Технология намотки - это универсальный метод изготовления пустотелых композитных конструкций повторяющимися витками нитей или лент в непрерывном автоматизированном режиме. Волокна пропускаются через ванну со смолой, затем через натяжные валики, служащие для натяжения волокна и удаления излишков смолы, и наматываются на сердечник с необходимым сечением, угол намотки контролируется отношением скорости движения тележки к скорости вращения.
Намотку применяют для изготовления:
• Труб для нефтегазовой и химической промышленности;
• Газоотводящих труб;
• Цистерн, емкостей и резервуаров для хранения и транспортировки химически активных продуктов, воды, горюче-смазочных материалов.
Преимущества изготовления изделий из стеклопластика в сравнении с традиционными материалами
• Максимальная прочность изделия;• Небольшой вес позволяет снизить расходы на транспортировку и монтаж;
• Эксплуатация в широком диапазоне температур -40°С до +50°С;
• Срок эксплуатации более 50 лет;
• Химостойкость;
• Атмосферостойкость;
• Неподверженность коррозии и гниению;
• Хорошие структурные свойства ламинатов, так как профили имеют направленные волокна и высокое содержание арматуры;
• Низкая теплопроводностью стеклопластика позволяет снизить расход на теплоизоляционные материалы
Преимущества и недостатки технологии намотки
Преимущества:• Позволяет получить изделия изделия с улучшенными характеристиками, в сравнении с традиционными материалами; • Быстрый и экономически выгодный метод укладки армирующего материала;
• Регулируемое соотношение смола/наполнитель
Недостатки:
• Ограниченная номенклатура изделий;
• Дорогое оборудование;
• Высокие затраты на сердечник для больших изделий;
• Рельефная лицевая поверхность
Технология намотки
Армирующий материал (нить, лента, жгут или ткань) укладываются по заданной траектории на вращающуюся оправку, которая несет внутреннюю геометрию изделия. Для данной технологии подходит практически любой непрерывный армирующий материал. Специальные механизмы, которые перемещаются со скоростью, синхронизированной с вращением оправки, контролируют угол намотки и расположение армирующего материала. Его можно обертывать вокруг оправки в виде прилегающих друг к другу полос или по какому-то повторяющемуся рисунку до полного покрытия поверхности оправки.
Последовательные слои наносятся под одним и тем же или под разными углами намотки, пока не будет набрана нужная толщина. Угол намотки может изменяться от очень малого - продольного до большого - окружного, т. е. около 90 градусов относительно оси оправки, включая любые углы спирали в этом интервале. Для намотки изделий из стеклопластиков - ненасыщенные полиэфирные смолы.
Виды намотки
Способы намотки можно классифицировать:• по способу совмещения связующего и наполнителя;
• по рисунку укладки арматуры;
• по устройству намоточного оборудования.
Совмещение связующего и наполнителя
По способу совмещения различают «сухую» и «мокрую» намотку.
В способе «мокрой» намотки смола наносится на армирующий волокнистый материал в процессе самой намотки, как показано на рисунке (1-шпулярник с армирующим волокном, 2-пропиточная ванна ос связующим, 3-отжимные ролики, 4 -вращающаяся оправа).
Оборудование при этой технологии намотки состоит из:
• секция подачи стеклянного ровинга;
• установка для приготовления связующего: смесь полиэфирная смола - катализатор или другой тип связующего;
• ванна со связующим - катализированной полиэфирной смолой или другим типом смолы, через которую проходят и смачиваются нити ровинга;
• секция намотки с валами вращения, размер которых определяет диаметр конечного изделия;
• органы управления оборудованием для намотки.
Преимущества «мокрой» намотки:
• Более низкое усилие натяжения арматуры позволяет применять оборудование меньшей мощности и оправки меньшей жесткости;
• Хорошая формуемость изделий. Преимущественно применяется при изготовлении крупногабаритных оболочек сложной конфигурации и сосудов высокого давления.
«Сухая» намотка основана на использовании препрегов.
Преимущества «сухой» намотки:
• Стабильность прочностных свойств, за счет равномерного содержания связующего;
• Высокий коэффициент трения в 2 раза выше, чем при «мокрой», что позволяет формировать более сложные формы;
• Увеличенная производительность труда.
Рисунок укладки арматуры
Поперечная намотка
При поперечной (кольцевой) намотке препрег в виде лент укладывается в плоскости, перпендикулярной оси вращения оправки (1 — оправка; 2 — рулоны с препрегом; 3 — ленты препрега; 4 — прикатной подогреваемый ролик; 5 — приводные ролики)
Продольная намотка
Продольная (осевая) намотка предполагает укладку арматуры вдоль оси изделия, при этом раскладчик 2 двигается по направляющей 3 от полюса к полюсу и при смене направления движения оправки 1 проворачивается на угол 1800+∆ , где ∆ – шаг намотки. (1 — оправка; 2 — раскладчик; 3 — направляющая).
Продольно-поперечная намотка
Продольно-поперечная намотка является комбинацией поперечной и осевой. Вертлюг 2, на котором по периметру установлены шпули 3 с ленточной арматурой, вращаясь синхронно с оправкой 1, перемещается при этом вдоль оси оправки, укладывая продольные ленты 4. Одновременно поперечные раскладчики 5, перемещаясь вдоль оси оправки, укладывают ленточную арматуру 6, фиксирующую ленты продольной укладки. Метод, как правило, применяется при «сухом» режиме изготовления изделия. (1 — оправка; 2 — вертлюг; 3 — шпули; 4 -ленты продольной укладки; 5 — поперечные раскладчики; 6 — ленты поперечной намотки)
Спиральная намотка
При спиральной намотке (1 - оправка; 2 - раскладчик; 3 - лента препрега) армирующая лента, пропитанная полимерным связующим, укладывается на поверхность вращающейся оправки по винтовой линии. Скорость перемещения раскладчика и вращения оправки 1 задаются такими, чтобы обеспечить требуемый угол намотки. Главной разновидностью спиральной намотки является геодезическая намотка, при которой армирующий материал ложится на поверхности оправки по геодезическим линиям. Из всех возможных линий, лежащих на поверхности оправки, геодезическая та, которая кратчайшим образом соединяет произвольные точки, принадлежащие этой поверхности. Именно при таком расположении нитей намотки при эксплуатации имеет место нагружение вдоль волокна, что обеспечивает максимальную прочность изделия.
Устройство намоточного оборудования
Машина для намоткиДля намотки применяются машины различных типов: от разновидностей токарных станков и машин с цепным приводом до более сложных компьютеризованных агрегатов с тремя или четырьмя осями движения. В намоточных станках, выполненных по токарной схеме, оправка непрерывно вращается, в то время как раскладчик, подающий арматуру, перемещается возвратно-поступательно по направляющей. При реализации шлифовальной схемы картина обратная: вращающая оправка совершает возвратно-поступательные движения, а раскладчик неподвижен. Выбор схемы определяется соотношением размеров наматываемого изделия и толщины его стенок. Так, при больших габаритах оправки целесообразнее токарная схема, а для намотки толстостенного баллона небольшого размера – шлифовальная.
Имеются также машины для непрерывного производства труб. Спроектировано портативное оборудование для намотки больших резервуаров на месте установки. С помощью этих машин производится обычно только намотка по окружности, а для усиления конструкции в продольном направлении применяют рубленую пряжу или ленты. В последнее время разрабатывается оборудование, в котором вместо механических средств управления схемой ориентации волокон используются компьютерные системы. Это позволяет получать трубчатые изделия, имеющие изгибы и неправильную форму, а также изделия со сложной геометрией. Разрабатывается оборудование для намотки с применением гибкой технологии, когда армирующие волокнистые материалы можно укладывать на оправке в любом направлении.
Оправки
Оправки для намотки должны иметь форму и размеры точно соответствующие форме и размеру внутренней поверхности наматываемых изделий и быть стабильными под действием силовых и температурных воздействий при намотке и отверждении. Они должны быть технологичными, т. е. обеспечивать минимум трудозатрат и времени на их изготовление и извлечение из готового изделия, иметь возможно меньшую массу и себестоимость. Используют неразборные, разборные, выплавляемые, разрушаемые. Выжигаемые, надувные и комбинированные оправки.
Неразборная оправка используется при изготовлении изделий, открытых хотя бы с одного торца и позволяющих извлечение оправки. Такая оправка используется многократно. Использование оправки такого типа ограничено конструкцией изделия и во многих случаях невозможно. Формование крупногабаритных изделий с применением неразборной оправки затруднено также в связи с необходимостью приложения больших усилий для ее выемки из отформованного изделия.
При невозможности осевого извлечения оправки из готового изделия сложной формы ее делают разборной. Разборные оправки имеют высокое качество поверхности, легко извлекаются из готового изделия, используются многократно, но стоят довольно дорого.
Разрушаемые оправки имеют одноразовое применение, изготавливаются из относительно прочного, но, в то же время, легко разрушаемого материала, например, гипса. Стоимость их высока, а после разрушения оправки ее куски подлежат уничтожению.
Для изготовления одноразовых оправок возможно использование песчано-смоляных композиций и легкоплавких материалов. Такие оправки удобны в работе, т.к. их изготовление достаточно просто, а материалы для их производства могут быть использованы многократно.
В качестве легкоплавких материалов для изготовления оправок применяют парафино-восковые составы, некоторые термопласты, эвтектические сплавы. Выплавляемые оправки могут быть использованы только при производстве изделий из армированных композитов на основе связующего холодного отверждения. Особые преимущества оправки из выплавляемых материалов возникают при изготовлении изделий со сложной поверхностью, с полостями и каналами.
Выжигаемые оправки изготавливают из легкогорючих материалов низкой плотности, например, из пенополистирола. Они дешевы, т.к. расход материалов на их производство невелик, а технология изготовления проста. Такие оправки также удобно использовать для производства изделий сложной формы, имеющих полости.
Надувные оправки изготавливают из эластичных материалов, например, резины. Такие оправки надуваются воздухом и могут служить в качестве оснастки для производства оболочковых конструкций из полимерных композитов. Однако применение надувных оправок ограничивается возможностями получения изделий с точными размерами и рядом других технологических причин.
Подобрать материалы для технологии намотка можно здесь
