Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы

 

ния 4742374/05 18.10.89 30.08.93. Бюл. N° 32 259837 US Е.И.Дюпон Де Немур энд Компани (US) /гивен Джей Медвин (US) Патент США N° 4361527, кл. В 29 D 7/22, 1.82. СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ УДЛИНЕН: композитных СТРУКТУР из АР ОВАННОЙ ВОЛОКНАМИ ПОЛИМЕР- 1 МАТРИЦЫ Использование: в процессах формоваудлиненных составных структур полимерной матрицы, армированной хаотично порзанными волокнами, ориентированными i поперечном и непоперечном направлеотносительно продольной оси структуры. Сущность изобретения: заключается в том, что в способе формования, при котором композитную прямолинейную структуру вытягивают по заданному пути, осуществляют определение пути как множества соединяющихся композитных отрезков , вытягивают заготовку путем приложения к каждому из ее концов вдоль ее продольной оси растягивающего усилия с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом , причем во время формования каждого последующего компонентного отрезка отформованные ранее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают. 6 з.п.ф-л.ы, 26 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Il) BE (ГО

АТЕ НТУ ния им пор ми ни ван арм ори тел ся лия ние ван фор ори ход ста спо (21) (22) (46) (31) (33) (71) (72) (56)

30. (54)

НЫ

НО (57) УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

OMCTBO СССР

fTATEHT СССР) 4742374/05

18.10,89

30.08.93, Бюл, ¹ 32

259837

US

Е,И.Дюпон Де Немур энд Компани (US)

Стивен Джей Медвин (US)

Патент США ¹4361527,,кл. B 29 0 7/22, 1,82, СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ УДЛИНЕНКОМПОЗИТНЫХ СТРУКТУР ИЗ АРОВАННОЙ ВОЛОКНАМИ ПОЛИМЕРМАТРИЦЫ

Использование: в процессах формоваудлиненных составных структур полрной матрицы, армированной хаотично анными волокнами, ориентированныпоперечном и непоперечном направлех относительно продольной оси

Изобретение касается способа формоя материалов с полимерной матрицей, рованной волокнами, при сохранении нтации волокон в материале относино друг друга и получение продукта.

Целью настоящего изобретения являетовышение прочности структуры издеНастоящий способ облегчает формоваструктур полимерных матриц. армироых волокнами, из прямой исходной

ы и обеспечивает способ управления нтацией волокон в структуре беэ необмости укладки структуры вручную. Поленная цель достигается тем, что в обе формования удлиненных композит(si)s В 29 С 43/14, В 29 0 9/00 структуры. Сущность изобретения: заключается в том, что в способе формования, при котором компоэитную прямолинейную структуру вытягивают по заданному пути, осуществляют определение пути как множества соединяющихся композитных отрезков, вытягивают заготовку путем приложения к каждому из ее концов вдоль ее продольной оси растягивающего усилия с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом, причем во время формования каждого последующего компонентного отрезка отформованные ранее .отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают. 6 з.п,ф-лы, 26 ил. ных структур из армированной волокнами полимерной матрицы путем нагрева и вытягивания по заданному пути прямолинейной заготовки процесс осуществляется в следующей последовательности; определение пути как множества соединяющихся компонентных отрезков, вытягивание заготовки путем приложения к каждому иэ ее концов вдоль ее продольной оси растягивающего усилия с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки и их нагревом, причем во время формования каждого последующего компонентного отрезка отформованные ра1838118 нее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают.

Когда заданный путь включает в себя один или больше криволинейных участков, хаждый участок определяется как множества отрезков компонентов, рассматриваемые как зависимые переменные:31 Х, Y u независимые переменные: 1., R, D, G,ãäå: — х, у являются координатами точек, которые образуют путь траектории кулачка устройства для формования формуемой структуры, — L является длиной несформованного материала; — S является длиной промежуточной дуги одной из секций компонентов;

-- R является радиусом кривизны дуги S . — D является расстоянием смещения координат х, у от линии касательной к дуге S в ее концевой точке Т, — G является угловым местоположением координаты тангенциальной точки Т, а) выражая х и у как функцию независимых переменных L R D и О, так что когда

S = R (90 — 0I, тогда

X = R сов О+ (I — S) sin О+ D cos 0

Y = R sin 0-(L — S) cos О+ l3 sin 0, б) получаем Х и У, и с) производится фармование названного состава из прямолинейных отрезков волокон материала армированной полимерной матрицы путем растягивания названного прямолинейного отрезка в направлении пути, определяемом названными коардинатамиХи У, Предпочтительно волокна хаотично рвутся и ориентируются в поперечном и непоперечном направлениях относительно продольной аси структуры. Стадия удерживания (а) сохраняет ориентацию волокон отнасительно друг друга в пределах примерно

:" 5 градусов их ориентации относительно продольной аси фармуемой структуры, В предпочтительном варианте реализации формы заключаются в тонкую алюминиевую обшивку, предпочтительно толщиной в диапазоне ат 1/32 до 1/8 дюйма в зависимости от размера и геометрии формуемой детали. Цель алюминиевой обшивки, охватывающей составной или композиционный материал, состоит в сохранении целостности размягченного термопластичного материала ва время формования. Другие материалы могут использоваться, когда условия процесса, такие как время, температура или давление их требуют, После фармования детали (части), алюминий или другой материал удаляется, 5

Продукт (иэделие) определяют как удлиненная составная структура, сформованная по заданному пути, который (путь) имеет криволинейные участки, каждый из этих участков определяется радиусом кривизны относительно центра, и названная структура включает в себя: полимерную матрицу, армированную волокнами: названные волокна ориентированы относительно продольной оси структуры по существу в поперечном и непоперечном направлениях; волокна, ориентированные в непоперечных направлениях криволинейного участка, изогнуты относительно центра радиуса криволинейного участка, а волокна, ориентированные в поперечном направлении криволинейного участка, направлены к центру радиуса кривизны этого криволинейного участка.

Продукт может включать в себя несколько форм разных поперечных сечений, которые могут быть классифицированы по числу слоистых поверхностей и соединений этих поверхностей, Например, секции L. С, О, Z или цилиндра может рассматриваться как имеющая две слоистые поверхности без соединений, тогда как Т или J, секции могут рассматриваться как имеющие три слоистые поверхности с одним соединением, Секция S или Н имеет четыре слоистых поверхности с двумя соединениями.

Для формования определенных поперечных сечений внутренний участок формы поперечного сечения должен поддерживаться формующимся элементом, который должен быть гибким в продольном направлении или направлении фармования, но оставаться жестким в опорных направлениях, которые по существу перпендикулярны к продольному направлению и могут выдерживать условия процесса. В предпочитаемом варианте реализации этим фармующимся элементом является набор стальных полос.

На фиг. 1 показан схематичный вид устройства, полезного для формавания армированного волокнами полимерного материала согласно изобретению; на фиг. 2 — схематичное изображение формата вычисления пути траектории кулачка устройства, показанного на фиг. 1; на фиг. 9-10 — схематичные иллюстрации стадий работы устройства на фиг. 1 при фармовании структуры согласно изобретению; на фиг. 11 — вид в перспективе частично с вырывом для показа индивидуальных сгибов прямой исходной структуры перед формованием; на фиг. 12-.

15 — схематичные виды в плане индивидуальных сгибав на фиг. 11, показывающие ориентирование волокон; на фиг.16 — вид в

1838118 и pcneKTNae частично с вырывом для показ индивидуальных сгибов формуемой ст уктуры, выполненной согласно изобрете ию на фиг. 17 — 20 — схематичная иллюстр ция ориентирования волокон в разных 5 сг бах формуемого изделия на фиг. 16; на ф r. 21 — 26 — виды поперечных сечений в ув личенном масштабе по линии А — на фиг, 1, представляющие формование соответстве но частей в поперечном сечении Т, Н, С, 10

Zли О,,а также полых сформованных часте; на фиг. 23 — вид в плане в увеличенном м сштабе с вырывом, соответствующий ф г. 22, предназначенный показать структуру используемого опорного элемента. 15

Настоящий способ облегчает формование структур полимерных матриц, армирова ных волокнами, и обеспечивает способ уп авления ориентацией волокон в структуре беэ необходимости укладки структуры 20 вр чную, Способ осуществляют следующим обра ом, Исходный отрезок зажимают каждым

cs им концом в зажимах и помещают между 25 уд рживающими инструментами и базовым ин трументом. Фиксированный формовочны 1 инструмент со средством для нагревани имеет поверхность, определяемую за анным направлением пути, по которому 30 ар ированная волокном структура должна фо моваться. В процессе формования осуществляют растягивание структуры на каждо ее конце в последовательные ко понентные о резки заданного направ- 35 ления пути приложением усилия к каждому ко цу структуры вдоль ее продольной оси в ст рону оТ концов, при этом удерживают, ка дый формуемый компонентный отрезок ст уктуры на своем месте относительно 40 фо мовочного инструмента и охлаждают гото ую структуру.

Настоящий способ является экономичны и способствует получению изделия высо ого качества. 45

Формула изобретения

1, Способ формования удлиненных компо итных структур из армированной волокна и полимерной матрицы путем нагрева и вы ягивания по заданному пути прямоли-. 50 не ной заготовки, причем композитная стр ктура имеет продольную ось, о т л и ч аю и и с я тем, что, с целью повышения пр чности структуры, осуществляют опреде ение пути как множества соединяю- 55 щихся компонентных отрезков, вытягивают заготовку путем приложения к каждому из ее концов вдоль ее продольной оси растягивающего усилия с формованием сначала, по меньшей мере, одного компонентного отрезка по заданному пути и его нагревом, а затем с последовательным формованием остальных компонентных отрезков заготовки-и их нагревом, причем во время формования каждого последующего компоHBHTHoIo отрезка отформованные ранее отрезки удерживают на месте, а готовую структуру охлаждают.

2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что заданный путь является криволинейным.

3, Способ по и. 2, отличающийся тем, что компонентные отрезки выражают с координатами Х, Y в функции независимых перемененных:

X=Rcos 0+ (L.— S ) @ПО+О COSH

Y = R sin 0 — (I — S ) COS6F+0 SIAO, при условии S = R (90 — О), где Х, Y — координаты точек, которые образуют путь кулачкового направляющего устройства для формования фасонной структуры;

1 — длина прямолинейной несформировавшейся заготовки;

S — длина промежуточной дуги в градусах одного из компонентных отрезков;

R — радиус кривизны S;

0 — расстояние смещения координат Х, Y от линии в ее конечной точке Т;

Π— угол расположения координат тангенциальной точки Т.

4. Способ по и.. 3, о тл и ч а ю щи и с я тем, что прямолинейная заготовка имеет от двух до четырех слоистых элементов и до двух соединений их.

5. Способ по и, 1, от л и ч а ю щи и с я ткем, что волокна заготовки хаотично порваны в поперечном или неопределенном направлениях относительно продольной оси структуры.

6. Способпоп,1,отличающийся тем, что волокна порваны произвольно и имеют относительную ориентацию в поперечном и ином направлениях по отношению к продольной оси структуры.

7. Способ по и. 5, отличающийся тем, что на этапе удерживания отрезков заготовки поддерживают относительную ориентацию волокна в процессе формования.

1838118

1838118

1838118

02.

Фиг.5

1838118 Рог. t

1838118

1838118 ,УО

glue 20 ,У7 ,74 т

Л

У4

У7

1838118

Составитель Н,Рудько

Техред М.Моргентал

Корректор Л.Филь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2891 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,.Ж-35, Раушская наб., 4/5

Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы Способ формования удлиненных композитных структур из армированной волокнами полимерной матрицы 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности, к области органических высокомолекулярных соединений, и может использоваться для получения фторопластового покрытия на полиимидных пленках

Изобретение относится к технологии переработки термопластов в пленочные армированные волокном материалы, которые могут быть использованы в радиоэлектронике

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам со специальными свойствами и может быть использовано для изготовления деталей и изделий конструкционного назначения, обладающих антистатическими свойствами

Изобретение относится к технологии переработки янтаря в изделие и может быть использовано в производстве украшений и технических деталей

Изобретение относится к области турбостроения. Рабочее колесо газотурбинного двигателя содержит лопатки, неразъемно-соединенные с опорным кольцом, передним и задним фланцами. Хвостовик лопатки дополнительно защемлен межлопаточным креплением, монолитно выполненным с опорным кольцом, передним и задним фланцами. Защитная металлическая накладка на входной кромке защемлена хвостовиком лопатки, передним фланцем и межлопаточным креплением. Осуществляют раскрой слоев материала лопаток и единых заготовок для опорного кольца, переднего и заднего фланцев. Раскрой для лопаток осуществляют с обеспечением выхода материала, предназначенного для межлопаточного крепления, за пределы контура хвостовика. Прессуют лопатки совместно с металлической накладкой на входной кромке. Укладывают в сепаратор пресс-формы заготовки для оформления переднего фланца и аэродинамического профиля опорного кольца. Устанавливают лопатки в полость сепаратора, пропитывают связующим и укладывают материал, выходящий за контур хвостовика. Устанавливают в пресс-форму эластичный пуансон, на него укладывают слои материала межлопаточного крепления и заднего фланца. Устанавливают нажимной пуансон, подают давление на эластичный пуансон. Обеспечивается повышение прочности и жесткости рабочего колеса при снижении удельной массы. 2 н.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх