Смолистый материал,сетчатая слоистая конструкция и способ ее изготовления

 

1. смолистый материал для сетг ч&тых слоистых конструкций, содержащий слои смолы с определенной .степенью отверждения, отличают и и с я тем, что, с целью, получения конструкции равномерной толщины , он содержит первый слой поликарбонатной или эпоКСи-смолы со сте-пенью отверждения, исключающей текучесть смолы под влиянием сжимающей нагрузки, и второй слой наполненной эпокси-смолы со степенью отверждения, обеспечивающей текучесть под влиянием сжимающей нагрузки. . О) , , «. « . - « . , т т 0yf f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

И IlATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

l10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2949054/05 (РСТ/US 79/00934) (22) .04.07.80 .(05 ° 11.79) (31) 957805 (32) 06.11 78 . (33) США (46) 07.09.83. Бюл. N 33 (72) Лейв Гамильтон Блэд и Чарльа фрэнсис Гриффин (США) (71) Локхид Корпорейшн (США), (53) 678,.027.94(088.8); (56) 1. Патент США и 3753845, кл. 161-92, опублик. 1973 (прототип)-»

5U „„1041024

361) В 32 B 5/16; В 32 В 3/12;

В 32 В 7/04 (54) СМОЛИСТЫЙ ИАТЕРИАЛ, СЕТЧАТАЯ

:.-СЛОИСТАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ,.(57) 1. СМолистый материал для сет-. чатых слоистых конструкций, содер. жащий слои смолы с определенной .степенью отверждения,. о т л и ч аю шийся тем, что, с целью. получения конструкции равномерной толщины, он. содержит первый слой поликарбонатной или эпокси-смолы со сте"

-пенью отверждения, исключающей теку"честь смолы под влиянием сжимающей нагрузки, и второй слой наполненной

:эпокси-смолы со степенью отверждения, обеспечивающей текучесть под влияни- В ем сжимающей нагрузки, 1041024 обеспечивающей текучесть под влиянием сжимающей нагрузки, и толщина слоев наполненной эпокси-смолы пересекающихся слоев изменяется в зависимости. от числа слоев поликарбонатной или эпокси-смолы, лежащих в узловых пересечениях.

2. Смолистый материал по и. 1, отличающийся тем, что первый слой поликарбонатной или эпокси-смолы дополнительно содержит графитовые волокна.

3, Смолистыйматериал по и. отличающийся тем, что второй слой эпокси-смолы наполнен микросферами.

4. Смолистый материал по и, 1, отличающийся тем, что между первым и вторым слоями эпоксисмолы расположен разделительный стеклохолст.

5. Сетчатая слоистая конструкция, включающая пересекающиеся слои и узловые пересечения из слоев смолистого материала, содержащего слой смолы с определенной степенью отверждения, отличающаяся тем, что, с целью получения конструкции равномерной толщины, пересекающиеся, узловые и межузловые пересечения выполнены из слоев смолистого материала, содержащего слой поликарбонатной или эпокси-смолы со степенью отверждения, исключающей текучесть смолы под влиянием сжимающей нагрузки, пересекающиеся слои и межузловые пересечения дополнительно содержат слой наполненной эпокси-смолы со степенью отверждения, t

6. Способ изготовления сетчатой слоистой конструкции, включающий взаимопересекающуюся укладку слоев смолистого материала, содержащего слои смолы с определенной степенью отверждения, в соответствии с заданным рисунком, закрепление узловых пересечений и последующее отверждение, отличающийся тем, что, с целью получения конструкции равномерной толщины, осуществляют укладку слоев смолистого материала, содержащего первый слой поликарбонатной или эпокси-смолы со степенью отверждения, исключающей текучесть смолы под влиянием сжимающей нагрузки, и второй слой наполненной эпокси-смолы со степенью отверждения, обеспечивающей текучесть под влиянием сжимающей нагрузки с приложением сжимающей силы в узловых пересечениях для удаления из узловых пересечений заданного количества наполненной смолы.

Изобретение относится к смолистым материалам, пригодным для изготовления слоистых конструкций (структур) и, в частности, к смолистым материалам, пригодным для изготовления сетчатых слоистых конструкций, по существу равномерной толщины.

При изготовлении сетчатых конструк. ций, например геодезических желательно уметь воспользоваться уникаль- 10 ными свойствами перспективных композиционных материалов, например тер" .мореактивных смол, содержащих однонаправленные волокна, ориентированные параллельно оси раздельных ли- .t5 ний действия нагрузки в таких конструкциях. Кратное число слоистых связей, образованных из смолы и волокон, 2 расположенных указанным образом, даст статически неопределимую конструкцию, причем волокна будут непрерывными, а нагрузки будут передаваться от одной связи к другой в результате сдвига в их пересечениях.

Одним из основных требований при конструировании и изготовлении живнеспособных геодезических конструкций является стабилизация отдельных слоев связей между узловыми пересечениями. Если конструкция составлена из двух пересекающихся связей, состоящих каждая из одного Йли нескольких чередующихся слоев, между слоями в связях в промежутке между узловыми пересечениями образуется щель, равная толщине одного слоя.

3 1041024 4

Аналогичным образом, если конструк- чатых слоистых конструкций, содержация составлена из трех пересекающих- щий слои смолы с определенной стеся связей, между слоями в связях пенью отверждения, содержит первый образуется щель, равная толщине двух слой поликарбонатной или эпокси-смолы слоев. Таким о аким образом, конструкция со степенью отверждения, исключаюучает я нестабильной и весьма . щей текучесть под влиянием сжима5 неравномернои по толщине. Для полу- ющей нагрузки, и второй слой наполчения стабильной и н и равномерной по неннои эпокси-смолы со степенью отвер ч толщине сетчатой конструкции смолис- ждения, обеспечивающей текучесть тый материал, используемый для за- 10 под влиянием сжимающей нагрузки. полнения елей меж щ " ду слоями в свя- Первый слой поликарбонатной или зах должен полн д остью заполнять эпокси-смолы может дополнительно сощели, но при этом должен отсутство- держит графитовые волокна. вать в узловых пересечениях. Кроме Второй слой эпокси-смолы может того, поскольку способность таких быть наполнен

15 . микросферами. смолистых материалов выдерживать и Между первым и вторым слоями эпокпередавать нагрузки всег а низ ру да низка, си-смолы может быть расположен разприсутствие такого смолистого мате- делительный стеклохолст. риала в узловых пересечениях делает В сетчатой слоистой конструкции, сетчатую конструкцию значительно бо- включающей пересекающиеся слои и лее слабой. узловые пересечения из слоев смолисИзвестен смолистый материал для того материала,. содержащего слой сетчатых слоистых конст о струкций в ви- смолы с определенной степенью отверде непрерывной ленты, представляю- . ждения, пересекающиеся, узловые и щий собой о иенти о н р рваный стеклово- >5 межузловые пересечения выполнены а. локнистый наполнитель и е ва ительр д аритель из слоев смолистого материала, содержащего слой поликарбонатной или эпоксмолой нап име ример эпоксидной, и ча- си-смолы со степенью отверждения, стично отвержденный т.е. способпособ исключающеи текучесть смолы пол -:. и30 и ющс:й нагрузки, пересекаю" ления 1 ность:течь под влиянием тепла и дав- янием сжимазщ -.й н" г уз )

:щиеся слои и межузловые пересечения

Известна сетчатая слоистая кон- дополнител н е ьно .содержат слои наполструкция, состоящая из пересекаю- ненной эпокси-смолы со степенью отщихся между собои жгугов, пропитан- верждения, обеспечивающей текучесть ных термореактивным связующим ко- од влиянием сжимающей нагрузки, и под влиян торые в местах пересечения перепле- З5 толщина сло в

Г 1. щина слоев наполненной эпокситаются другими жгутами 1 1. смолы пересекающихся слоев изменяетв зависимости от числа слоев полиИзвестен способ изготовления сет- ся в зависимос чатой конструкции, включающий уклад- карбонатн кар онатной или эпокси-смолы, лежаку в соответствии с заранее выбран- щих в узлов щих в узловых пересечениях. ным рисунком первого слоя материала- 40 Согласно спо б огласно спосо у изготовления сетпропитанного смолой жгута, укладку чатой слоистой конструкции-, включаюповерх упомянутого слоя материала в щему взаимопересекающуюся соответствии с а ии с заданным рисунком ев смолистого материала, содержащего второго слоя, материала — пропитанно- слои смолы с определенной степенью го смолой жгута, и их узловые пере" 45 .отверждени отверждения, в соответствии с задансечения переплетают другими жгута- ным рисун м рисунком, закрепление узловых ми,1 ). пересечений и последующее отверждение, Недостатком известного смолисто- осуществляют укладку слоев смолистого материала, сетчатой слоистой кон- го материала материала, содержащего первый слой струкции и способа ее изготовления 50 поликарбонатной или эпокси-смолы со является то, что слоистая конструк- степенью отверждения, исключающей теция не обладает равномерной толщи- кучесть смолы под влиянием сжимаю-. ной слоев смолы. щей нагрузки, и второй слой наполЦелью изобретения является полу- ненной эпокси-с ок си-смолы со с те пен ью отчение конструкции равномерной тол- 55 верждения, обеспечивающеф текучесть щины.

П ,под влиянием сжимающей силы с прилооставленная цель достигается жением сжимающей силы в узловых петем, что смолистый материал для сет-,ресечениях для удаления.из узловых

40

104102 пересечений заданного. количества на- полненной смолы.

На фиг. 1 схематически изображен первый вариант осуществления изобретения, перспективный вид; на фиг.2то же, второй вариант; на фиг. 3то же, третИй вариант; на фиг. 4плоская сетчатая конструкция по изобретению с пересечением двух связей; на фиг. 5 - фрагментарный перспектив- 10 ный вид (частично в разрезе, в увеличенном масштабе. узлового пересечения конструкции, показанной на фиг. 4); на фиг. 6 - сечение А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - плоская сет- . чатая конструкция по изобретению с трехэлементным пересечением, вид сверху; на фиг. 8 - фрагментарный перспективный вид в увеличенном масштабе узлового пересечения конструкции, показанной на фиг, 6; на фиг. 9-11 сечения, иллюстрирующие прОцесс на" слоения в узловом пересечении, показанном на фиг. 8, причем на фиг. 11 показано сечение Б-Б на фиг. 8; на фиг. 12 - плоская сетчатая конструкция по изобретению .с пересечениями двух, трех и четырех связей, перспективный вид; на фиг. 13 - цилиндрическая геодезическая конструкция по изобретению, фрагментарный перспективный вид; на фиг. 14 - оснаст" ка, используемая для изготовления. конструкции, показанной на фиг. 9, на фиг. 15 - узел I нHа ф и г, 14; на

35 фиг. 16 - сечение В-В на фиг. 14.

На фиг. 1 показан перспективный вид первого варианта смолистого материала по изобретению. Слой 1 термопластической или термореактивной смолы покрыт стрем 2 наполненной

cMoJlbl часто называемым слоем синтетической смолы. В слой 2 заложено множество частиц 3, которые могут быть представлять собой, например, стеклянные микросферы диаметром примерно 60 мк, шарики, слюду или короткие штапельные волокна, причем слой 2 состоит из смолы, которая способна течь под действием сжимающей силы. Текучесть может быть повышена

50 путем подвода к слою 2 тепла (например, 120 1=) во время приложения сжимающей силы..Слой 1 смолы обычно имеет толщину порядка 0,007-0,010 дюйма (примерно 0,18-0,25 мм), à после окончательного отверждения приобретает толщину 0,005 дюйма (0,127мм) Слой 2 наполненной смолы обычно име-.

4 d ет толщину 0,005 дюйма, умноженную на n,ãäå n - число слоев 1, которые будут пересекаться в узле при создании плоских сетчатых или геодезических конструкций из предлагаемого смолистого материала, разрезанного

) на ленты. Обычно материал подготавливают в виде непрерывных кусков шириною примерно 3 дюйма(76 мм ), а затем разрезают в продольном направлении на используемые в указанных конструкциях ленты шириной 0,1-0,5 дюйма (2,54-12,7 мм), однако могут быть приготовлены ленты шире или уже указанных. размеров. Как показано на фиг; 1, слой 1 может также содержать в себе волокна 4 (например, графита), ориентированные так, чтобы придать слою 1 повышенную прочность структуры. Типичными термопластическими или термореактивными смолами, которые могут быть использованы для слоя 1, являются поликарбонатные и зпоксидные смолы, а типичной смолой, которая может быть использована для наполненного слоя 2, является эпоксидная смола, причем слой 2 может быть наполнен 30 вес.3 микросфер, На фиг. 2 показан второй вариант смолистого материала по изобретению, в котором слой 1 и наполненный слой

2 разделен разделительным плотным тканым холстом 5, который используют для предотвращения просачивания наполненной смолы через слой 1 при приложении давления для создания сетчатых конструкций. Разделительный холст 5 имеет толщину 0,002-0,003 дюйма (0,05-0,076 мм) и .состоит из пластического материала (например, стекловолокна),совместимого со смолами, на которых образованы слои 1 и

2. Слой 1 смолы не содержит волокон

4 и пригоден для тех применений, где способность выдерживать нагрузку необязательна, например для применения в качестве мембраны, Тип используемых в слое 1 волокон 4 зависит от того, какой будет нагрузка - сжимающей, скручивающей, растягивающей или сдвигающей. Как показано на фиг. 2, толщина слоя 2 вдвое больше толщины слоя 1 и подходит для при" менений, где узлом пересечения явля" ется пересечение трех связей. На фиг, 3 показан третий вариант осуществления изобретения; в котором слой

1 имеет с обеих сторон разделитель7 1041024 8 с ные холсты 5 и 6, к которым прилега- струкцию 8 обычно получают, укладывая ют наполненные слои 2 и 7. Наполнен- первую полоску ленты в первом направные слои 2 и 7 содержат в .себе микро- " лении, вторую полоску ленты во втосферы 3, причем наполненный слой 2 ром направлении, третью полоску опять имеет атакую же толщину, как у слоя в первом направлении и так далее.

1, а толщина наполненного слоя 7 Поскольку конструкция 8 имеет двухвдвое больше толщины слоя 1. Такая связное пересечение, толщина конструкконструкция пригодна для использова- ции 8 в месте пересечения 9 для кажния в сетчатой конструкции с пере- . дой пары пересекающихся полосок ленты может быть равна только толщине сечением четырех связей. Как пока- 10 зано, слой 1 также, содержит в себе двух слоев 1 для структуры 9 равнобольшое количество графитирован- мерной толщины. Так как слой 1 синных или другого типа волокон 4. тактической смолы способен при сжаВарианты материала, показанные тии течь, в каждом узловом пересена фиг, 1-3 могут быть изготовлены 15 чении 9 прикладывают достаточную различными способами. В соответствии сжимающую силу, вызывающую растекас одним из способов наполнения ние слоев 2 синтактической смолы слой 2 и наполнитель 3 могут быть .в пересечении, в результате чего там; напылены с помощью двухсоплового остается только двухслойная струкустройства на слой 1 смолы в требу- 0 тура. Очевидно, что в зонах междуемых пропорциях, причем эти матери- пересечениями 9, содержащих только алы смешиваются в воздухе при вы- . одну полоску ленты, слой 1 и слой 2 ходе из сопел. Пленку и наполненное вместе составляют толщину, равную толпокрытие пропускают затем через груп- щине двух слоев 1 в узловых пересепу валиков для обеспечения надлежа- 2 чениях 9. Получающаяся структура щей толщины. Согласно другому способу любого одного иэ узловых пересе ений слой 2 наполненной смолы может быть 9 сетчатой конструкции 8 для пары пеприготовлен путем смешивания извест- ресекающихся полосок ленты показана ного веса наполнителя 3 с дозирован- на фиг. 5 и 6. узловое пересе, ным количеством термореактивной . 9, показанное на фиг. 5, состоит из

30 смолы. Затем протягивают. слой 1 смо- первого слоя 1. с расположенным на лы через комплект валков, причем нем первым наполненным слоем 2 и втомассу наполненной смолы помещают в рого слоя 1 с расположенным на нем верхней части стыка валков. Зазор вторым наполненным слоем 2, Как между валками таков, что при протя-, показано, слой 1 пересекает слой гивании через него слоя 1 надлежа- З5 1, который первым укладывается внизу щее количество наполненной смолы по- в узловом пересечении 9. При прило крывает слой 1, образуя слой 2. В жении давления (и тепла, если необсоответствии с другим вариантом мож- . ходимо) наполненные слои 2 и 2 но было бы наполненную смолу нанес- íà 924 выдавливаются - из пересечети на слой 1 и протянуть слой 2 под 40 ния 9 - и затекают в зоны 10, приракельным ножом, При протягивании легающие к месту пересечения двух послоя 2 через зазор под ракельным но- лосок. Вне пересечения 9 оба наполжом на слое 1 оставалось бы надлежа-,неиных слоя 2 и 2 остаются в неиз-! щее количество наполненной смолы,:менном виде, в результате чего переобразующее слой 2. При необходимости .4 сечение 9 и выходящие из него полосиспольэования холста 5 его просто на" ки имеют одинаковую толщину.. кладывают на слой 1 смолы перед на- На фиг. 7 показан вид сверху плоснесением наполненной смолы. .. кой сетчатой конструкции ll по изобНа фиг. 4 показана плоская сетча- ретению с множеством трехсвязных тая конструкция 8 по изобретению с 50 пересечений 12. Конструкция 11 выполмножеством пересечений 9 двух свя- нена путем первоначальной укладки зей, Конструкция 8 составлена из боль- - одного полного комплекта полосок шого количества листов материала, ленты в первом направлении, полного такого, как показан на фиг. 1, раз- комплекта полосок ленты в третьем реэанных на множество лентообразных,55 направлении, второго полного комплекполосок и уложенных один на другой та полосок ленты опять в первом надля обеспечения требуемой конструк- правлении и так далее. Поскольку конции прочности и целостности, Кон- струкция i 1 содержит пересечение зей. Вследствие наличия четырехсвязных пересечений используют ленту, такую, как показана на фиг. 3, котбрая имеет одну толщину слоя и три. толщины наполненной смолы, составляющей слои 2 и,7. Количество наполненной смолы, выдавливаемой из .каждого пересечения, зависит от. числа связей, пересекающихся а каждом узле. Например, в пересечении .

14, где пересекаются две связи, ко" с нечная структура узла для каждого комплекта пересекающихся слоев состоит иэ двух толщин слоя смолы и двух толщин слоя наполненной смолы. ной толщины слоя наполненной смолы.

И, наконец, в пересечении 16, где та пересекающихся слоев состит иэ четырех толщин слоя смолы и не содержит ни одной толщины. слоя наполНа фиг. 13 показан фрагментарный .перспективный вид цилиндричес кой геодезической конструкции по изобретению. Геодезическая конструкция 17 состоит иэ трехсвязных пересечений, таких, как пересечения в конструкции 1! на фиг. 6, с примерно такой же укладкой слоев. фиг. 14-16 иллюстрируют оснастку и способ изготовления цилиндричесна фиг. 14-16, цилиндрическая деревянная оправка 18 покрыта слоем 19 резины, имеющим серию канавок 20, ориентированных s соответствии с конкретным рисунком, определяющим конфигурацию геодезической конструкции

17. Состоящие из слоев 1; 2 нена-полненной и наполненной смолы полоски укладывают таким образом, как описано в отношении конструкции 11, в канавки 20 и непрерывно обвивают вокруг оправки 18 с резиновым слоем

19, причем после наложения полосок дом узловом пересечении предусмотре

9 . 1041024 10 трех связей, каждый иэ наполненных слоев 2 вдвое толще слоя 1, и конструкция il может быть выполнена из множества полосок материала, такого, как показан на фиг. 2., На фиг. 8 показано типичное узловое пересечение конструкции 11 для трех пересекающихся связей. Для; обеспечения равномерной толщины сетчатой конструкции 11 в каждой ленте при укладке прикладывают давление, например, посредством валика, следующего за укладочным лентонапрааителем и обеспечивающего приложение. давления 25 фунтов на кв. дюйм (1,75 .кг/см ) в узловых пересечени- 8 трехсвязном пересечении 15 конеч" ях 12, причем положение валика по вы- ная структура. узла для каждого комсоте устанавливают. для трех слоев плекта пересекающихся слоев состалент. При укладке первого комплекта вит из трех толщин слоя смолы и одслоев 1, 2; как показно на фиг. 9, такой валик не оказывает никакого влияния на высоту первого, комплекта пересекаются четыре связи, конечная слоев. При укладке второго комплек- рук ура Узла для каждого комплекта слоев 1 ., 2 сумма толщин первого комплекта слоев .1, 2 и второго комплекта слоев 1, 2 равна шести толщинам: две толщины состав- ненной смолы, так как весь материляют- отдельные слои 1,.1 и четыре ал слоя 2 наполненной смолы выдавтолщины - отдельные слои 2., 2 . лен в окружающую узловое пересечеf

При прохождении валика по каждому ние 16 область.

30 пересечению четыре толщины слоев 2, 2" сжимаются до одной толщины, в результате чего полученную толщину пересечения 12 составляют три толщины: две дают слои 1, t и однуслой 2 . Получающаяся в результате укладки двух комплектов" слоев конструкция показана в сечении.. фиг. 10. Укладка .третьего комплекта слоев 1, 2 опять дает шесть толЙ и щин в пересечении 12: -три толщины 4О .кой геодезической конструкции 17, : слоев 1, 1 и 1", одна оставшаяся показанной на фиг. 9. Как показано толщина .слоя 2 и две - толщины слоя

2". После воздействия на, пересечейие 12 валика все наполненные слои

2 и 2" выжаты и остаются только слои 1, 1, !, как показано на фиг., фиг, 11. Таким образом, каждое иэ трехсвязныхпересечений 12 имеет трехтолщинную структуру, состоящую из слоев 1, и 1 ", причем каждый 50 соединительный участок между узловыми пересечениями 12 также имеет трехтолщинную структуру, состоящую из: одной толщины слоев 1, 1 и 1 и ю р двух толщин слоев 2, 2 или 2 . H одна на другую синтактическая смола

На фиг. 12 показана плоская сет- выдавливается иэ узловых пересече атая конструкция 13, имеющая пе- ний. Как показано на фис.. 14, в каж пресечения двух, трех и четырех свя. 11 1 041024 . 12 ны зоны 21 для растекания синтвкти- 24 притягивается к инструменту 2 . ческой смолы. Вокруг оправки 18 с Затеи оправку 18 извлекают и весь .резиновым слоем 19 устанавливают . комплект помещают в автоклав для откомплект охватывающих цилиндричес- веждения, например, при 250 F, 100 ких инструментов 22, выполненных из . 5 фунтах на кв.. дюйм в полном вакууме стали или алюминия и обложеннщх ре- . в течение одного часа для обеспеМезиной 23. Вакуумный мешок 24, окружа " ния полимеризации смолы, уплотне; ащий охватывающий инструмент 22,:: .. ния. слоистых пересечений удаления герметически уплотняют относитель- излишков смолы и газообразных ком1 но слоя 19 резины и создают в нем .- 10 понентов. вакуум. Вакуум заставляет резино- . . : Предлагаемый смолистый листовой вый слой 19 растягиваться и прижи.- материал, пригоден для изготовления . маться к охватывающему инструмен- сетчатых слоистых конструкций равту 22, в то время, как сам, мешок . номерной толщины.

t.1041024

Г вью

1041024

ЕЮ

Р 7

° °

° ° °

° °

° ° ° °

Ф ° °

° ° °

1041024

1041024

2Ô

О

РР О 23

1ф

Фы ХУ

Составитель В.чистякова

Редактор С.Тимохина Техред С.Мигунова

Корректор В Гирняк

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ю Ю

Заказ 6956/60 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Рауаская наб., д. 4/5