RU2107622C1 - Method of manufacture of high-strength tubes-envelopes from composite materials (versions) - Google Patents
Method of manufacture of high-strength tubes-envelopes from composite materials (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2107622C1 RU2107622C1 RU96112881A RU96112881A RU2107622C1 RU 2107622 C1 RU2107622 C1 RU 2107622C1 RU 96112881 A RU96112881 A RU 96112881A RU 96112881 A RU96112881 A RU 96112881A RU 2107622 C1 RU2107622 C1 RU 2107622C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- core
- mass
- thread
- threads
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 13
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 23
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229920003049 isoprene rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и могут быть использованы при изготовлении труб-оболочек из композиционных материалов, применяемых в изделиях авиационно-космической техники, баллонах давления, трубопроводах нефтехимической и газовой промышленности, строительстве, при прокладке коммутаций. The invention relates to the field of engineering and can be used in the manufacture of shell pipes from composite materials used in aerospace engineering products, pressure cylinders, pipelines in the petrochemical and gas industry, construction, during the laying of commutations.
Известны способы изготовления цельнонамотанных оболочек из композиционных материалов, включающие пропитку нитей связующим, укладку прядей нитей в виде лент на оправку с различным углом наклона к оси ее вращения с формированием несущих слоев, термообработку с отверждением связующего и извлечение оправки (патент США N 3047191, кл. 220-83, 1962, [1]. Known methods for the manufacture of all-wound shells from composite materials, including impregnating the filaments with a binder, laying strands of filaments in the form of tapes on a mandrel with a different angle of inclination to the axis of rotation with the formation of load-bearing layers, heat treatment with curing of the binder and removing the mandrel (US patent N 3047191, class. 220-83, 1962, [1].
Основной проблемой таких оболочек является обеспечение их герметизации. Поэтому при изготовлении высокопрочных оболочек под наматываемые слои из армирующих нитей вводят герметизирующие слои (патент Франции N 1414309, B 64 D) [2]. The main problem of such shells is to ensure their sealing. Therefore, in the manufacture of high-strength shells under the wound layers of reinforcing threads, sealing layers are introduced (French patent N 1414309, B 64 D) [2].
Введение герметизирующих слоев увеличивает вес изделий, что нежелательно. The introduction of sealing layers increases the weight of the products, which is undesirable.
В патенте [3] после намотки слоев лент из однонаправленных нитей, пропитанных связующим, слои дополнительно допропитывают и обжимают для их уплотнения с последующим отверждением. Введение дополнительной пропитки увеличивает трудоемкость и энергозатраты на изготовление оболочки. In the patent [3], after winding layers of tapes of unidirectional filaments, impregnated with a binder, the layers are additionally impregnated and crimped to seal them, followed by curing. The introduction of additional impregnation increases the complexity and energy consumption for the manufacture of the shell.
В заявке [4] на оправку перед намоткой слоев из пропитанных нитей наносят жесткую прочную и воздухонепроницаемую резину, наличие которой увеличивает вес, что уменьшает эффективность применения высокопрочных и высокомодульных арамидных волокон. In the application [4] on the mandrel before winding layers of impregnated yarns, hard, durable and airtight rubber is applied, the presence of which increases the weight, which reduces the efficiency of using high-strength and high-modulus aramid fibers.
Для получения герметичных оболочек формируют слои в сочетании с термопластичными пленками, укладываемыми между ними [5]. To obtain tight shells, layers are formed in combination with thermoplastic films placed between them [5].
Полученная структура армирования по своим физико-механическим свойствам остается разнородной по толщине стенки оболочки, не обеспечивает совместимость работы нити и матрицы, что сказывается на проявлении деформаций сдвига, приводящих к расслоениям. The resulting reinforcement structure, in terms of its physicomechanical properties, remains heterogeneous in the thickness of the shell wall, does not provide compatibility between the work of the thread and the matrix, which affects the manifestation of shear deformations, leading to delamination.
В высокопрочных трубах [6] для увеличения межслоевой прочности используют слои стеклоткани. Для обеспечения лучшего взаимодействия с армирующим волокном используют модифицированные термопласты [7]. In high-strength pipes [6], fiberglass layers are used to increase the interlayer strength. To ensure better interaction with the reinforcing fiber, modified thermoplastics are used [7].
Проектирование оболочек производится с учетом допущений того, что связующее действует как среда, передающая равномерно напряжения по всей намотанной конструкции, максимально допустимые деформации связующего выше деформаций волокна. Использование подходящего связующего, модуль упругости которого значительно ниже модуля упругости волокна, гарантирует, что произойдет разрушение волокна, а не связующего, и тем самым будет обеспечена максимальная эффективность [8]. The design of the shells is based on the assumptions that the binder acts as a medium that transmits uniformly stresses throughout the wound structure, the maximum allowable deformation of the binder above the deformation of the fiber. The use of a suitable binder, the elastic modulus of which is much lower than the elastic modulus of the fiber, ensures that the fiber, and not the binder, is destroyed, and thereby maximum efficiency is ensured [8].
Однако, как показывают испытания труб (Справочник по композиционным материалам, книга II, по редак. Дж. Любина, М.: Машиностроение. 1988, с.231-237), при нагружении сравнительно быстро начинается растрескивание связующего, полученные характеристики носят нелинейный характер, из-за расслоений начинается утечка среды. Эффективность труб из высокомодульных волокон может быть повышена, как отмечается, с использованием термопластичных слоев и за счет уплотнения нитей. Из-за различной ориентации волокон между слоями возникают межслойные касательные напряжения, приводящие к преждевременному разрушению трубы (Келли А, Высокопрочные материалы, - М.: Мир, 1976, с.202-206). However, as the tests of pipes show (Composites Handbook, Book II, edited by J. Lubin, M .: Mechanical Engineering. 1988, pp. 213-237), when loading binder cracking starts relatively quickly, the obtained characteristics are nonlinear, due to delamination, a leak begins. The efficiency of pipes made of high-modulus fibers can be improved, as noted, using thermoplastic layers and by compaction of the threads. Due to the different orientation of the fibers between the layers, interlayer tangential stresses arise, leading to premature destruction of the pipe (Kelly A, High-strength materials, - M .: Mir, 1976, p.202-206).
Явление разрушения связующего в процессе деформирования имеет место из-за хрупкого разрушения слоев, растягиваемых поперек волокон, что приводит к значительному снижению жесткости материала. Нарушение сплошности композиционного материала наступает при нагрузках, весьма далеких от разрушающих. Об этом свидетельствует начало нелинейного участка зависимости деформаций от внутреннего давления. Растрескивание связующего ухудшает характеристики усталостной прочности к ряду других нежелательных явлений, в частности разгерметизации. Введение защитного покрытия ухудшает массовые характеристики изделия (И.Ф. Образцов, В.В. Васильев, В.А. Бунаков, Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов, - М.: Машиностроение, 1977, с.19-25, 125). The phenomenon of binder destruction during deformation takes place due to brittle fracture of layers stretched across the fibers, which leads to a significant decrease in the stiffness of the material. The discontinuity of the composite material occurs under loads that are very far from destructive. This is evidenced by the beginning of the nonlinear portion of the dependence of the deformations on the internal pressure. Cracking of the binder degrades the characteristics of fatigue strength to a number of other undesirable phenomena, in particular depressurization. The introduction of a protective coating affects the mass characteristics of the product (I.F. Obraztsov, V.V. Vasiliev, V.A. Bunakov, Optimal reinforcement of shells of revolution made of composite materials, - M .: Mashinostroenie, 1977, pp. 19-25, 125) .
Для увеличения связей нитей с матрицей их пропитывают латексным составом (В. В. Рагулин, Технология шинного производства, изд. 2-е. М.: Химия, 1975, с.93, 96). Однако этого решения недостаточно - нити истираются. To increase the ties of threads with the matrix, they are impregnated with a latex composition (V.V. Ragulin, Tire Production Technology, 2nd ed. M: Chemistry, 1975, p. 93, 96). However, this solution is not enough - the threads are frayed.
Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления высокопрочных труб-оболочек из композиционных материалов, включающий намотку на оправку однонаправленных нитей, пропитанных полимерным связующим, формирование несущих слоев с последующим отверждением [8]. Проблема надежности труб-оболочек зависит от того, какое найдено техническое решение эффективной связи волокон и связующего в выбранной структуре армирования. Известный уровень техники в выбранных направлениях достигается либо в подборе упругих характеристик волокна и связующего, либо за счет введения герметизирующих слоев и покрытий. И в том и в другом случаях трубы-оболочки из композиционных материалов обладают вследствие введения соответствующего коэффициента безопасности повышенным весом, материалоемкостью, трудоемкостью и энергозатратами. The closest analogue, selected as a prototype, is a method of manufacturing high-strength pipes-shells of composite materials, including winding on the mandrel of unidirectional threads impregnated with a polymer binder, the formation of bearing layers with subsequent curing [8]. The reliability problem of pipe shells depends on what technical solution is found for effective bonding of the fibers and the binder in the selected reinforcement structure. The prior art in selected areas is achieved either in the selection of the elastic characteristics of the fiber and the binder, or by introducing sealing layers and coatings. In both cases, pipe-shells made of composite materials have, due to the introduction of an appropriate safety factor, increased weight, material consumption, labor and energy consumption.
Основной задачей разработки является создание труб-оболочек из композиционных материалов такими новыми способами, которые исключили бы вышеперечисленные недостатки, их реализация позволила бы обеспечить взаимодействие упругих свойств нити и связующего без их разрушения до предельных максимальных механических показателей. The main objective of the development is the creation of shell pipes from composite materials in such new ways that would eliminate the above disadvantages, their implementation would ensure the interaction of the elastic properties of the thread and binder without breaking them to the maximum maximum mechanical properties.
Технический результат, который может быть получен от использования новых технических решений, заключается в повышении прочности и надежности труб-оболочек из композиционных материалов, уменьшении их массы, снижении коэффициента безопасности до минимального стабильного значения, уменьшении расхода материалов и энергозатрат на их переработку. The technical result that can be obtained from the use of new technical solutions is to increase the strength and reliability of pipe shells made of composite materials, reduce their weight, reduce the safety factor to a minimum stable value, reduce the consumption of materials and energy costs for their processing.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет иного подхода к взаимодействию армирующей нити и связующего в композиционной структуре трубы-оболочки на основе реализации предложенных технических решений с тем, чтобы сдвиговые напряжения и деформации не приводили к разрушению нити в поперечном направлении и преждевременному разрушению конструкции и выходу ее из строя. Идея состоит в том, чтобы не было поперечного и межслойного разрушения, волокна в нити и сама нить были закреплены прочным и высокожестким связующим настолько эффективно и полученная нить была заключена в пластичную или упруго-эластичную матрицу-связующее самой структуры композита, которая ни при каких условиях деформирования, кроме случая предельного нагружения, не приводила к разрушению изделия. The main problem is solved and the technical result is achieved due to a different approach to the interaction of the reinforcing thread and the binder in the composite structure of the pipe-shell based on the implementation of the proposed technical solutions so that shear stresses and strains do not lead to the destruction of the thread in the transverse direction and premature destruction of the structure and its failure. The idea is that there is no transverse and interlayer destruction, the fibers in the thread and the thread itself are fixed by a strong and highly rigid binder so efficiently and the resulting thread is enclosed in a plastic or elastic-elastic matrix-binder of the composite structure itself, which under no circumstances deformation, except in the case of ultimate loading, did not lead to the destruction of the product.
Новая концепция реализована следующим образом. Для этого в способе изготовления высокопрочных труб-оболочек из композиционных материалов, включающем намотку на оправку однонаправленных нитей, пропитанных полимерным связующим, формирование несущих слоев с последующим отверждением, однонаправленные нити при пропитке формируют в виде жесткой структуры оболочка-ядро, в ядро которой вводят высокомодульные нити, оболочку наносят из термореактивного эпоксисодержащего связующего массой 30-45% массы ядра, полностью ее отверждают на нити, затем наносят полимерное связующее, в качестве которого используют термопластичное типа термопласта или упруго-эластичное связующее типа резины, полиуретана, массой, равной 30-45% массы нити структуры оболочка-ядро, и нитью новой структуры формируют несущие слои трубы-оболочки. The new concept is implemented as follows. To this end, in a method of manufacturing high-strength pipes-shells made of composite materials, including winding unidirectional threads impregnated with a polymeric binder on a mandrel, forming support layers with subsequent curing, unidirectional threads, when impregnated, form a shell-core, into the core of which high-modulus threads are introduced , the shell is applied from a thermosetting epoxy-containing binder weighing 30-45% of the mass of the core, it is completely cured on the threads, then a polymer binder is applied, as th use thermoplastic or thermoplastic-type elastic-elastic binder, such as rubber, polyurethane, a mass equal to 30-45% by weight of the filament sheath-core structure, the new structure and thread form carrier layers, the cladding tube.
Отличительными особенностями предложенного способа изготовления высокопрочных труб-оболочек из композиционных материалов являются следующие признаки (вариант 1):
- формирование однонаправленных нитей при пропитке в виде жесткой структуры оболочка-ядро.The distinctive features of the proposed method for the manufacture of high-strength pipes-shells of composite materials are the following features (option 1):
- the formation of unidirectional filaments when impregnated in the form of a rigid shell-core structure.
- нанесение и отверждение в оболочки в этой структуре из термореактивного эпоксисодержащего связующего непосредственно на ядре из высокопрочного материала - высокомодульной нити,
- массовое содержание оболочки 30-45% по отношению к массе ядра;
- использование в качестве полимерного связующего термопластичного связующего;
- массовое соотношение полимерного связующего по отношению к массе нити структуры оболочка-ядро, равное 30-45%;
- те же самые признаки, за исключением пропитки композиционной армирующей структуры трубы-оболочки с использованием в качестве полимерного связующего упруго-эластичного связующего типа резины, полиуретана.- deposition and curing in the shell in this structure of a thermosetting epoxy-containing binder directly on the core of a high-strength material - high-modulus filament,
- mass content of the shell 30-45% relative to the mass of the core;
- use as a polymer binder thermoplastic binder;
- the mass ratio of the polymer binder in relation to the mass of the filament of the shell-core structure, equal to 30-45%;
- the same signs, with the exception of impregnation of the composite reinforcing structure of the pipe-shell with the use of an elastic-elastic binder type of rubber, polyurethane as a polymer binder.
Отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Невыполнение операций, связанных с полным отверждением на однонаправленных нитях, нанесенного на них термореактивного эпоксисодержащего связующего, на стадии пропитки, последующего нанесения на них термопластичного или упруго-эластичного связующего и формировании ими несущих слоев трубы-оболочки не позволяет получить их высокой прочности и надежности. Из предложенных решений следует, чтобы получить высокопрочные трубы, необходимо заранее упрочнить однонаправленные нити до высокой жесткости до намотки на оправку, это упрочнение выполнить с термореактивными связующими, их покрывающим. Намотку производить нитями новой жесткой структуры оболочка-ядро, но с уже нанесенными на них термопластичными или упруго-эластичными связующими, которое подлежит отверждению после формирования всех слоев трубы-оболочки. Это позволяет повысить эффективность использования армирующих свойств материала изделий. Distinctive features are significant, since each of them individually and jointly aimed at solving the problem and achieving a new technical result. Failure to perform operations associated with the complete curing of unidirectional filaments, a thermosetting epoxy-containing binder applied to them, at the stage of impregnation, subsequent application of a thermoplastic or elastic-elastic binder to them and the formation of the bearing layers of the sheath pipe does not allow them to obtain high strength and reliability. From the proposed solutions it follows that in order to obtain high-strength pipes, it is necessary to harden unidirectional threads in advance to high stiffness before winding on the mandrel, this hardening should be performed with thermosetting binders covering them. Winding is carried out using threads of a new rigid shell-core structure, but with thermoplastic or elastic-elastic binders already applied to them, which must be cured after the formation of all layers of the shell-pipe. This improves the efficiency of using the reinforcing properties of the material of the products.
Указанные отличительные существенные признаки являются новыми для способов изготовления высокопрочных труб-оболочек из композиционных материалов, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенные технические решения, варианты, соответствующими критерию "Новизна". These distinctive essential features are new for methods of manufacturing high-strength pipes-shells from composite materials, since their use in the prior art, analogues and prototype was not found, which allows us to characterize the proposed technical solutions, options that meet the criterion of "Novelty".
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу двумя параллельными вариантами, достичь новый технический результат, что позволяет характеризовать новые технические решения существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новые технические решения являются результатом научно-исследовательской работы, творческого вклада, получения нетрадиционным путем, без использования стандартных, проектировочных решений, разработок или каких-либо известных рекомендаций в данной области техники, по своей оригинальности и содержательности соответствуют критерию "Изобретательский уровень". A single set of new essential features with common known essential features allows us to solve the problem in two parallel options, to achieve a new technical result, which allows us to characterize new technical solutions by significant differences from the prior art, analogues and prototype. New technical solutions are the result of scientific research, creative contribution, receiving in an unconventional way, without using standard, design solutions, developments or any well-known recommendations in this field of technology, in their originality and pithiness meet the criterion of "Inventive step".
На фиг. 1 представлен общий вид высокопрочной трубы-оболочки из композиционных материалов; на фиг. 2 - аксиальное сечение трубы-оболочки, с показом ее структуры; на фиг. 3, 4 разрезы по А-А, В-В на фиг. 1, 2 соответственно. In FIG. 1 shows a general view of a high-strength pipe-shell made of composite materials; in FIG. 2 - axial section of the pipe-shell, showing its structure; in FIG. 3, 4 sections along aa, bb in FIG. 1, 2, respectively.
Высокопрочная труба-оболочка из композиционных материалов содержит соответствующий ее профилю каркас, выполненный из повторяющихся по толщине его стенки слоев 1 систем перекрещивающихся спиральных и кольцевых лент 2, 3 слоев 1 из однонаправленных нитей 4, скрепленных отвержденным полимерным связующим 5. Однонаправленные нити 4 перекрещивающихся спиральных и кольцевых лент 2, 3 слоев 1 каркаса выполнены в виде жесткой структуры оболочка-ядро, в ядре 6 которых содержатся высокомодульные нити, а оболочка 7 выполнена отвержденной из термореактивного эпоксисодержащего связующего массой, равной 3-45% массы ядра 6. На нить 4 нанесено термопластичное или упруго-эластичное связующее 5 массой, равной 30-45% массы нити новой структуры оболочка-ядро. A high-strength pipe-shell made of composite materials contains a frame corresponding to its profile made of
Способ изготовления высокопрочных труб-оболочек из композиционных материалов заключается в нанесении на высокомодульные нити 6 термореактивного эпоксисодержащего связующего 7 путем прохождения ее через ванночку со связующим и валки или фильеру (не показано) с последующим полным отверждением связующего 7 на нити 6 с образованием на ней покрывающей оболочки таким образом, что нить 4 приобретает жесткую структуру оболочка-ядро, обладающую достаточной гибкостью в продольной направлении, не сужающей возможности ее намотки на оправку, затем на эту нить 4 наносят полимерное связующее 5, в жидком, определенной вязкости виде и наматывают на оправку с образованием слоев 1 из систем перекрещивающихся спиральных и кольцевых лент 2, 3 из однонаправленных нитей 4 до полного образования стенки трубы-оболочки с такой плотностью, чтобы нанесенное полимерное связующее 5 заполнило все промежутки между нитями 4. Затем полимерное связующее 5 отверждают путем размещения оправки с заготовкой в специальной камере при заданных режимах полимеризации. При массовой доли 30% связующего для образования оболочки 7 обеспечивается сплошность покрытия высокомодульных нитей 6, при массовой доле, меньше указанной, сплошность покрытия высокомодульных нитей 6 не обеспечивается, толщина стенки оболочки 7 неравномерная, что приводит к выбраковке нитей 4. При массовой доле 45% связующего для образования оболочки 7 обеспечивается равномерный нанос связующего на высокомодульные нити 6, при превышении этой доли наблюдаются потеки связующего, ухудшается технология переработки нити 4. Учитывая, что связующее на нити 6 полностью отверждается и составляет по массе 30-45% массы ядра, с точки зрения технологии переработки эти предельные проценты являются оптимальными и эффективными для придания однонаправленным нитям 4 структуры оболочка-ядро повышенной жесткости и прочности, элементарные волокна в высокомодульных нитях 6 не разрушаются и воспринимают нагрузки в композитном материале единым пучком. A method of manufacturing high-strength pipe-shells from composite materials consists in applying a thermosetting epoxy-containing binder 7 to high-modulus threads 6 by passing it through a bath with a binder and a roll or die (not shown), followed by complete curing of the binder 7 on the thread 6 with the formation of a coating shell on it so that the
При массовой доле 30% полимерного связующего 5, в качестве которого может быть использовано термопластичное или упруго-эластичное связующее, нанесенного на однонаправленные нити 4, обеспечивается сплошность стенки трубы-оболочки, ее герметичность. При массовой доле 45% полимерного связующего 5 также обеспечивается равномерный насос связующего, герметизация и надежность стенки трубы-оболочки, при превышении этой массовой доли значительно возрастает толщина стенки и вес трубы-оболочки, что неприемлемо. Нанесение связующего 5 в пределах массовой доли 30-45% обеспечивает наилучшую технологичность переработки материала, повышенную прочность, надежность и эффективность конструкции. В качестве термореактивного связующего 5 использовалось эпоксисодержащее связующее типа эпоксихлордиановой смолы. В качестве полимерного связующего 5 использовалось термопластичное связующее - термопласт, полисульфон или упруго-эластичное связующее - резина, изопреновый каучук, полиуретан. With a mass fraction of 30% of the
При нагружении трубы-оболочки предложенных вариантов взаимодействие однонаправленных нитей со связующим реализуется следующим образом. When loading the pipe-shell of the proposed options, the interaction of unidirectional threads with a binder is implemented as follows.
Каждая однонаправленная нить 4, состоящая из высокомодульных нитей 6, имеющая, как правило, пучок элементарных волокон, омоноличена термореактивным эпоксисодержащим связующим и имеет жесткую структуру оболочка-ядро, в продольном направлении эта нить имеет достаточную гибкость, что обеспечивает ее перерабатываемость в изделие. При воздействии на эту нить поперечных сдвиговых деформаций, нить, ее скрепленные волокна, не разрушается и работает в диапазоне возникающих деформаций. Поскольку матрица - полимерное связующее 5 - является термопластичной (I вариант) или упруго-эластичной (II вариант), т.е. при нагружении трубы-оболочки достаточно податлива для восприятия сдвиговых деформаций, то нити 4, обеспеченные жесткостью и прочностью, отслеживают эти деформации своим упругим изгибом до самых высоких пределов нагружения. Each
Проведенные испытания труб-оболочек диаметром 400 мм из композиционных материалов, изготовленных предложенными способами, подтвердили высокую прочность, герметичность и надежность в отличие от труб-оболочек, изготовленных с использованием традиционных способов изготовления. Их эффективность выражается в уменьшении толщин стенок, экономии расхода армирующих и полимерных материалов до 10% и уменьшении энергозатрат. The tests of shell pipes with a diameter of 400 mm from composite materials manufactured by the proposed methods have confirmed high strength, tightness and reliability, in contrast to shell pipes made using traditional manufacturing methods. Their effectiveness is expressed in reducing wall thicknesses, saving the consumption of reinforcing and polymeric materials up to 10% and reducing energy costs.
Таким образом, новые технические решения в способах изготовления труб-оболочек из композиционных материалов обладают промышленной воспроизводимостью, эффективны и полезны, соответствуют и критерию "Промышленная применимость", т.е. уровню изобретений, Thus, the new technical solutions in the methods of manufacturing pipe shells from composite materials have industrial reproducibility, effective and useful, and also meet the criterion of "Industrial applicability", i.e. level of inventions
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96112881A RU2107622C1 (en) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | Method of manufacture of high-strength tubes-envelopes from composite materials (versions) |
| US08/882,853 US6077580A (en) | 1996-07-01 | 1997-06-26 | Composite shell shaped as a body of revolution and a method of forming the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96112881A RU2107622C1 (en) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | Method of manufacture of high-strength tubes-envelopes from composite materials (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2107622C1 true RU2107622C1 (en) | 1998-03-27 |
| RU96112881A RU96112881A (en) | 1998-10-10 |
Family
ID=20182461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96112881A RU2107622C1 (en) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | Method of manufacture of high-strength tubes-envelopes from composite materials (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2107622C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2148496C1 (en) * | 1999-07-19 | 2000-05-10 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Adapter in form of screen shell of revolution made from composite material |
| RU2153419C1 (en) * | 1999-03-10 | 2000-07-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Screen shell of revolution (versions) |
| RU2189907C2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-09-27 | Закрытое акционерное общество "Центр перспективных разработок" Открытого акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Adapter in form of gauze shell of revolution made of composite materials |
| RU2238471C2 (en) * | 2002-12-24 | 2004-10-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Bearing jacket in the form of body of revolution of composite material |
| RU2254513C2 (en) * | 2000-10-17 | 2005-06-20 | Сторк Скринс Б.В. | Thin-walled cylinder |
| RU2483927C2 (en) * | 2011-05-27 | 2013-06-10 | Открытое акционерное общество "Пластик" | Adapter composed of reinforced tapered shell of revolution from polymer composite materials |
| WO2019070150A1 (en) | 2017-10-03 | 2019-04-11 | Частная Компания С Ограниченной Ответственностью Anisoprint | Production of articles made of composite materials by 3d-printing method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3083864A (en) * | 1957-11-26 | 1963-04-02 | Hercules Powder Co Ltd | Filament wound vessels and methods for forming same |
| US3303079A (en) * | 1963-08-23 | 1967-02-07 | Richard P Carter | Method of manufacture of rocket chambers having an integral insulator or liner |
| FR2310517B1 (en) * | 1975-05-09 | 1980-07-04 | Messerschmitt Boelkow Blohm | |
| US4469138A (en) * | 1980-05-16 | 1984-09-04 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Pipes made of polypropylene reinforced with carbon fibers |
| US5006291A (en) * | 1985-04-24 | 1991-04-09 | Plas/Steel Products, Inc. | Method for making fiber reinforced plastic tubing |
| RU2015509C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-06-30 | Почвенный институт им.В.В.Докучаева | Method of determining efficiency of types of potash fertilizer onto sod-ash soil |
-
1996
- 1996-07-01 RU RU96112881A patent/RU2107622C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3083864A (en) * | 1957-11-26 | 1963-04-02 | Hercules Powder Co Ltd | Filament wound vessels and methods for forming same |
| US3303079A (en) * | 1963-08-23 | 1967-02-07 | Richard P Carter | Method of manufacture of rocket chambers having an integral insulator or liner |
| FR2310517B1 (en) * | 1975-05-09 | 1980-07-04 | Messerschmitt Boelkow Blohm | |
| US4469138A (en) * | 1980-05-16 | 1984-09-04 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Pipes made of polypropylene reinforced with carbon fibers |
| US5006291A (en) * | 1985-04-24 | 1991-04-09 | Plas/Steel Products, Inc. | Method for making fiber reinforced plastic tubing |
| RU2015509C1 (en) * | 1991-06-28 | 1994-06-30 | Почвенный институт им.В.В.Докучаева | Method of determining efficiency of types of potash fertilizer onto sod-ash soil |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 8. Россато Д.В., Грове К.С. Намотка стеклонитью. М.: Машиностроение, 1969, с. 56, рис. 32, с. 105 - 220. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2153419C1 (en) * | 1999-03-10 | 2000-07-27 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Screen shell of revolution (versions) |
| RU2148496C1 (en) * | 1999-07-19 | 2000-05-10 | Акционерное общество "Центр перспективных разработок акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Adapter in form of screen shell of revolution made from composite material |
| RU2189907C2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-09-27 | Закрытое акционерное общество "Центр перспективных разработок" Открытого акционерного общества "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Adapter in form of gauze shell of revolution made of composite materials |
| RU2254513C2 (en) * | 2000-10-17 | 2005-06-20 | Сторк Скринс Б.В. | Thin-walled cylinder |
| RU2238471C2 (en) * | 2002-12-24 | 2004-10-20 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения" | Bearing jacket in the form of body of revolution of composite material |
| RU2483927C2 (en) * | 2011-05-27 | 2013-06-10 | Открытое акционерное общество "Пластик" | Adapter composed of reinforced tapered shell of revolution from polymer composite materials |
| WO2019070150A1 (en) | 2017-10-03 | 2019-04-11 | Частная Компания С Ограниченной Ответственностью Anisoprint | Production of articles made of composite materials by 3d-printing method |
| US11673322B2 (en) | 2017-10-03 | 2023-06-13 | Anisoprint Société À Responsabilité Limitée (S.A.R.L.) [Lu/Lu] | Production of articles made of composite materials by 3D-printing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2121101C1 (en) | Pipe and method of its manufacture | |
| AU2015209285B2 (en) | Unidirectional fiber composite system for structural repairs and reinforcement | |
| US3340115A (en) | Method of making a reinforced composite concrete pipe | |
| US7045210B2 (en) | Reinforcing bar and method for the production thereof | |
| WO1993018245A1 (en) | Fabric reinforced concrete columns | |
| IL27800A (en) | Composite reinforced plastic pipe and method for fabricating this pipe | |
| US20220268389A1 (en) | Pre-tightening force repairing method, repairing method involving combination of pre-tightening force and clamp, and repaired pipeline | |
| AU706549B2 (en) | Strengthening of structural members | |
| US3915776A (en) | Method for making composite structures | |
| USRE27061E (en) | Method of making a reinforced composite concrete pipe | |
| US3814645A (en) | Method of repairing discontinuity in fiberglass structures | |
| RU2107622C1 (en) | Method of manufacture of high-strength tubes-envelopes from composite materials (versions) | |
| EP0058783A1 (en) | Tubing of hybrid, fibre-reinforced synthetic resin | |
| RU2097197C1 (en) | Bearing tube-shell in the form of body of revolution made of composite materials (versions) | |
| RU2221183C2 (en) | Pipe made of composite materials and method of its manufacture | |
| RU2156397C1 (en) | Method of repair of pipe lines (versions) | |
| JP2008521650A (en) | Plastic hollow body, especially plastic pipe | |
| US6077580A (en) | Composite shell shaped as a body of revolution and a method of forming the same | |
| US3121446A (en) | Nonweeping, noncorrosive pipe | |
| JP3405497B2 (en) | Reinforced fiber sheet for structural reinforcement | |
| KR20200081078A (en) | High pressure pipes using composite material | |
| RU2111120C1 (en) | Load-carrying tube-shell in form of body of revolution from composite materials (versions) | |
| RU2154766C1 (en) | Tube from composite materials and method of its production | |
| US20180045339A1 (en) | Ultrathin concrete composite pipe with oriented and localized fiber | |
| RU2208195C1 (en) | Method of and polymeric tape for repair of pipeline |