Введение к работе
Актуальность темы
Разработка технологии выработки и исследование свойств армирующих компонентов композиционных материалов на базе мотальных паковок специального назначения является актуальной задачей, решение которой позволит:
Создать однопроцессный способ формирования как цельных композитов, так и отдельных элементов конструкций на основе разверток намоток;
Разработка и применение специального мотального оборудования позволяет формировать мотальные паковки специального назначения требуемых структур, заданных типоразмеров и формы.
Все существующие до настоящего времени технологии формирования армирующих компонентов композитов многостадийны, и требуют своего развития.
Цель исследования
Целью данной диссертационной работы является разработка однопроцессного способа формирования армирующих компонентов композиционных материалов на базе мотальных паковок специального назначения, обладающих заданными качественными показателями и свойствами.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
проводится сравнительный анализ способов изготовления армирующих компонентов композиционных материалов с использованием текстильных технологий;
разработан способ формирования плоских армирующих компонентов композитов с использованием разверток намоток мотальных паковок;
разработан способ формирования армирующих компонентов требуемой структуры и типоразмеров на базе мотальных паковок специального назначения;
разработаны теоретические основы формирования армирующих компонентов композитов на базе мотальных паковок заданной формы намотки;
разработана конструкция мотального оборудования, обеспечивающего формирование мотальных паковок заданной формы и типоразмеров;
проведены экспериментальные исследования процесса формирования армирующих компонентов плоской формы и цельных изделий произвольной формы на базе мотальных паковок специального назначения;
проведен теоретический расчет прочностных характеристик композиционных материалов, формируемых намоткой;
разработана программа автоматизированного расчета прочностных характеристик композиционных материалов, формируемых намоткой;
проведен расчет экономической эффективности и анализ затрат на производство армирующих компонентов композитов ткачеством и намоткой для внедрения в реальное производство.
Методы и средства исследования
В работе методической и научной основой проводимых исследований являлись труды ведущих российских и зарубежных ученых текстильщиков, посвященные процессу перематывания нитей. Теоретические исследования основаны на современных научных теориях по созданию композиционных материалов, при использовании ПЭВМ и новейших средств исследования.
Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях ОАО «Ковротекс» г. Димитровград и ЗАО «Институт углеродных материалов и технологий» г. Москва.
Научная новизна
Научная новизна работы заключается в разработке теоретических основ процесса формирования мотальных паковок специального назначения, а также получения на их базе плоских (листовых) и объемных (цельных) армирующих компонентов композиционных материалов заданных типоразмеров, формы и структуры намотки.
В диссертации:
разработан способ формирования плоских (листовых) армирующих компонетов композиционных материалов на базе разверток намотки мотальных паковок специального назначения;
определены структура намотки мотальных паковок, обеспечивающая максимально возможный для текстильных материалов коэффициент заполнения композита армирующим компонентом kз=0,785.
разработаны теоретические основы конструкций мотального оборудования, обеспечивающих формирование мотальных паковок специального назначения заданной формы намотки и структуры;
созданы теоретические основы процесса формирования намоткой армирующих компонентов композиционных материалов заданной структуры, размеров и формы намотки с максимально возможным коэффициентом заполнения композита;
разработаны теоретические основы расчета прочностных характеристик композиционных материалов формируемых намоткой с использованием ПЭВМ;
разработанные промышленные образцы мотального оборудования для формирования намоткой плоских и объемных армирующих компонентов композитов заданных типоразмеров, структуры и формы намотки;
получены опытные образцы листовых композиционных материалов сформированные намоткой, а также объемные композитные изделия заданной структуры намотки углеродных нитей на оправки.
Практическая значимость
Практическая ценность работы заключается в том, что:
разработаны способы формирования плоских (листовых) и цельных (объемных) армирующих элементов композиционных материалов однопроцессным способом (намоткой), что резко снижает истирающие воздействия на нити, сохраняя их высокие прочностные характеристики и снижает себестоимость выпускаемых изделий;
разработаны и созданы новые конструкции мотального оборудования для формирования армирующих компонентов композиционных материалов намоткой нитей на оправки заданной формы и типоразмеров;
разработаны методы автоматизированного расчета величины передаточного отношения от нитеводителя к паковке, необходимого для формирования требуемых структур композиционных материалов, а также расчета их прочностных характеристик.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
-
V Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные технологии в обучении и производстве», Камышинский технологический институт 2008 г.
-
Всероссийская научно-техническая конференция «Текстиль XXI века» 2007 г.
-
Научно-техническая конференция «Техтекстиль 2007», г. Димитровград
-
Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2010), МГТУ имени А.Н. Косыгина, г. Москва
Работа удостоена Золотой медали ВВЦ.
Достоверность результатов работы
Достоверность и обоснованность основных положений работы и выводов подтверждаются согласованностью результатов, теоретических и экспериментальных исследований и базируются на современных методах матанализа технологических процессов перематывания нитей. Экспериментальные исследования позволили сформировать намоткой как листовые (плоские), так и объемные композиты из углеродных нитей. Результаты работы внедрены на ОАО «Ковротекс» г. Димитровграда.
Публикации
Основные результаты работы отражены в 22 работах, из них 4 патента, 13 статьи, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК, 5 тезисов докладов научно – технических конференций.
Объем и структура работы
