НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o252.pdf (764.89Кб)

УДК 51-74

1 Московский государственный университет леса, Мытищи, Россия 2 ЗАО «ЗЭМ» РКК «Энергия» им. С.П. Королёва, Королев, Россия

Описаны основные методы пропитки пористых тел растворами полимеров и их применение для изготовления препрегов. Описаны существующие способы изготовления многослойных препрегов для производства теплозащитного покрытия космического корабля "Союз". Показано, что к этим препрегам предъявляются высокие требования по содержанию полимера по сравнению с другими композиционными материалами, порядка 35...40% масс. Применяемые способы их изготовления являются  длительными и неуправляемыми. Сделано предположение, что применение вакуумной технологии многократной пропитки тканого материала позволит ускорить процесс изготовления этих препрегов и повысить их качество.
При обзоре технической литературы были найдены работы по моделированию процессов пропитки, но они направлены только на исследование скорости пропитки тканого материала различными жидкостями и определению времени пропитки. Моделей позволяющих определять параметры препрегов при многократной пропитке не найдено. Целью работы является разработка простой математической модели, позволяющей прогнозировать содержание полимера и летучих продуктов в препреге после каждого цикла многократной пропитки тканого материала раствором полимера.
В качестве примера для рассмотрения метода вакуумной пропитки используются препреги на основе кремнезёмных  и кремнезёмно-капроновых вязально-прошивных полотен и бакелитового лака ЛБС-4, содержащего 50...60% фенолоформальдегидной смолы и растворитель с незначительными примесями чистого фенола и воды. Для описания процесса вакуумной пропитки пористой заготовки разработано математическое описание процесса заполнения пористого пространства материала лаком. Сделано предположение, что компоненты лака заполняют пористое пространство материала в том же соотношении, в котором они содержатся в лаке.
Показано, что при однократной пропитке невозможно обеспечить содержание фенолоформальдегидной смолы в препреге более 32%, что не удовлетворяет требованиям.
Разработана математическая модель многократной пропитки кремнезёмных полотен бакелитовым лаком с промежуточными сушками заготовки. Выведены уравнения определяющие количество полимера и летучих продуктов после каждого цикла пропитка-сушка.
Приведены результаты расчётов по полученной математической модели. Результаты расчётов показывают, что при многократной пропитке возможно увеличить содержание полимера в препреге и за несколько циклов пропитки обеспечить требуемые параметры. При проведении расчётов рассматривались также различные варианты сушки с удалением разного количества растворителя. Расчёты показали что обеспечение заданных параметров возможно при удалении более 50% растворителя, содержащегося в препреге после пропитки.
Разработанная математическая модель является частью запатентованной вакуумной технологии изготовления препрегов и позволяет определять параметры препрега по содержанию полимера и летучих продуктов на каждой стадии процесса многократной пропитки пористого материала.

1. Антипов Е.А. Устройство для пропитки и сушки ткани: а. с. 579032 СССР. 1977. Бюл. № 11. 3 с.
2. Плотников И.В. Установка для пропитки, сушки и вулканизации ткани: а. с. 86595 СССР. 1949. 2 с.
3. Беленков Д.А. Способ пропитки пористых материалов и устройство для его осуществления: пат. 2011511 Российская Федерация. 1994. 6 с.
4. Постнов В.И. Способ получения препрега: пат. 2302431 Российская Федерация. 2007. Бюл. 19. 6 с.
5. Быков А.И. Способ изготовления препрега: пат. 2321606 Российская Федерация. 2008. Бюл. 10. 8 с.
6. Постнов В.И. Способ изготовления препрега : пат. 2447097 Российская Федерация. 2012. Бюл. 10. 6 с.
7. Тарасов А.В., Романенков В.А., Комков В.А. Технологические основы снижения длительности цикла и повышения безопасности изготовления тепловой защиты спускаемых космических аппаратов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 20 1 4. № 8 (653). С. 35-43. DOI:10.18698/0536-1044-2014-8-35-43
8. Котенко В.Д., Глебов И.В. Новая технология получения препрегов с высоким содержанием полимера // Итоги диссертационных исследований: матер. V Всероссийского конкурса молодых учёных. Т. 3. М.: РАН, 2013. С. 34-41.
9. Стрекалов А.Ф. Способ изготовления препрега: пат. 2484956 Российская Федерация. 2013. Бюл. 17. 7 с.
10. Глебов И.В., Синюков Н.В., Попова Е.С. Вакуумная технология изготовления препрега для производства тепловой защиты космических аппаратов // XX научно-техническая конференция молодых учёных и специалистов (г. Королев, РКК «Энергия» им. С.П. Королёва, 10-14 ноября 2014 г.): тез. докл. 2014. С. 319-320.
11. Кордикова Е.И., Спиглазов А.В. Моделирование процесса пропитки тканых материалов линейно-вязкой жидкостью // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. 2008. Т . 1, № 4. С . 133-135.
12. Гончаров В.А., Сорокин К.В., Федотов М.Ю., Раскутин А.Е. Моделирование технологического процесса изготовления методом инфузии ПКМ на основе связующего ВСЭ-21 и ткани TENAX - E STYLE 450 // Труды ВИАМ. 2014. № 10. DOI:10.18577/2307-6046-2014-0-10-4-4
13. Гончаров В.А. Моделирование инфузионных технологий изготовления ПКМ на основе эпоксидных связующих и углеродных тканей Porsher // Новости материаловедения. Наука и техника. 2013. № 5. Режим доступа:http://materialsnews.ru/ru/articles?year=2013&num=5 (дата обращения 01.10.2015).
14. ГОСТ 13863-89. Полотна вязально-прошивные дублированные технического назначения. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1989. 11 с.
15. Fries N. Capillary transport processes in porous materials – experiment and model: Dr. diss. Cuvillier Verlag G ö ttingen , 2010. 167 p .
16. ГОСТ 901-78. Лаки бакелитовые. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2003. 15 с.
17. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.