имеют низкую огнетеплостойкость и не обладают термостабильностью.

Близким аналогом заявляемому техническому решению является и способ получения препрегов по авт. свид. SU 226146, кл. C 08 L 63/00, 1968 г. В этом аналоге за основу гибридного связующего для препрегов из тканей взята эпокситрифенольная смола ЭТФ (70 мас.ч.), а в качестве отвердителя применена анилиноформальдегидная смола АФФ (30 мас.ч.). Недостатки данного технического решения - низкая трансверсальная (отрывная) прочность и прочность по скалыванию при повышенных температурах.

Наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению является способ получения препрега по авт. свид. SU 726137, Мкл² C 08 L 63/04, C 08 J 5/24. По этому способу для повышения жизнеспособности препрегов и одновременно с этим повышения межслоевой (адгезионной) и трансверсальной прочности пластиков на их основе стеклоткань пропитывают гибридным связующим на основе эпокситрифенольной смолы ЭТФ (базовая смола - 60-70 мас.ч.), растворенной в анилиноформальдегидной (10-20 мас. ч. ) и фенолоформальдегидной новолачной (10-20 мас.ч.) смолах.

Анилиноформальдегидная смола (АФФ) в этом гибридном связующем использована в качестве отвердителя, фенолоформальдегидная новолачная смола использована в этом гибридном связующем для повышения его теплостойкости. При этом замечено (авт. свид. SU 726137), что при увеличении содержания новолачной смолы в гибридном связующем более 20 мас.ч. происходит резкое снижение теплостойкости и прочности механических армированных пластиков (на основе препрегов из стеклотканей и гибридного связующего) при повышенных температурах. Кроме того, замечено, что при снижении новолачной фенолоформальдегидной смолы в гибридном связующем до 10 мас.ч. и менее в пластиках (на его основе и стеклотканей) начинает наблюдаться резкое снижение трансферсальной (отрывной) прочности, при механической обработке таких пластиков начинают наблюдаться такие дефекты, как растрескивание и расслоение материала, и резко сокращаются сроки хранения препрегов. При оптимальном же количестве новолачной фенолоформальдегидной смолы в гибридном связующем (10-20 мас.ч.) удается существенно повысить жизнеспособность препрегов (до 10 раз) и на 10-20% повысить трансверсальную прочность крупногабаритных конструкционных изделий, изготавливаемых из этих препрегов методами намотки.

Недостаток данного способа получения препрегов тот же, он не обеспечивает комплексного решения вопроса, то есть получения препрегов, обеспечивающих одновременно и их высокую жизнеспособность, и высокую теплопрочность и термостабильность пластиков на их основе в условиях их длительной эксплуатации (при температурах более 180^oС и кратковременных воздействиях высокоскоростных газовых потоков).

Прототипом предлагаемого изобретения авторами выбран патент RU 2028334 C1, C 08 L 63/00, С 08 К 5/00, В 32 В 27/38 // С 08 К 5/00, 5/05, 5/07, 5/47, с приоритетом 09.08.91, опубликованный 09.02.93 г. В техническом решении по патенту RU 2028334 практически решались те же задачи, что и в ранее описанных аналогах - это возгораемость, огнестойкость, термопрочность, термостабильность, невосприимчивость пластика к накоплению на его поверхностях зарядов статического электричества.

В этом базовом решении (в сравнении с заявляемым) для создания препреговых композиций с электропроводными свойствами и высокой стойкостью к возгоранию (имеется ввиду свойства пластиков на основе этих препрегов) использовано гибридное связующее, содержащее три эпоксидные смолы - ЭТФ (190,1 мас. ч.), КДА (190,1 мас.ч.) и УП-631У (190,1 мас.ч.), взятые в равных долях (1: 1:1), при наличии в композиции отвердителя (3,10,05) и хлорникелевого комплекса (NiZ₂Cl₂), разбавленных в спиртоацетоновом растворе с соотношением растворителей 1:0,7 (спирт 240,1, ацетон 160,1).

Приведенный состав гибридного связующего также, как и все вышеописанные аналоги, предназначен для получения препрегов с использованием в них в качестве силовых наполнителей стекло-угле-органоармирующих наполнителей.

Основной недостаток прототипа состоит в том, что в составе его гибридного связующего использована бромсодержащая смола УП-631У, позволяющая (по замыслу разработчиков данного гибридного связующего) снизить скорость возгорания пластиков на его основе и повысить их кислородный индекс (до 35-38%) и теплостойкость.

Обычно содержание брома в пластиках определяется требованием их огнестойкости. В подобных связующих содержание бромсодержащих компонентов (веществ) составляет от 2 до 20%. Однако известно, что стеклопластики на основе связующего с таким содержанием брома имеют низкие показатели по теплостойкости, термостабильности и стойкости к воздействию высокотемпературоскоростных эрозионно действующих потоков (см. авт. свид. SU 730753), то есть задачу повышения термостойкости и термостабильности.

Кроме того, известно также, что многие разработчики, пытаясь увеличить термостойкость и термостабильность (при сохранении огнестойкости), пытались идти другим путем - путем исключения бромсодержащих эпоксидных смол из состава гибридных связующих для получения препрегов и пластиков на их основе, имеющих одновременно высокие физико-механические и теплофизические свойства, высокую технологичность их переработки в конструктивные изделия методами намотки (например, патент RU 2148598 С1, C 08 L 63/00, C 08 J 5/24, В 32 В 27/38, С 08 К 5/56 // C 08 L 63/00, 61/11, опубликованный 10.05.2000 г.).

Авторы предлагаемого изобретения считают, что наличие в прототипе бромсодержащих компонентов усложняет саму рецептуру гибридного связующего и технологию приготовления из него препрегов, и технологию переработки самих препрегов непосредственно в конструкционные силовые изделия.

Поэтому авторы заявляемого в качестве изобретения технического решения, как и разработчики патента RU 2148598, также пошли по пути исключения в препрегах бромсодержащих эпоксидных смол.

Предложенный авторами способ получения препрега для намотки теплозащитных и (или) антистатических внутренних обечаек труб-оболочек значительно отличается от всех вышеописанных способов получения препрегов (и пластиков на их основе).

Во всех вышеприведенных технических решениях усовершенствования касались только состава гибридного связующего, необходимого для получения препрегов, и способов его получения.

Ни в одном из известных вышеприведенных решений не затронуты вопросы, касающиеся одновременного усовершенствования и состава гибридного связующего и состава наполнителя, то есть комплексного одновременного выбора материалов (и для наполнителя, и для связующего).

Предложенный способ предусматривает получение препрегов из углеродных, поликапроамидных (капроновых) и(или) полифеновых тканей и гибридного связующего, состоящего из трех смол - двух эпоксидных (ЭТФ и ДЭГ-1) и одной фенолоформальдегидной СФ-340А, используемой авторами в качестве отвердителя.

Способ включает операции приготовления гибридного связующего и операции его совмещения с тканым наполнителем, состоящим из поликапроамидных (капроновых) и(или) полифеновых, и(или) углеродных нитей, облицованных покрывным материалом из сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом и(или) техническим углеродом, содержащим в своем составе антистатические и антипиренные добавки. Точно такие же добавки вводятся и в гибридное связующее, и, таким образом, получают гибридный препрег из наполнителя и связующего, имеющий одинаковый структурный состав. Получаемые из таких препрегов пластики однородны по составу, имеют очень высокую когезионную и адгезионную прочность и хорошо взаимодействуют между собой - и в части снятия зарядов статического электричества, и в части повышения огнестойкости, и в части повышения теплостойкости и термостабильности в условиях длительной эксплуатации под действием высокоскоростных тепловых потоков.

Гибридное связующее для препрегов создают путем механического смешения эпоксидных (ЭТФ и ДЭГ-1) и фенолоформальдегидной (СФ-340А) смол (связующих) в ацетоноспиртотолуольном растворителе. Затем осуществляют пропитку и подсушку тканевого наполнителя, состоящего из поликапроамидных (капроновых), углеродных и (или) полифеновых нитей, облицованных покрытием из сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом и (или) техническим углеродом с добавками до состояния препрега на пропиточно-сушильной машине и непрерывной перемотки полученного препрега на катушки и(или) бобины с получением из него тканевой препреговой спирали.

Отличительная особенность способа состоит в том, что в качестве гибридного связующего для приготовления препрега (или препрегов) используют растворы (смеси) двух эпоксидных - эпокситрифенольной (ЭТФ) и эпоксиалифатической (ДЭГ-1) смол и одной фенолоформальдегидной резольной смолы (СФ-340А) при следующем соотношении компонентов мас.ч.: Эпокситрифенольная смола ЭТФ - 100 Эпоксиалифатическая смола ДЭГ-1 (разбавитель-пластификатор) - 12 Фенолоформальдегидная резольная смола СФ-340А (отвердитель) - 34 Ацетон - 90 Спирт технический - 46 Толуол (нефтяной или каменноугольный) - 10 и при этом гибридное связующее для препрега готовят в три этапа - на первом начальном этапе раздельно разогревают эпокситрифенольную (ЭТФ) и эпоксиалифатическую (ДЭГ-1) смолы до температуры 180-200^oС и при этом процесс равномерного разогрева связующего ЭТФ производят в течение 24 часов, а связующего ДЭГ-1 - в течение 2 часов, а затем смешивают и растворяют их друг в друге в реакторе в течение 3-5 часов на одну тонну композиции при температурах 35-60^oС, которые получают за счет введения в реактор с находящимися там смолами (ЭТФ и ДЭГ-1) ацетоноспиртотолуольного растворителя в соотношении 1: 0,51: 0,11, вводимого в реактор при температурах 18-30^oС, на втором этапе приготовления связующего в реактор в уже растворенные между собой в растворителе смолы ЭТФ и ДЭГ-1 добавляют крошку и(или) частицы (кусочки) из твердой, размолотой на куски размерами 1-3 мм фенолоформальдегидной смолы СФ-340А и снова подогревают вновь полученную консистенцию смол до температуры 35-60^oС и осуществляют полное растворение резольной фенолоформальдегидной смолы СФ-340А в ранее растворенных между собой в растворителе эпоксидных смолах ЭТФ и ДЭГ-1 путем совместного перемешивания в реакторе в течение 3-5 часов на одну тонну получаемой новой гибридной композиции связующего, а на последнем этапе приготовления гибридного связующего его фильтруют с удалением всех нерастворившихся в реакторе твердых частиц связующего и(или) посторонних включений, например, путем пропускания гибридного связующего через один и(или) несколько слоев разреженной стеклоткани марки "Эксцельциор" и доводят консистенцию нового гибридного связующего из трех смол - ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А до плотности 960-1100 кг/м³ путем дополнительного введения в связующее спиртоацетоновой смеси, взятой в соотношении 1:2, и его перемешивания с ним в течение 20-30 минут с доведением температуры нового связующего за счет дополнительно вводимой в него спиртотолуольной смеси до температуры 18-35^oС, а затем через разогретое гибридное связующее, находящееся, например, в ванне пропиточной машины, пропускают тканый наполнитель из поликапроамидных (капроновых) и(или) полифеновых, и(или) углеродных нитей, покрытых сополимером из тетрафторэтилена с винилиденфторидом и(или) техническим углеродом (при объемном соотношении покрывного материала и нити от 0,3:1 до 0,7: 1) с последующим его отжимом на опорных валках пропиточной машины и доведением массовой доли растворимой смолы до 901% и массовой доли летучих веществ и влаги от 0,8 до 4% за счет придания скорости движущемуся через гибридное связующее наполнителю от 1 до 3 м/мин, натяжения наполнителя от 0,1 до 1,5 кгс на один сантиметр полотна и температурной подсушки пропитанного связующим наполнителя по зонам пропиточной машины от 90 до 210^oС.

Отличительной особенностью способа является и то, что в качестве гибридного связующего для получения препрега используют смесь трех растворенных друг в друге и в ацетоноспиртотолуольном растворителе смол (ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А) и сажи и(или) углеродографитовой смеси при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Эпокситрифенольная смола ЭТФ - 100 Эпоксиалифатическая смола ДЭГ-1 (разбавитель-пластификатор) - 12 Фенолоформальдегидная смола СФ-340А (отвердитель) - 34 Сажа и(или) углеродографитовая смесь с соотношением компонентов от 1:5 до 5:1 - 15 Ацетон - 90 Спирт технический - 46 Толуол (нефтяной или каменноугольный) - 10 Отличительной особенностью способа является и то, что в качестве связующего для получения препрега применяют (используют) смесь или раствор трех растворенных друг в друге и в растворителе смол ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А с антипиренными и антистатическими добавками в виде трехокиси сурьмы, гексахлорбензола и сажи и (или) углеродографитовой смеси с соотношением компонентов от 1:5 до 5:1 при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: Эпокситрифенольная смола ЭТФ (базовая основа связующего) - 100 Эпоксиалифатическая смола ДЭГ-1 (разбавитель-пластификатор) - 12 Фенолоформальдегидная резольная смола СФ-340А (отвердитель) - 34 Ацетон - 90 Спирт технический - 46 Толуол (нефтяной или каменноугольный) - 10 Сажа и(или) углеродографитовая смесь с соотношением компонентов от 1:5 до 5:1 - 10 Трехокись сурьмы - 10 Гексахлорбензол - 15 Отличительной особенностью способа является и то, что в качестве гибридного связующего для получения препрега используют смесь трех растворенных друг в друге и в ацетоноспиртотолуольном растворителе смол (ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А) и размешанных в связующем антистатических и антипиренных добавок при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Эпокситрифенольная смола ЭТФ (базовая основа гибридного связующего) - 100 Эпоксиалифатическая смола ДЭГ-1 (разбавитель-пластификатор) - 12 Фенолоформальдегидная смола СФ-340А - 34 Сажа и(или) углеродографитовая смесь с соотношением компонентов от 1:5 до 5:1 (антистатики) - 10-15 Трехокись сурьмы (антипирен) - 5-10 Гексахлорбензол (антипирен) - 5-10 Четыреххлористый углерод (ССl₄) (антипирен) - 5-10 Отличительной особенностью способа является и то, что в качестве гибридного связующего для получения препрега используют смесь трех растворимых друг в друге и в ацетоноспиртотолуольном растворителе смол ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А и размешанных в нем антистатических и (или) антипиренных добавок при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: Эпокситрифенольная смола ЭТФ (базовая основа гибридного связующего) - 100 Эпоксиалифатическая смола ДЭГ-1 (разбавитель-пластификатор) - 12 Фенолоформальдегидная смола СФ-340А (отвердитель) - 34 Сажа и(или) углеродографитовая смесь с соотношением компонентов от 1:5 до 5:1 (антистатик) - 5-15 Трехокись сурьмы (антипирен) - 5-10 Гексахлорбензол (антипирен) - 5-10 Хладон (антипирен) - 5-10 Отличительной особенностью предложенного способа является и то, что в качестве гибридного связующего для получения препрега использована смесь трех растворенных друг в друге и ацетоноспиртотолуольном растворителе смол - ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А, в которую введены антистатические добавки: - углеродографитовая мелкодисперсная смесь (антистатик) и(или) сажа, например, марки ПН-100 и порошковая мелкодисперсная смесь из антипиренов - гексахлорбензола, трехокиси сурьмы и(или) микрокапсулированные добавки: четыреххлористый углерод (CCl₄) и хладон при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: Эпокситрифенольная смола ЭТФ (базовая основа гибридного связующего) - 100 Эпоксиалифатическая смола ДЭГ-1 (разбавитель-пластификатор) - 12 Фенолоформальдегидная резольная смола СФ-340А (отвердитель) - 34 Ацетон - 90 Спирт технический - 46 Толуол (нефтяной или каменноугольный) - 10 Углеродографитовая смесь с соотношением компонентов от 1: 5 до 5:1 (антистатик) - 5-10 Сажа (ПН-100) (антистатик) - 5-10 Гексахлорбензол и(или) трехокись сурьмы (антипирены) и(или) их смеси в соотношении 1:3-3:1 - 10 Четыреххлористый углерод ССl₄ и(или) хладон (антипирены) (или их смеси в соотношении 1:3-3:1) - 10 Отличительная особенность предложенного способа состоит и в том, что в качестве гибридного связующего для создания препрега использована смесь трех смол ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А и в качестве антистатических и антипиренных добавок в него введены дисперсные смеси металлических порошков - окислов меди, никеля, железа и(или) алюминия (или их растворы, суспензии) при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: Эпокситрифенольная смола ЭТФ (базовая основа гибридного связующего) - 100 Эпоксиалифатическая смола ДЭГ-1 (разбавитель-пластификатор) - 12 Фенолоформальдегидная резольная смола СФ-340А (отвердитель) - 34 Ацетон - 90 Спирт технический - 46 Толуол (нефтяной или каменноугольный) - 10 - мелкодисперсные смеси (растворы) порошков и(или) суспензии окислов металлов, например меди, никеля, железа и (или) алюминия.

Отличительная особенность предложенного способа состоит и в том, что в качестве покрывного (облицовочного) материала для нитей, образующих ткани-основы препрега, например поликапроамидных (капроновых), полифеновых и(или) углеродных, использован сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом и(или) техническим углеродом с введенными в него добавками: антистатическими (сажа, углеродографитовые порошки и(или) их смеси, металлические порошковые материалы, состоящие из оксидов металлов, например меди, никеля, железа или алюминия) и(или) антипиренными (трехокись сурьмы, гексахлорбензол, четыреххлористый углерод ССl₄, хладон) добавками, введенными в гибридное связующее (ЭТФ, ДЭГ-1, СФ-340А) в одинаковом пропорциональном соотношении.

На фиг.1 данного описания показана принципиальная схема получения препрегов из различных тканей, образованных из поликапроамидных (капроновых), полифеновых и(или) углеродных волокон (или их комбинаций) и гибридного связующего на основе смол ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А, разработанная в соответствии с предложенным способом.

На фиг.2 и 3 показаны отдельные фрагменты формования препрега (или препрегов) на отдельных стадиях их формования.

На фиг.4-8 показаны принципиально возможные схемы переработки препрегов, полученных в соответствии с предложенным способом, непосредственно в теплозащитные слои конструкционных изделий.

Заранее перемотанная на катушку 1 непропитанная ткань 3 (поликапроамидная (капроновая), полифеновая и(или) углеродная), образующая на катушке непрерывные витки 2 в виде спирали, устанавливается на жесткую раму 5 пропиточной машины (фиг.1) и закрепляется на ней посредством резьбовых соединений и планшайб (фиг.2).

Непропитанная ткань 3 (любая: поликапроамидная (капроновая), полифеновая и (или) углеродная, состоящая из любых комбинаций поликапроамидных (капроновых), полифеновых и(или) углеродных нитей) с катушки 1 отпускного механизма 5 (фиг. 1 и 2) через натяжной ролик 6 и дополнительный тормозной механизм 7 поступает в первую сушильную камеру-шахту 20, снабженную электрическими обогревательными элементами, где при температурах 35-60^oС происходит разогрев тканого наполнителя. Ткань 3 с отпускного механизма (фиг.1 и 2) через натяжной ролик 6 и тормозной механизм 7 пропиточной машины посредством опорно-ведущих (и (или) перевальных) валов 8-10 проходит первую камеру-шахту 20, где под воздействием создаваемых электронагревательными приборами температур (35-60^oС) происходит предподготовка ткани к пропитке гибридным связующим. Затем ткань 3 проходит через вмонтированные в пропиточной ванне 16 валики 17, где пропитывается гибридным связующим 18 (ЭТФ + ДЭГ-1 + СФ-340А) и далее через отжимные валки 19, регулирующие нанос связующего на ткань (или ткани), поступает в сушильные камеры 21 и 22, в которых под воздействием высоких температур - от 90-120^oС (на входе и выходе в сушильные камеры) и до 190-210^oС (в верхних зонах сушильных камер) происходит удаление летучих компонентов гибридного связующего (ацетона, спирта, толуола и других компонентов) и образование в соответствии с предложенным способом "сухого" тканевого препрега из поликапроамидных (капроновых), полифеновых и(или) углеродных нитей. Далее посредством нижнего перевального вала 12 и подающего механизма 13 пропиточной машины готовый препрег поступает на катушки 14 приемного устройства 23 пропиточной машины, где окончательно формируется в препреговую тканевую спираль 15 в виде непрерывных спиральных витков 24 (фиг.1, 3). Отпускной (фиг.1, 2) и приемный (фиг.1, 3) механизмы пропиточной машины для получения препрега практически идентичны по конструктивному исполнению, то есть с точки зрения взаимозаменяемости отдельных узлов и деталей они имеют одинаковые геометрические размеры и форму узлов и деталей.

Различие в (отпускном и приемном) механизмах состоит только в том, что приемный механизм пропиточной машины (фиг.1, 3) снабжен электроприводом 25, а отпускной механизм пропиточной машины содержит тормозной барабан 26, имеющий тормозные колодки (на фиг. 2 они не показаны), посредством которых осуществляется торможение вала 27, за счет которого и производится предварительное натяжение ткани (или тканей) 3. Здесь следует заметить, что и натяжение препреговых тканей (фиг.4-7) осуществляется при их преобразовании в конструкционные изделия методами намотки точно такими же механизмами натяжения.

Катушка 1 (для отпускного механизма) и катушка 14 (для приемного механизма) взаимозаменяемы. Устанавливаются они на валах 27 и закрепляются от осевого смещения (или перекоса) специальными резьбовыми планшайбами 28, перемещаемыми вдоль оси вала 27 посредством резьб 29 и 30, выполненных на предконцевых участках вала 27. Концевые части 31 вала устанавливаются в опорных подшипниках 33, фиксируемых в отверстиях кронштейнов и накладок отпускного 5 (фиг.2) и приемного 23 (фиг.3) механизмов пропиточной машины, которые также из соображений взаимозаменяемости выполнены абсолютно одинаковыми.

Полученные на катушке 14 тканные препреги (или препрег) вместе с катушками снимаются с приемного устройства пропиточной машины и переставляются на рамные устройства уже намоточных станков (фиг.4-9), где с помощью тормозных барабанов 26 (фиг.2) и колодок осуществляется натяжение уже препреговых тканей в процессе их переработки в конструктивные слои пластиковых конструкционных изделий, создаваемых методами прямой окружной намотки (ПН) или комбинированной (фиг. 8), где вначале на оправке 34 формируются с нахлестом слоев теплозащитные внутренние (а при необходимости - и герметизирующие слои) конструкции, а уже на них идет формирование конструкционных силовых изделий, осуществляемое более прогрессивными (в сравнение с ПН) методами - ППН и(или) СН (фиг.8).

Описание, по мнению авторов предлагаемого изобретения, было бы не полным, если бы ими не были представлены аргументирующие доказательства преимущества предложенного способа получения препрега (или препрегов) в сравнении с ранее описанными аналогами и прототипом.

Впервые предложенная и использованная для получения препрега (или препрегов) смесь трех смол - ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А в ацетоноспиртотолуольном разбавителе выбрана не случайно, а в результате изобретательского замысла, большого опыта работы в этой области, тщательно проведенных патентных исследований, а также на основании экспериментальных и теоретических исследований, проводимых авторами в части оптимизации структур создаваемых ими препрегов. Базовое эпокситрифенольное связующее ЭТФ выбрано по следующим соображениям: оно после отверждения не токсично, при обычной температуре ЭТФ представляет собой вязкую жидкость с невысокой молекулярной массой (350-700), что особенно важно при технологии формования крупногабаритных пластиковых изделий.

Обладая высоким содержанием эпоксидных групп (от 13 до 27%), эта смола весьма реакционноспособна и может отверждаться при наличии отвердителей аминного типа даже без подогрева, практически выделяя при этом очень малое количество летучих продуктов (до 2,5%).

Боковые гидроксильные группы в молекуле смолы ЭТФ позволяют реализовывать и другой механизм отверждения, например, при использовании в качестве отвердителя фенолоформальдегидной смолы СФ-340А резольного типа, осуществляемый при повышенных температурах (от 160^oС и выше).

Примененное авторами горячее отверждение этой смолы позволило получить более прочный и жесткий продукт. Благодаря своей вязкости эпокситрифенольная смола ЭТФ может эффективно использоваться для пропитки любых волокнистых материалов и, в том числе, тканей из поликапроамидных (капроновых), полифеновых и(или) углеродных волокон. Смола ЭТФ хорошо совместима с активными разбавителями-пластификаторами типа эпоксиалифатической смолы ДЭГ-1, обладающей низкой динамической вязкостью (0,07 Пас при температуре 252^oС) и низкой молекулярной массой 240-320 и достаточно высоким содержанием эпоксидных групп (для смолы ДЭГ-1 содержание эпоксидных групп колеблется от 19 до 29%) и с растворителями типа ацетоноспиртотолуольных смесей.

Достоинством связки смол ЭТФ и ДЭГ-1 является высокая стабильность их свойств даже в условиях длительного (до 10 лет) хранения. Применение в качестве отвердителя в гибридном связующем фенолоформальдегидной резольной смолы СФ-340А тоже выбрано не случайно. Во-первых, применение смолы СФ-340А в качестве отвердителя позволило заменить бромсодержащие смолы, обычно используемые для повышения огнестойкости пластиков.

Время горения у таких смол после отведения пламени должно быть не более 5 секунд, а кислородный индекс 35-38%. В зарубежной практике (да и в RU тоже) в подобных связующих содержание брома составляет минимум 2-22% и пластики с таким содержанием брома имеют низкие показатели по термостойкости и термостабильности.

Замена бромсодержащей смолы УП-631У (см. прототип, RU 2028334) на фенолоформальдегидную резольную (СФ-340А) позволила авторам снизить содержание брома до нулевых значений и за счет только этого повысить (до 10-30%) термостойкость и термостабильность пластиков на основе создаваемых препрегов.

Вместе с тем полученные на основе созданных препрегов пластики сохранили и высокую огнестойкость, и это тоже, по-видимому, связано с влиянием фенолоформальдегидной резольной смолы СФ-340А, усиливающей огнегасящие характеристики пластиков при их горении за счет выделения угля.

В заключении вышеизложенного здесь следует добавить, что исключение бромсодержащей смолы (в сравнении с прототипом) из гибридного связующего позволило упростить его рецептуру и технологию приготовления препрега (или препрегов), и технологию его переработки в пластиковые изделия. Наличие бромсодержащей смолы (см. прототип, RU 2028334), как правило, создает значительные трудности при производстве теплозащитных композиционных материалов (по-видимому, это связано с некоторыми особенностями ее физико-механических свойств).

Введение в гибридное связующее смол ЭТФ, ДЭГ-1 и СФ-340А, антистатических добавок (сажи, углеродографитовых смесей, металлических порошков (или пудры) из оксидов или нитридов металлов, например никеля, меди, железа и(или) алюминия и других), сделало пластики на основе полученных препрегов, образуемых в соответствии с предложенным способом изготовления, электропроводными, то есть пластики стали обладать высокими антистатическими свойствами - способностью не накапливать статические заряды на своих поверхностях в процессе их эксплуатации. Кроме того, наличие этих антистатических добавок в гибридном связующем позволило увеличить теплопрочность и термостабильность пластиков на его основе, в частности на основе поликапроамидных (капроновых), полифеновых и (или) углеродных тканей.

Введение в гибридное связующее антипиренных добавок - гексахлорбензола, трехокиси сурьмы, хладона, четыреххлористого углерода (ССl₄) еще в большей степени увеличило термостойкость, термостабильность и огнестойкость конструкционных изделий на его основе.

Применение антипиренов в гибридном связующем (ЭТФ+ДЭГ-1+СФ-340А) и в покрывной облицовке поликапроамидных (капроновых) и(или) полифеновых, и(или) углеродных нитей, образованных из сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом и(или) техническим углеродом, резко повышает огнестойкость пластиков на основе созданных препрегов, повышают они и теплопрочность пластиков и их термостабильность, то есть стойкость к старению.

Примененные в способе антипирены - трехокись сурьмы, гексахлорбензол, четыреххлористый углерод и хладон - замедляют горение пластиков за счет эндотермических эффектов при их термическом разложении, выделяя при этом газы - углекислый газ, хлор, аммиак, фосфорные и хлористые ангидриды, водяные пары и т.д. Также препятствуют горению пластиков и оксиды сурьмы, и гексахлорбензол, и четыреххлористый углерод и др. По мнению авторов предлагаемого изобретения, общее количество вводимых в препреги антипиренов (и далее в композиции пластиков на их основе) должно достигать не более 3-10% от общей массы препрегов. При этом вводимые в гибридное связующее порошковые наполнители из оксидов или нитридов металлов дополнительно увеличивают и ударную вязкость пластиков на его основе.

Введение мелкодисперсных наполнителей в состав гибридного связующего и в состав покрывной облицовки нитяной армировки поликапроамидных (капроновых), полифеновых и(или) углеродных нитей позволило добиться снижения экзотермического эффекта при отверждении композиций. Это, в свою очередь, привело к уменьшению усадки пластиков, улучшению их механических и некоторых теплофизических характеристик. Кроме того, применение мелкодисперсных токопроводящих порошковых смесей позволило улучшить и ряд специфических свойств пластиков на основе полученных препрегов (или препрега), а именно - стойкость к возгоранию, радиации и старению. За счет введения в композиции мелкодисперсных смесей были улучшены и такие показатели пластиков, как электропроводность, длительная стойкость к возникновению на их поверхностях электростатических зарядов и т.д. Кроме того, применение мелкодисперсных смесей позволило снизить (в ряде случаев до 5-10% и более) стоимость изделий, изготавливаемых на основе предлагаемого способа получения препрегов (или препрега).

Применение мелкодисперсных порошкообразных наполнителей, например, из оксидов или нитридов металлов позволило улучшить и некоторые физико-механические свойства композиций пластиков, в частности повысить трансверсальную прочность (прочность при отрыве и межслоевом сдвиге).

Количество вводимых в композиции препрега порошковых, а также дискретных волокнистых наполнителей по мнению авторов не должно превышать 10-30% от общей массы наполнителей.

Проведенные исследо