PL232458B1 - Sposób warstwowej laminacji elementu konstrukcyjnego jednorodnym lub hybrydowym włóknistym kompozytem polimerowym metodą in-situ z wykorzystaniem wibracji ultradźwiękowych w procesie ciągłym i urządzenie do realizacji sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zbrojenia lub laminacji elementu konstrukcyjnego jednorodnym lub hybrydowym włóknistym kompozytem polimerowym metodą in-situ z wykorzystaniem wibracji ultradźwiękowych w procesie ciągłym wykorzystujący pasma materiału włóknistego, jako cięgna-rowingu lub tkaniny-maty kompozytowe w nośnych elementach konstrukcyjnych typu belki stropowe, mostowe oraz belki dachowe, z przeznaczeniem zwłaszcza dla budownictwa. Kolejnym przedmiotem wynalazku jest urządzenie umożliwiające nakładanie warstwowego laminatu kompozytowego na powierzchnię lub miejsce obrabianego elementu konstrukcyjnego.

Urządzenie pozwala wytwarzać o wąskim stałym lub zmiennym przekroju poprzecznym na węższej powierzchni elementu konstrukcyjnego zwane dalej Sonotruzją za pomocą materiału włóknistego, które są zwłaszcza stosowane w miejscach elementu konstrukcyjnego, gdzie działają siły rozciągające. Zbrojenia o szerokim przekroju poprzecznym można nanosić na szerokiej powierzchni elementu konstrukcyjnego zwane dalej Sonolaminacją za pomocą szeregowo-równolegle rozłożonego materiału włóknistego w postaci cięgna-rowingu lub tkaniną-matą kompozytową jedno, dwu lub wielokierunkową. Są one zwłaszcza stosowane przy zbrojeniu szerokich płaszczyzn, na które działają siły rozciągające lub przy zbrojeniu, czy łączeniu warstwowym np. zbrojenie warstwowe płyt konstrukcyjnych w celu ich połączenia na grubość.

Na dotychczasowy stan techniki w dziedzinie kompozytów polimerowych na bazie włókien składa się: pultruzja, będącą jedną z najstarszych sposobów wytwarzania tworzyw sztucznych wzmacnianych materiałami włóknistymi, termoplastycznymi bardzo wrażliwymi na temperaturę. Pultruzją wykonuje się zbrojenia w celu wzmocnienia elementów najczęściej przy pomocy wklejania wykonanych wcześniej prętów lub innych profili metodą przeciągania. Głównie ze względu na ich niską wytrzymałość termiczną nie znajdują one zastosowania w przemyśle budowlanym. Drugim sposobem wzmacniania elementów lub ich produkcji jest najnowsza do tej pory technologia na bazie prepregów. Są to nasączone matrycą polimerową rowingi lub tkaniny kompozytowe o różnym splocie, przechowywane w niskich temperaturach w celu znacznego spowolnienia reakcji sieciowania-utwardzania polimeru. Do uzyskania jakiegokolwiek produktu z prepregów, wykłada się nimi formy, które przy pomocy prasy lub/i ciśnienia są utwardzane stosując nieznacznie podniesioną temperaturę dla przyśpieszenia procesu sieciowania. W obu przypadkach: pultruzji i produkcji prepregu, wykorzystywany jest energochłonny proces wytwarzania, który daje w efekcie końcowym jedynie półprodukt do dalszego przetworzenia. Istnieje jeszcze kilka innych metod będących ograniczonymi ze względu na proces wytwarzania oraz często wymagających użycia form tj.: metoda laminowania ręcznego (hand lay-up), metoda prasowania elastycznym stemplem, metoda RTM (resin transfer moulding), czy metoda nawijania (filament winding). Aktualnie duży problem stanowi wytrzymałość dotychczasowych kompozytów, ponieważ zawarte w masie matrycy polimerowej pęcherzyki powietrza, osłabiają całą konstrukcję kompozytu. Problem ten występuje we wszystkich metodach wytwarzania poza metodami wykorzystującymi próżnię lub ciśnienie np. autoklawy, czy RTM, ten z kolei wymaga specjalnej metody i procesu ograniczonego do użycia stałej formy dedykowanej do jednego elementu. Ponadto nie są to jednak metody, przy których można w procesie ciągłym: swobodnie wykorzystać istotne właściwości i rolę nowoczesnych wysokoreaktywnych utwardzaczy do żywic, udoskonalać właściwości kompozytu dodając nanomateriały lub uzyskać wysoką odporność temperaturową kompozytu polimerowego (powyżej 80°C), aby mocje wykorzystać w przemyśle budowlanym, co wynika m.in. z norm prawa budowlanego. Żadna z dotychczasowych technologii wytwarzania kompozytów polimerowych z materiałów włóknistych nie umożliwia tworzenia laminatu lub zbrojenia o zmiennym przekroju poprzecznym w procesie ciągłym.

Znane jest również stosowanie sonotrody. Wiadomym jest, że ultradźwiękowe sonotrody używane są w celu łączenia, cięcia, dziurkowania, odciskania, czy traktowania ciepłem.

Z opisu US2012276236 znane jest urządzenie do obróbki taśmy materiału za pomocą ultradźwiękowej jednostki, przy czym materiał wstęgowy prowadzony jest przez szczelinę między sonotrodą i narzędziem oporowym i oddziałuje na sonotrodę, przy czym urządzenie ultradźwiękowe jest regulowane za pomocą ruchomego wózka w stosunku do narzędzia oporowego, ponadto wzmacniacz jest mocno połączony z wózkiem.

Sposób według wynalazku dotyczy sposobu wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego nakładanego na powierzchnię lub miejsce obrabianego elementu konstrukcyjnego, które zostało wcześniej poddane obróbce frezowaniem. Proces odbywa się in-situ w procesie ciągłym z użyciem ultradźwięków.

PL 232 458 B1

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego do stosowania, jako zbrojenie elementów konstrukcyjnych, charakteryzujący się tym, że nakładanie warstwowego laminatu kompozytowego na powierzchnię lub miejsce obrabianego elementu konstrukcyjnego odbywa się in-situ w procesie ciągłym z użyciem ultradźwięków; przy czym wstępnie przygotowany element konstrukcyjny zostaje wprowadzany w ruch posuwisty po czym zostaje poddany procesowi warstwowej laminacji kompozytowej obejmującej co najmniej trzy etapy:

a) etap tasowania, gdzie do głowicy tasującej przed co najmniej jeden element tasujący, jednocześnie materiały włókniste (rowingowe) lub dodatkowe materiały włókniste doprowadzane są z bobbin creel oraz do wnętrza każdego elementu tasującego przez otwór dopływowy doprowadzana jest matryca polimerowa przewodami w systemie jedno, dwu lub wielokomponentowym z pojemnika za pomocą pompy o całkowitej wydajności w stosunku wagowym względem materiału włóknistego od 0,8:1 do 1,2:1; w wyniku przesuwania się elementu konstrukcyjnego warstwowo przełożony i jednocześnie nasączony matrycą polimerową materiał włóknisty przechodzący przez ślizgającą się po elemencie konstrukcyjnym głowicę tasującą zostaje ułożony na powierzchni lub w miejscu elementu konstrukcyjnego;

b) etap sonikacji, gdzie za pomocą sonotrody o szerokości, co najmniej równej szerokości nakładanego laminatu oraz o mocy od 5 do 500— następuje prasowanie i mieszanie wszystcm² kich składników matrycy polimerowej w czasie od 2 do 10 sek., poprzez ślizgane się sonotrody w miejscu wcześniej ułożonego warstwowo materiału włóknistego nasączonego matrycą polimerową na elemencie konstrukcyjnym;

c) etap sieciowania, podczas którego ułożony warstwowo materiał włóknisty nasączony matrycą polimerową znajdujący się na elemencie konstrukcyjnym po etapie sonikacji poddaje się obróbce termicznej utwardzania w piecu, w zakresie temperatur od 50 do 180°C; do momentu osiągnięcia pożądanego poziomu utwardzenia i nadania maksymalnej odporności termicznej od 2 do 6 h.

Korzystnie, elementami konstrukcyjnymi są belki, klejonki, płyty drewnopochodne, płyty z tworzyw drzewnych lub sztucznych, płyty lignocelulozowe wstępnie przygotowane przez wybranie materiału.

Korzystnie, wielowarstwowy laminat kompozytowy stanowi układ hybrydowy, złożony z materiałów włóknistych doprowadzanych do głowicy tasującej z bobbin creel; przy czym materiały włókniste są używane w postaci rowingu lub tkanin rowingowych z włókien naturalnych, celulozowych lub syntetycznych tzn. węglowych, bazaltowych, szklanych, aramidowych; przy czym tkaniny rowingowe występują w układzie jednokierunkowym, dwukierunkowym lub wielokierunkowym.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku dodatkowo przez elementy tasujące, przekładane są, co najmniej dwa pasma materiału włóknistego tworzące ze sobą zbieżny kąt, w który za pomocą urządzenia podająco-odcinającego wprowadzany a następnie porywany jest dodatkowy materiał włóknisty postaci ciągłego rowingu lub w odcinkach, przy czym otrzymany warstwowy laminat kompozytowy ma stały lub zmienny przekrój poprzeczny.

Korzystnie, etap tasowania i etap sonikacji występują jednokrotnie lub wielokrotnie, zaś ostatnim zawsze jest etap sieciowania.

Korzystnie, matryca polimerowa zawiera dodatki lub wypełniacze w skali mikro lub nano w postaci proszków lub zawiesin uszlachetniających matrycę polimerową takich jak nanografit, płatki grafenowe, nanorurki węglowe, nanoglinka, mielony rowing.

Korzystnie, w etapie sieciowania podczas obróbki termicznej wykorzystuje się piece przelotowe, piece nieprzelotowe, przykrywanie laminatu płytą grzewczą lub kładzenie listew grzejnych. Kolejnym przedmiotem wynalazku jest urządzenie, służące do aplikacji matrycy polimerowej na materiał włóknisty i preparacji warstwowego laminatu lub zbrojenia kompozytowego do układania na powierzchni obrabianego elementu konstrukcyjnego lub w miejscu do tego przygotowanym, charakteryzujące się tym, że składa się z połączonych ze sobą śrubowo za pomocą przelotowych otworów mocujących, co najmniej dwóch wzdłużnych, zewnętrznych elementów obudowy o długości uzależnionej od rozstawu i ilości elementów tasujących z naddatkiem o łoże na długość sonotrody, stanowiących ślizgową konstrukcję głowicy tasującej, które posiadają: przelotowe otwory mocujące, w początkowej części otwór do mocowania na ruchomym przegubie, przy czym co najmniej jeden element obudowy posiada otwory dopływowe w ilości równej elementów tasujących; pomiędzy elementami obudowy znajdują się wewnętrzne przekładki prowadzące głowicę posiadające przelotowe otwory mocujące o długości uzależnionej od rozstawu i ilości elementów tasujących, z czego co najmniej jedna posiada otwory dopływowe w ilości

PL 232 458 B1 równej elementom tasującym; pomiędzy przekładkami znajduje się jeden lub więcej opływowych elementów tasujących, przez których powierzchnie styczne przekłada się materiał włóknisty ułożonych wzdłużnie względem siebie szeregowo lub równolegle posiadające na płaskiej powierzchni bocznej przelotowe otwory mocujące oraz otwór dopływowy w swojej osi centralnej, gdzie doprowadzana jest matryca polimerowa oraz otwór wypływowy na płaszczyźnie stycznej w dolnej części elementu dochodzący do wnętrza otworu dopływowego, gdzie matryca polimerowa wypływa na materiał włóknisty; głowica tasująca w końcowej części pomiędzy elementami obudowy posiada klocek dystansowy z wieszakiem i przelotowymi otworami mocującymi.

Korzystnie, w urządzeniu przelotowe otwory mocujące poszczególnych elementów głowicy tasującej usytuowane są względem siebie współosiowo-koncentrycznie, ponadto otwory dopływowe elementu obudowy i wewnętrznej przekładki są, co najmniej geometrycznie wpisane w poszczególne otwory dopływowe elementów tasujących.

Korzystnie, otwór wypływowy w elemencie tasującym skierowany jest w stronę zachodzącą na materiał włóknisty oraz usytuowany jest na powierzchni stycznej pod kątem względem osi poziomej głowicy tasującej w zakresie od 0° do -135°.

Korzystnie, promień zaokrąglenia elementu tasującego w miejscu stycznym z materiałem włóknistym jest większy lub równy 16 mm, korzystnie 20 mm.

Korzystnie, poprzez odejmowanie lub zwielokrotnienie ilości elementów tasujących w układzie szeregowym lub równoległym następuje dostosowanie szerokości głowicy tasującej.

Korzystnie, wewnętrzna przekładka jest wysunięta poniżej poziomu dolnej krawędzi elementu obudowy w zakresie od 0% do 70% głębokości wybranego materiału, korzystnie o 8 mm.

Sposób wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego według wynalazku składa się z: linii napędowej, wieszaka tzw. bobbin creel na materiał włóknisty (materiał rowingowy), co najmniej jednej pompy wielostrumieniowej, co najmniej jednego pojemnika na matrycę polimerową, głowicy tasującej, sonotrody, elementu grzewczego w roli pieca wygrzewającego. W sposobie wytwarzania wyróżnia się trzy główne etapy procesowe: etap tasowania, etap sonikacji, etap sieciowania. W korzystnym przykładzie wykonania umożliwiającym wytwarzanie laminatu kompozytowego o zmiennym przekroju dodatkowo wykorzystuje się urządzenia podająco-odcinające.

Prowadzony za pomocą rolek transportowych element konstrukcyjny zostaje wprowadzany w ruch poprzez napęd. Element konstrukcyjny wprowadzany jest pod głowicę tasującą, której obudowa ślizga się po powierzchni elementu konstrukcyjnego. Dzięki temu uzyskuje się bardzo dużą wydajność w procesie ciągłym przy nakładaniu laminatu-zbrojenia, co jest zależne wyłącznie od prędkości posuwu elementu konstrukcyjnego i wydajności pompy dozującej matrycę polimerową. Głowica tasująca wyposażona jest w wewnętrzne przekładki stabilizujące ruch ślizgowy i ułatwiające aplikację materiału włóknistego i matrycy polimerowej poprzez nakierowywanie w miejsce aplikacji. Pomiędzy wewnętrznymi przekładkami znajdują się elementy tasujące rozłożone wzdłuż głowicy tasującej. Po ich powierzchniach stycznych przekładany jest materiał włóknisty jednorodny lub hybrydowy doprowadzany z bobbin creel. Pomiędzy materiał włóknisty możliwe jest wprowadzanie dodatkowego materiału włóknistego za pomocą urządzenia podająco-odcinającego tworząc zbrojenie włókniste o zmiennym przekroju poprzecznym. Do wnętrza każdego z elementów tasujących doprowadzana jest płynna matryca polimerowa za pomocą przewodów, z co najmniej jednego pojemnika przy użyciu pompy wielostrumieniowej o korzystnej wydajności względem ilości doprowadzanego materiału włóknistego. Dostarczana matryca polimerowa jest w systemie jedno, dwu lub wielokomponentowym przy wykorzystaniu wielu elementów tasujących oraz ich otworów dopływowych i wypływowych skierowanych na element konstrukcyjny i materiał włóknisty. Za pomocą głowicy tasującej materiał włóknisty przekładany jest matrycą polimerową lub jej poszczególnymi składnikami naprzemiennie. Podawanie matrycy polimerowej do każdego elementu tasującego z osobna pozwala na:

- aplikację kompozycji polimerowej jedno, dwu lub wieloskładnikowej, co powoduje uniwersalność stosowania rodzajów żywic i utwardzaczy lub przyśpieszaczy

- przy wstępnym mieszaniu w pojemniku pozwala na dodawanie wypełniaczy, mikro i nanododatków do dowolnie wybranych warstw laminatu zbrojącego

- wykorzystując np. pierwszy element tasujący do gruntowania powierzchni elementu konstrukcyjnego, można wykorzystać inną matrycę polimerową (należy wtedy zastosować dwa różne pojemniki) niż podawaną na materiał włóknisty np. matrycę z nanododatkami o dużo niższej lepkości, która korzystniej połączy warstwy zbrojenia.

PL 232 458 B1

Po etapie tasowania, uzyskuje się nasączony matrycą polimerową materiał włóknisty, który jest rozłożony na elemencie konstrukcyjnym, po czym następuje etap sonikacji, gdzie przesuwający się element konstrukcyjny przemieszcza się pod sonotrodą. Szerokość sonotrody dopasowana jest do szerokości głowicy tasującej i szerokości rozkładanego laminatu. Sonotrodą osadzona jest na przedłużeniu elementów obudowy w łożu głowicy tasującej. Przesuwający się element konstrukcyjny podnosi sonotrodę, która nachodzi na rozłożony materiał włóknisty i ślizga się po nim. Pod wpływem drgań ultradźwiękowych i masy własnej sonotrody odbywa się mieszanie składników matrycy polimerowej i prasowanie laminatu kompozytowego. Dobór czasu sonikacji możliwy jest przez korzystną nastawę prędkości posuwu elementu konstrukcyjnego lub dobranie długości sonotrody względem prędkości posuwu. Po etapie sonikacji, następuje etap sieciowania, gdzie laminat kompozytowy lub cały element konstrukcyjny poddawany jest obróbce termicznej. Podczas tego etapu odbywa się proces sieciowania matrycy polimerowej przy wykorzystaniu pieca grzewczego lub elementu grzejnego. Czas wygrzewania i zakres temperatur procesu sieciowania uzależniony jest od rodzaju mieszanki matrycy polimerowej. Proces sieciowania zwykle mieści się w zakresie temperatury od 50 do 180°C oraz czasie od 2 do 6 h dla uzyskania pożądanego poziomu utwardzenia i nadania maksymalnej odporności termicznej (dla wysokotemperaturowych matryc polimerowych).

W sposobie wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego do wzmocnienia wykorzystuje się nośne elementy konstrukcyjne, którymi są: belki, klejonki, płyty drewnopochodne, płyty z tworzyw drzewnych lub sztucznych, płyty lignocelulozowe lub inne płyty i materiały kompozytowe. Cechą charakterystyczną sposobu wytwarzania jest dowolność doboru kompozycji materiału włóknistego, który przekładany jest warstwowo w głowicy tasującej, co umożliwia stosowanie kompozycji jednorodnej lub hybrydowej. W sposobie wytwarzania do zbrojenia elementu konstrukcyjnego korzysta się z materiałów włóknistych w podstawowej postaci cięgna (rowingu) lub tkanin rowingowych. Materiały włókniste zawieszone są na wieszaku rowingowym tzw. bobbin creel i doprowadzone do głowicy tasującej, gdzie dalej są rozkładane na elemencie konstrukcyjnym. Materiały włókniste wykonane są z włókien naturalnych, celulozowych lub syntetycznych tzn. węglowych, bazaltowych, szklanych, aramidowych i innych stosowanych w przemyśle kompozytowym, ponad to tkaniny rowingowe występują w układzie jednokierunkowym (unidirectional) tzn. 1-osiowe, dwukierunkowym (biaxial) tzn. 2-osiowe lub wielokierunkowym (multiaxial) tzn. 3-osiowe i 4-osiowe jak i w układzie jednorodnym lub hybrydowym. Dzięki temu możliwe jest ekonomiczne projektowanie zbrojenia elementu na daną długość (pod odpowiednią wytrzymałość) i w kierunku konkretnego przeznaczenia (uzyskując odporność kompozytu na działania różnych czynników tj. temperaturę, środki chemiczne, wilgoć, promieniowanie słoneczne, owady).

Dla sposobu wytwarzania charakterystyczna jest również etapowość procesu, w którym etap tasowania (A) i etap sonikacji (B) występują jednokrotnie lub wielokrotnie, zaś ostatnim zawsze jest etap sieciowania (C). Występowanie etapów jednokrotne przybiera schemat określonego wzoru: A+B+C. Występowanie etapów wielokrotne przybiera schemat określonego wzoru: (A+B)1+(A+B)2+...(A+B)n+C, gdzie n - liczby naturalne. Wielokrotność etapu tasowania (A) i etapu sonikacji (B) zalecana jest szczególnie przy wytwarzaniu laminacji o znacznie zwiększonym przekroju poprzecznym, gdzie ilość nakładanych warstw wpływa na grubość laminatu, co wpływa korzystnie na efektywność procesu sonikacji ultradźwiękowej.

Podczas etapu sonikacji, za pomocą drgań ultradźwiękowych sonotrody przy korzystnej mocy, amplitudy i częstotliwości drgań w stosunkowo krótkim czasie odbywa się jednocześnie równomierne przesycanie materiału włóknistego matrycą polimerową, zagęszczanie materiału włóknistego, mieszanie składników matrycy polimerowej oraz jej odgazowanie poprzez usunięcie bąbelków powietrza, głębsza penetracja matrycy polimerowej w porowate struktury elementu konstrukcyjnego. Należy pamiętać, ze wszystkie powyższe procesy odbywają się w materiale oraz w procesie ciągłym. Matryca polimerowa dla poprawy właściwości fizyko-mechanicznych może zawierać dodatki lub wypełniacze w skali mikro lub nano w postaci proszków lub zawiesin uszlachetniających matrycę polimerową tzn. nanografit, płatki grafenowe, nanorurki węglowe, nanoglinka, mielony rowing, krzemionka. Zastosowanie głowicy tasującej w połączeniu z sonotrodą umożliwia precyzyjne rozprowadzenie dodatków uszlachetniających oraz precyzyjne dodawanie i szybkie wymieszanie silnie reaktywnych utwardzaczy nawet proszkowych lub płynnych np. przy zastosowaniu matrycy polimerowej wielokomponentowej.

Podczas obróbki termicznej w etapie sieciowania wykorzystuje się: piece przelotowe tzn. tunelowe oparte o działanie grzałek oporowych, lamp halogenowych lub podczerwieni, mikrofali, pola indukcji elektromagnetycznej lub piece nieprzelotowe tzn. taktowe oparte o działanie zamykającej się pokrywy grzewczej, przykrywanie laminatu płytą grzewczą lub kładzenie listew grzejnych.

PL 232 458 B1

Kolejnym przedmiotem według wynalazku jest urządzenie do aplikacji zbrojenia włóknistego kompozytu polimerowego.

Urządzenie do wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego według wynalazku zwane głowicą tasującą składa się z: dwóch zewnętrznych elementów obudowy, dwóch wewnętrznych przekładek, jednego lub więcej elementów tasujących oraz klocka dystansowego z wieszakiem. Urządzenie, zwane głowicą tasującą służy do aplikacji matrycy polimerowej na powierzchnię obrabianego elementu lub na przekładany przez nią materiał włóknisty i preparację warstwowego laminatu zbrojenia kom pozytowego do układania na powierzchni obrabianego elementu lub w miejscu do tego przygotowanym. Głowica tasująca złożona jest z połączonych ze sobą śrubowo za pomocą przelotowych otworów mocujących, co najmniej dwóch podłużnych, zewnętrznych elementów obudowy o długości uzależnionej od rozstawu i ilości posiadanych elementów tasujących z naddatkiem na długość łoża dla osadzenia sonotrody. Elementy obudowy głowicy tasującej stanowią ślizgową konstrukcję urządzenia, które posiadają: w początkowej części otwór do mocowania na ruchomym przegubie. Co najmniej jeden element obudowy posiada otwory dopływowe w ilości równej posiadanych elementów tasujących. Pomiędzy elementami obudowy znajdują się wewnętrzne przekładki prowadzące głowicę tasującą po powierzchni lub w przeznaczonym miejscu obrabianego elementu. Wewnętrzne przekładki podobnie jak elementy obudowy posiadają przelotowe otwory mocujące, a ich długość uzależniona jest od rozstawu i ilości elementów tasujących. Co najmniej jedna przekładka wewnętrzna posiada otwory dopływowe w ilości równej posiadanych elementów tasujących. Pomiędzy przekładkami znajduje się jeden lub więcej opływowych elementów tasujących, przez których powierzchnie styczne przekłada się materiał włóknisty. Elementy tasujące ułożone są wzdłużnie względem siebie szeregowo lub równolegle o kształcie np. pierścienia o gładkiej lub chropowatej powierzchni stycznej posiadające na płaskiej powierzchni bocznej przelotowe otwory mocujące oraz otwór dopływowy w swojej osi centralnej, gdzie doprowadzana jest matryca polimerowa. Element tasujący posiada również otwór wypływowy na swojej powierzchni stycznej w swojej dolnej części, który dochodzi do wnętrza otworu dopływowego, z którego wypływa matryca polimerowa np. na materiał włóknisty. Głowica tasująca w końcowej części pomiędzy elementami obudowy posiada przygotowane miejsce w formie łoża w celu osadzenia sonotrody, a na końcu pomiędzy elementami obudowy urządzenie posiada klocek dystansowy z wieszakiem i przelotowymi otworami mocującymi.

Wszystkie przelotowe otwory mocujące poszczególnych elementów głowicy tasującej są usytuowane współosiowo-koncentrycznie względem siebie. Otwory dopływowe elementu obudowy i wewnętrznej przekładki są, co najmniej geometrycznie wpisane w poszczególne otwory dopływowe elementów tasujących w celu umożliwienia zamocowania przyłącza dla przewodu doprowadzającego matrycę polimerową.

Otwór wypływowy w elemencie tasującym skierowany jest w stronę zachodzącą na materiał włóknisty oraz usytuowany jest na powierzchni stycznej elementu tasującego pod korzystnym kątem względem osi poziomej głowicy tasującej w zakresie od 0° do -135°. Taki zakres kątów umożliwia skierowanie strumienia matrycy polimerowej od bezpośredniego wciskania jej w materiał włóknisty po swobodne polewanie materiału włóknistego przechodzącego pod elementem tasującym.

Opływowość elementów tasujących polega na tym, że ich promień zaokrąglenia w miejscu stycznym z materiałem włóknistym powinien być większy lub równy 16 mm np. 20 mm w celu uniknięcia łamania i pękania poszczególnych włókien przy stosowaniu kruchych materiałów włóknistych.

Głowica tasująca charakteryzuje się modułowością elementów tasujących, która polega na tym, że odejmowanie lub zwielokrotnienie ilości elementów tasujących w układzie szeregowym lub równoległym umożliwia regulację szerokości głowicy tasującej, co wpływa np. na grubość lub wysokość zbrojenia poprzez ilość przekładanych warstw materiału włóknistego przez poszczególne elementy tasujące oraz szerokość rozkładanego materiału włóknistego na powierzchni obrabianego elementu.

Dla głowicy tasującej korzystne jest wykorzystanie wewnętrznej przekładki i jej wysunięcie poniżej poziomu dolnej krawędzi elementu obudowy w zakresie od 0% do 70% głębokości wybranego materiału np. 8 mm. Za pomocą wysunięcia wewnętrznej przekładki tworzy się prowadnicę po obrabianym elemencie dla głowicy tasującej oraz ma to korzystny wpływ na wprowadzanie materiału włóknistego w przeznaczone miejsce oraz dalszego naprowadzania materiału włóknistego pod sonotrodą.

Jako korzystne skutki sposobu według wynalazku należy wskazać, że proces odbywa się in-situ metodą ciągłą o dużej mocy przerobowej zależnej od nastawy prędkości posuwu napędu i wydajności pompy. Wynalazek dedykowany jest do wzmacniania elementów konstrukcyjnych zbrojeniem kompozytowym na bazie materiałów włóknistych i matrycy polimerowej. Korzystne skutki wynalazku zapewnia

PL 232 458 B1 głowica tasująca, gdzie sposób doprowadzania i przekładania materiału włóknistego oraz doprowadzania matrycy polimerowej pozwala na tworzenie w procesie ciągłym zbrojenia włóknistego jednorodnego lub hybrydowego o stałym lub zmiennym przekroju poprzecznym stosując różnego rodzaju materiał włóknisty z zastosowaniem dowolnej matrycy polimerowej, która może być dostarczana w postaci jednorodnej lub hybrydowej w systemie jedno lub wielokomponentowym. Sposób i miejsce dostarczania matrycy polimerowej pozwala na korzystanie z zaawansowanych kompozycji polimerowych i dodatków uszlachetniających polepszających właściwości mechaniczno-fizyczne, czego skutkiem jest wykonywanie wytrzymałych matryc odpornych na temperaturę, czynniki atmosferyczne, mechaniczne, fizyczne, biotyczne itp.

Korzystnymi skutkami stosowania urządzenia według wynalazku jest możliwość nakładania warstwowego laminatu kompozytowego na powierzchnię lub miejsce obrabianego elementu konstrukcyjnego w procesie in-situ metodą ciągłą. Podstawową zaletą wynalazku jest to, że za pomocą urządzenia materiał włóknisty jest jednocześnie warstwowo przekładany, nasączany matrycą polimerową i układany na powierzchni lub w miejscu obrabianego elementu. Wynalazek za pomocą elementów tasujących pozwala na dowolny dobór kompozycji materiału włóknistego i jego sposobu przełożenia oraz matrycy polimerowej co pozwala na tworzenie jednorodnego lub hybrydowego zbrojenia kompozytowego z użyciem zaawansowanych matryc polimerowych w systemach jedno lub wielokomponentowych.

Sposób według wynalazku w procesie produkcji wykorzystuje podstawowe surowce, jakim jest np. płyta lub belka, materiał włóknisty i matryca polimerowa. Proces zbrojenia nie wymaga dalszej specjalistycznej obróbki (np. używania autoklaw), czego skutkiem jest duża oszczędność energetyczna. W przemyśle kompozytowym dąży się do tzw. sposobu wytwarzania kompozytu metodą out of autoclave, czyli dążenie do dedykowanej produkcji elementów kompozytowych bez używania autoklaw temperaturowo-ciśnieniowych. Wykorzystanie głowicy tasującej w procesie układania laminatu kompozytowego i sonotrody ultradźwiękowej w celu prasowania zbrojenia, mieszania składników m atrycy polimerowej i jej odgazowania w znacznym stopniu zastępuje autoklawizację, co w efekcie daje szybki i oszczędny energetycznie proces wytwarzania laminatu kompozytowego. Ponadto, wykorzystanie urządzenia podająco-odcinającego i dodatkowych pasm materiału włóknistego umożliwia wytwarzanie laminatu kompozytowego o stałym lub zmiennym przekroju poprzecznym i prowadzi do minimalizacji wykorzystywania materiałów włóknistych stosowanych przy zbrojeniach elementów konstrukcyjnych zwłaszcza wielkogabarytowych. Wynalazek został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ideowy schemat procesu wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego z użyciem ultradźwięków metodą ciągłą, fig. 2 przedstawia wariant ideowego schematu procesu wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego o stałym lub zmiennym przekroju z użyciem ultradźwięków metodą ciągłą, fig. 3 przedstawia urządzenie do aplikacji zbrojenia włóknistego kompozytu polimerowego z wyrwaniem ujawniającym osadzenie i przekrój elementu tasującego, fig. 4 przedstawia głowicę tasującą (1) z osadzoną sonotrodą w łożu obudowy głowicy tasującej z zaznaczeniem miejsc przekrojów, fig.5 przedstawia widok przekroju A-A przedmiotu pokazanego na fig. 4, gdzie widoczny jest przekrój głowicy tasującej (1) od strony nachodzącej, a w tle ujawniono osadzenie sonotrody, fig. 6 przedstawia widok przekroju B-B przedmiotu pokazanego na fig. 4, gdzie widoczny jest przekrój głowicy tasującej (1) od strony zachodzącej z ujawnieniem otworu wypływowego, fig. 7 przedstawia widok przekroju głowicy tasującej (1) od strony zachodzącej i sposób jej osaczenia w obrabianym elemencie konstrukcyjnym.

P r z y k ł a d 1

Przykład realizacji sposobu wytwarzania zbrojenia włóknistego kompozytu polimerowego w przygotowanej płycie wiórowej o grubości 22 mm w układzie hybrydowym z 4 rowingów bazaltowych i 2 rowingów węglowych, wzdłużnie rozkładanego w systemie epoksydowym jednokomponentowym z podkładem gruntującym, przy użyciu wygrzewania dwustopniowego za pomocą tradycyjnego pieca taktowego.

Obrabiany element konstrukcyjny (9), płyta wiórowa o grubości 22 mm poddana wcześniejszej obróbce frezowaniem jej wąskiej powierzchni w osi frezem o kształcie np. litery „U” i szerokości freza 12 mm na głębokości 15 mm pozostawiając zewnętrzne krawędzie płyty o grubości 5 mm podawany jest na prowadnice rolek posuwowych (8) i wprowadzany w ruch liniowy napędem (7) o prędkości posuwu np.

6—. Ponadto, przy zbrojeniu grubszych belek bez obróbki frezowaniem, może zostać wykorzystane przesunięcie płyt względem siebie wzdłuż krawędzi tworząc miejsce do zbrojenia przy sklejaniu płyt na grubość minimum 3 szt. równoległe. Następnie, obrabiany element konstrukcyjny (9) za pomocą napędu (7) wprowadzany jest pod głowicę tasującą (1), która zawieszona jest na ramie maszyny na ruchomym przegubie i ustawiona jest pod minimalnym kątem natarcia względem przesuwającego się elementu

PL 232 458 B1 konstrukcyjnego (9). Do głowicy tasującej (1) doprowadzany jest materiał włóknisty (3) w postaci rowingu w ilości np. 30 — z bobbin creel (13) przed każdy element tasujący (2) z wyjątkiem pierwszego, jako że jest on przeznaczony do nakładania pierwszej warstwy gruntującej matrycy polimerowej. Przed drugim i trzecim elementem tasującym (2) przekładane są po dwa rowingi bazaltowe, a przed czwartym elementem tasującym (2) przekładane są dwa rowingi węglowe. Do każdego elementu tasującego (2) przez otwór dopływowy (4) doprowadzana jest matryca polimerowa przewodami (12) z pojemnika (10) za pomocą pompy wielostrumieniowej (11) o wydajności ogólnej 30— i dodatkowo 10% na warstwę gruntującą. Pojemnik (10) posiada funkcję mieszania i podgrzewania do np. 50°C w celu ułatwienia pompowania i lepszego rozprowadzenia matrycy polimerowej. Matryca polimerowa jest gotową mieszanką i zawiera przykładowe trzy składniki o następujących proporcjach, gdzie na 100 g kompozycji polimerowej przypada: 60 g żywicy epoksydowej Bisphenol A, 48 g utwardzacza bezwodnika kwasowego MTHPA, 0,6 g przyśpieszacza imidazolowego. Nasączone matrycą polimerową i ułożone w miejscu zbrojenia płyty wiórowej włókna o kompozycji hybrydowej trafiają pod sonotrodę (6), która osadzona jest w łożu elementów obudowy głowicy tasującej (1) za elementami tasującymi (2). Sonotrodą (6) o przykładowej mocy 1 1-^ i częstotliwości np. 20 kHz pod wpływem wibracji ultradźwiękowych działa na matrycę polimerową, która zostaje dokładnie wymieszana i rozprowadzona między włókna rowingu. Zbrojenie kompozytowe poddawane jest sonikacji przez średnio 4-5 sek. Podczas sonikacji o podanych przykładowych parametrach pod wpływem masy własnej sonotrody (6) następuje prasowanie zbrojenia kompozytowego i odgazowanie matrycy polimerowej. Następnie w celu utwardzenia kompozytu, zazbrojona płyta wiórowa wprowadzana jest do pieca, gdzie wygrzewana jest stopniowo np. przez 2 h w temp. 85°C i 4 h w temp. 110°C.

P r z y k ł a d 2

Przykład realizacji sposobu wytwarzania zbrojenia włóknistego kompozytu polimerowego o zmiennym przekroju w przygotowanej płycie wiórowej o grubości 22 mm w układzie hybrydowym z 4 rowingów bazaltowych i 2 rowingów bazaltowych dodatkowych oraz 2 rowingów węglowych, wzdłużnie rozkładanego w systemie epoksydowym jednokomponentowym z podkładem gruntującym, przy użyciu wygrzewania dwustopniowego za pomocą tradycyjnego pieca taktowego.

Obrabiany element konstrukcyjny (9), płyta wiórowa o grubości 22 mm poddana wcześniejszej obróbce frezowaniem jej wąskiej powierzchni w osi frezem o kształcie np. litery „U” i szerokości freza 12 mm na głębokości 15 mm pozostawiając zewnętrzne krawędzie płyty o grubości 5 mm podawany jest na prowadnice rolek posuwowych (8) i wprowadzany w ruch liniowy napędem (7) o prędkości posuwu np. 6—. Ponadto, przy zbrojeniu grubszych belek bez obróbki frezowaniem, może zostać wykorzystane min przesunięcie płyt względem siebie wzdłuż krawędzi tworząc miejsce do zbrojenia przy sklejaniu płyt na grubość minimum 3 szt. równoległe. Następnie, obrabiany element konstrukcyjny (9) za pomocą napędu (7) wprowadzany jest pod głowicę tasującą (1), która zawieszona jest na ramie maszyny na ruchomym przegubie i ustawiona jest pod minimalnym kątem natarcia względem przesuwającego się elementu (9). Do głowicy tasującej (1) doprowadzany jest materiał włóknisty (3) w postaci rowingu w ilości np. 30— z bobbin creel (13) przed każdy element tasujący (2) z wyjątkiem pierwszego, jako że jest on przeznaczony do nakładania pierwszej warstwy gruntującej matrycy polimerowej. Przed drugim i trzecim elementem tasującym (2) przekładane są po dwa rowingi bazaltowe, jako materiał włóknisty (3), pomiędzy które za pomocą urządzenia podająco-odcinającemu (21) doprowadzane są dodatkowe pasma rowingu bazaltowego, jako dodatkowy materiał włóknisty (20); przed czwartym elementem tasującym (2) przekładane są dwa rowingi węglowe, jako materiał włóknisty (3). Do każdego elementu tasującego (2) przez otwór dopływowy (4) doprowadzana jest matryca polimerowa przewodami (12) z pojemnika (10) za pomocą pompy wielostrumieniowej (11) o wydajności ogólnej 30— i dodatkowo 10% na warstwę gruntującą. Pojemnik (10) posiada funkcję mieszania i podgrzewania do np. 50°C w celu ułatwienia pompowania i lepszego rozprowadzenia matrycy polimerowej. Matryca polimerowa jest gotową mieszanką i zawiera przykładowe trzy składniki o następujących proporcjach, gdzie na 100 g kompozycji polimerowej przypada: 60 g żywicy epoksydowej Bisphenol A, 48 g utwardzacza bezwodnika kwasowego MTHPA, 0,6 g przyśpieszacza imidazolowego. Nasączone matrycą polimerową i ułożone w miejscu zbrojenia płyty wiórowej włókna o kompozycji hybrydowej trafiają pod sonotrodę (6), która osadzona jest w łożu elementów obudowy głowicy tasującej (1) za elementami tasującymi (2). Sonotrodą (6) o przykładowej mocy 11-^· i częstotliwości np. 20 kHz pod wpływem wibracji ultradźwiękowych działa na matrycę polimerową, która zostaje dokładnie wymieszana i rozprowadzona między włókna rowingu. Zbrojenie kompozytowe poddawane jest sonikacji przez średnio 4-5 sek. Podczas sonikacji o podanych

PL 232 458 B1 przykładowych parametrach pod wpływem masy własnej sonotrody (6) następuje prasowanie zbrojenia kompozytowego i odgazowanie jej matrycy polimerowej. Następnie w celu utwardzenia kompozytu, zazbrojona płyta wiórowa wprowadzana jest do pieca, gdzie wygrzewana jest stopniowo np. przez 2 h w temp. 85°C i 4 h w temp. 110°C.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie do aplikacji zbrojenia włóknistego kompozytu polimerowego w określonej konfiguracji z 4 elementami tasującymi dla płyty wiórowej o grubości 22 mm z wykonanym frezem o kształcie litery „U” w jej osi na jej wąskiej powierzchni o szerokości 12 mm i głębokości 15 mm.

Wymiary głowicy tasującej (1) są zależne od szerokości i głębokości ujętego materiału w płycie wiórowej za pomocą freza. Na budowę głowicy tasującej (1) w opisywanym przykładzie składają się elementy, tj.: cztery elementy tasujące (2) o kształcie np. pierścienia, grubości 8 mm i średnicy zewnętrznej np. 45 mm znajdujące się w osi głowicy tasującej (1) i odległości np. 30 mm od siebie. Każdy element tasujący (2) posiada: cztery otwory mocujące (15) znajdujące się na płaskiej powierzchni bocznej (22) rozłożone symetrycznie zapewniające szczelny docisk, jeden otwór dopływowy (4) znajdujący się na płaskiej powierzchni bocznej (22) w centralnej części elementu, do którego wnętrza doprowadzana jest matryca polimerowa przewodem (12) oraz jeden otwór wypływowy (5) znajdujący się na stycznej powierzchni (23) elementu dochodzący do jego wnętrza, usytuowany w dolnej części elementu pod kątem np. -45° względem osi poziomej skierowany na stronę zachodzącą na przełożony materiał włóknisty (3), przez który wyprowadzana jest matryca polimerowa. Głowica tasująca (1) zamocowana jest na ruchomym przegubie za pomocą otworów (16) w początkowej części obudowy. Głowica tasująca (1) posiada dwa zewnętrzne elementy obudowy (14) np. o grubości 4 mm i wysokości 45 mm od strony płaskich powierzchni bocznych (22) elementów tasujących (2), które w wyniku usytuowania głowicy tasującej (1) pod minimalnym kątem natarcia względem poruszającego się elementu konstrukcyjnego (9) wślizgują się na zewnętrzne krawędzie płyty wiórowej unosząc głowicę tasującą (1) oraz poziomując ją względem krawędzi płyty wiórowej. Elementy obudowy (14) w tylnej części posiadają przygotowane miejsce w postaci łoża (24), w którym osadzona jest sonotrodą (6). Głowica tasująca (1) posiada dwie wewnętrzne przekładki (18) o grubości 2 mm i wysokości 54 mm usytuowane między elementem tasującym (2), a elementem obudowy (14) tak, że ich wystająca dolna część prowadzona jest w miejscu wybranego materiału płyty wiórowej ślizgając się po wewnętrznych powierzchniach zewnętrznych krawędzi płyty wiórowej tworząc jednocześnie osłonę dla wprowadzanego materiału włóknistego (3) i prowadnicę dla głowicy tasującej (1). Wewnętrzne przekładki (18) mają taką długość, na jaką są rozłożone elementy tasujące (2) np. 270 mm, natomiast długość elementów obudowy (14) wydłużone są o łoże (24) na długość sonotrody (6) z zachowaniem niewielkiego luzu np. 10 mm. Elementy obudowy (14) oraz wewnętrzne przekładki (18) zawierają przelotowe otwory mocujące (15) usytuowane koncentrycznie względem otworów mocujących (15) elementów tasujących (2) oraz jeden element obudowy (14) i jedna wewnętrzna przekładka (18) zawierają przelotowe otwory dopływowe (4) usytuowane koncentrycznie względem otworów dopływowych (4) elementów tasujących (2). Pomiędzy elementami obudowy (14) na końcu urządzenia znajduje się klocek dystansowy z wieszakiem (19) o grubości 12 mm, który umożliwia bezpieczne osadzenie głowicy tasującej (1) na ramie maszyny podczas braku obrabianego elementu konstrukcyjnego (9) pod głowicą tasującą (1).

Sposób do wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego z użyciem ultradźwięków metodą ciągłą, znajduje zastosowanie w przemysłowym zbrojeniu wielkogabarytowych elementów konstrukcyjnych przeznaczonych przede wszystkim dla budownictwa. Do takich elementów zaliczają się belki stropowe i krokwie dachowe przeznaczone dla lekkich konstrukcji budowlanych w budownictwie cywilnym jak i przemysłowym oraz w konstrukcjach hal przemysłowych. Wynalazek może być stosowany również przy produkcji nośnych konstrukcji mostowych małych i dużych oraz kładek. Wynalazek znajdzie również zastosowanie w sklejanych warstwowo płytach np. wszelkiego rodzaju sklejkach wzmacnianych tkaninami kompozytowymi oraz wszelkich elementów z tworzywa sztucznego na bazie włóknistych kompozytów polimerowych, których produkcja odbywa się liniowo w procesie ciągłym lub taktowo.

Claims (13)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania warstwowego laminatu kompozytowego do stosowania, jako zbrojenie elementów konstrukcyjnych, znamienny tym, że nakładanie warstwowego laminatu kompozytowego na powierzchnię lub miejsce obrabianego elementu konstrukcyjnego (9) odbywa się in-situ w procesie ciągłym z użyciem ultradźwięków; przy czym wstępnie przygotowany element konstrukcyjny (9) zostaje wprowadzany w ruch posuwisty po czym zostaje poddany procesowi warstwowej laminacji kompozytowej obejmującej co najmniej trzy etapy:

a) etap tasowania (A), gdzie do głowicy tasującej (1) przed co najmniej jeden element tasujący (2), jednocześnie materiały włókniste (rowingowe) (3) lub dodatkowe materiały włókniste (20) doprowadzane są z bobbin creel (13) oraz do wnętrza każdego elementu tasującego (2) przez otwór dopływowy (4) doprowadzana jest matryca polimerowa przewodami (12) w systemie jedno, dwu lub wielokomponentowym z pojemnika (10) za pomocą pompy (11) o całkowitej wydajności w stosunku wagowym względem materiału włóknistego od 0,8:1 do 1,2:1; w wyniku przesuwania się elementu konstrukcyjnego (9) warstwowo przełożony i jednocześnie nasączony matrycą polimerową materiał włóknisty (3) przechodzący przez ślizgającą się po elemencie konstrukcyjnym (9) głowicę tasującą (1) zostaje ułożony na powierzchni lub w miejscu elementu konstrukcyjnego (9);

b) etap sonikacji (B), gdzie za pomocą sonotrody (6) o szerokości, co najmniej równej szerokości nakładanego laminatu oraz o mocy od 5 do 500 następuje prasowanie i mieszanie wszystkich składników matrycy polimerowej w czasie od 2 do 10 sek., poprzez ślizganie się sonotrody (6) w miejscu wcześniej ułożonego warstwowo materiału włóknistego (3) nasączonego matrycą polimerową na elemencie konstrukcyjnym (9);

c) etap sieciowania (C), podczas którego ułożony warstwowo materiał włóknisty (3) nasączony matrycą polimerową znajdujący się na elemencie konstrukcyjnym (9) po etapie sonikacji (B) poddaje się obróbce termicznej utwardzania w piecu (17), w zakresie temperatur od 50 do 180°C; do momentu osiągnięcia pożądanego poziomu utwardzenia i nadania maksymalnej odporności termicznej od 2 do 6 h;

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elementami konstrukcyjnymi (9) są belki, klejonki, płyty drewnopochodne, płyty z tworzyw drzewnych lub sztucznych, płyty lignocelulozowe wstępnie przygotowane przez wybranie materiału.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wielowarstwowy laminat kompozytowy stanowi układ hybrydowy, złożony z materiałów włóknistych (3) doprowadzanych do głowicy tasującej (1) z bobbin creel (13); przy czym materiały włókniste (3) są używane w postaci rowingu lub tkanin rowingowych z włókien naturalnych, celulozowych lub syntetycznych tzn. węglowych, bazaltowych, szklanych, aramidowych; przy czym tkaniny rowingowe występują w układzie jednokierunkowym, dwukierunkowym lub wielokierunkowym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo przez elementy tasujące (2), przekładane są, co najmniej dwa pasma materiału włóknistego (3) tworzące ze sobą zbieżny kąt, w który za pomocą urządzenia podająco-odcinającego (21) wprowadzany a następnie porywany jest dodatkowy materiał włóknisty (20) postaci ciągłego rowingu lub w odcinkach, przy czym otrzymany warstwowy laminat kompozytowy ma stały lub zmienny przekrój poprzeczny.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap tasowania (A) i etap sonikacji (B) występują jednokrotnie lub wielokrotnie, zaś ostatnim zawsze jest etap sieciowania (C).

6. Sposób według zastrz. 1 lub 4, znamienny tym, że matryca polimerowa zawiera dodatki lub wypełniacze w skali mikro lub nano w postaci proszków lub zawiesin uszlachetniających matrycę polimerową takich jak nanografit, płatki grafenowe, nanorurki węglowe, nanoglinka, mielony rowing.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie sieciowania (C) podczas obróbki termicznej wykorzystuje się piece przelotowe, piece nieprzelotowe, przykrywanie laminatu płytą grzewczą lub kładzenie listew grzejnych.

8. Urządzenie, służące do aplikacji matrycy polimerowej na materiał włóknisty (3) i preparacji warstwowego laminatu lub zbrojenia kompozytowego do układania na powierzchni obrabianego elementu konstrukcyjnego (9) lub w miejscu do tego przygotowanym, znamienne tym, że składa się z połączonych ze sobą śrubowo za pomocą przelotowych otworów mocujących (15), co najmniej dwóch wzdłużnych, zewnętrznych elementów obudowy (14) o długości

PL 232 458 B1 uzależnionej od rozstawu i ilości elementów tasujących (2) z naddatkiem o łoże (24) na długość sonotrody (6), stanowiących ślizgową konstrukcję głowicy tasującej (1), które posiadają: przelotowe otwory mocujące (15), w początkowej części otwór (16) do mocowania na ruchomym przegubie, przy czym co najmniej jeden element obudowy (14) posiada otwory dopływowe (4) w ilości równej elementów tasujących (2); pomiędzy elementami obudowy (14) znajdują się wewnętrzne przekładki (18) prowadzące głowicę posiadające przelotowe otwory mocujące (15) o długości uzależnionej od rozstawu i ilości elementów tasujących (2), z czego co najmniej jedna posiada otwory dopływowe (4) w ilości równej elementom tasującym (2); pomiędzy przekładkami (18) znajduje się jeden lub więcej opływowych elementów tasujących (2), przez których powierzchnie styczne (23) przekłada się materiał włóknisty (3) ułożonych wzdłużnie względem siebie szeregowo lub równolegle posiadające na płaskiej powierzchni bocznej (22) przelotowe otwory mocujące (15) oraz otwór dopływowy (4) w swojej osi centralnej, gdzie doprowadzana jest matryca polimerowa oraz otwór wypływowy (5) na płaszczyźnie stycznej (23) w dolnej części elementu dochodzący do wnętrza otworu dopływowego (4), gdzie matryca polimerowa wypływa na materiał włóknisty (3); głowica tasująca (1) w końcowej części pomiędzy elementami obudowy (14) posiada klocek dystansowy z wieszakiem (19) i przelotowymi otworami mocującymi (15).

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że przelotowe otwory mocujące (15) poszczególnych elementów głowicy tasującej (1) usytuowane są względem siebie współosiowo-koncentrycznie, ponadto otwory dopływowe (4) elementu obudowy (14) i wewnętrznej przekładki (18) są, co najmniej geometrycznie wpisane w poszczególne otwory dopływowe (4) elementów tasujących (2).

10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że otwór wypływowy (5) w elemencie tasującym (2) skierowany jest w stronę zachodzącą na materiał włóknisty (3) oraz usytuowany jest na powierzchni stycznej (23) pod kątem względem osi poziomej głowicy tasującej (3) w zakresie od 0° do -135°.

11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że promień zaokrąglenia elementu tasującego (2) w miejscu stycznym z materiałem włóknistym (3) jest większy lub równy 16 mm, korzystnie 20 mm.

12. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że poprzez odejmowanie lub zwielokrotnienie ilości elementów tasujących (2) w układzie szeregowym lub równoległym następuje dostosowanie szerokości głowicy tasującej (1).

13. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że wewnętrzna przekładka (18) jest wysunięta poniżej poziomu dolnej krawędzi elementu obudowy (14) w zakresie od 0% do 70% głębokości wybranego materiału, korzystnie o 8 mm.