Способ изготовления подкрепленной оболочки с металлизированным покрытием из композиционного материала

 

Изобретение относится к изготовлению оболочек из композиционного материала двоякой кривизны с металлизированным покрытием, которые могут быть использованы в авиационной и космической технике, автомобилестроении, судостроении. В способе изготовления оболочки из композиционных материалов с металлизированным покрытием, выполненной двоякой кривизны из угле-, стекло-, органопластиков, наносят на форму антиадгезивную смазку и затем наносят металлизированное покрытие. Раскраивают препрег на заготовки, укладывают заготовки на форму и осуществляют формование оболочки термокомпрессионным способом в печи под вакуумом. Изготовление оболочки осуществляют в два этапа, где на первом этапе перед наложением заготовок препрега на форму его раскраивают на заготовки в виде равных по форме лепестков с последующей их укладкой на форму со смещением от слоя к слою для перекрытия стыков и обеспечения размерной стабильности конструкции. На втором этапе используют силиконовые оправки, воспроизводящие профиль ребер жесткости. На силиконовые оправки накладывают раскроенные заготовки препрега по форме ребер жесткости, образуя усиление оболочки. Устанавливают силиконовые оправки на собранную оболочку, располагая усиление и ребра жесткости так, чтобы их оси совпадали с осями направления основы лепестков препрега оболочки, примыкающего к усилению. Затем формуют оболочку с ребрами жесткости и усилением термокомпрессионным способом формования в печи под вакуумом с получением надежного соединения между ребрами жесткости, оболочкой и металлизированным покрытием. Изобретение позволяет получить оболочку с низкой пористостью, уменьшенной анизотропией свойств и высокой стабильностью конструкции. 5 ил.

1. Название изобретения Способ изготовления подкрепленной оболочки с металлизированным покрытием из композиционного материала 2. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение применяется для изготовления из композиционного материала угле-, стекло-, органопластиков оболочек с ребрами жесткости двоякой кривизны с металлизированным покрытием, которые могут быть использованы в авиационной технике, космической технике, автомобилестроении, судостроении.

3. Уровень техники Известен способ изготовления оболочки из композиционных материалов с металлизированным покрытием, выполненной двоякой кривизны из угле,- или стекло, - или органопластиков, при котором наносят на форму антиадгезивную смазку и затем наносят металлизированное покрытие, раскраивают препрег на заготовки, укладывают заготовки на форму и осуществляют формование оболочки термокомпрессионным способом в печи под вакуумом (см. RU 2162033 С2, кл. В 32 В 1/10, опубл. 20.01.2001).

Однако в известном способе требуется увеличить жесткость оболочки, а также снизить пористость покрытия и повысить физико-механические характеристики материала оболочки.

4. Сущность изобретения Техническим результатом заявленного способа является обеспечение изготовления оболочки с высокими физико-механическими характеристиками, с низкой пористостью, уменьшенной анизотропией свойств материала оболочки и высокой размерной стабильностью конструкции.

Для достижения поставленного технического результата в способе изготовления оболочки из композиционных материалов с металлизированным покрытием, выполненной двоякой кривизны из угле- или стекло- или органопластиков, при котором наносят на форму антиадгезивную смазку и затем наносят металлизированное покрытие, раскраивают препрег на заготовки, укладывают заготовки на форму и осуществляют формование оболочки термокомпрессионным способом в печи под вакуумом, согласно изобретению изготовление оболочки осуществляют в два этапа, где на первом этапе перед наложением заготовок препрега на форму его раскраивают на заготовки в виде равных по форме лепестков с последующей их укладкой на форму со смещением от слоя к слою для перекрытия стыков для обеспечения размерной стабильности конструкции, а на втором этапе используют силиконовые оправки, воспроизводящие профиль ребер жесткости, на которые накладывают раскроенные заготовки препрега по форме ребер жесткости, образуя усиление оболочки, затем устанавливают силиконовые оправки на собранную оболочку, располагая это усиление и ребра жесткости так, чтобы их оси совпадали с осями направления основы лепестков препрега слоя оболочки, примыкающего к усилению, а затем формуют оболочку с ребрами жесткости и усилением термокомпрессионным способом формования в печи под вакуумом с получением надежного соединения между ребрами жесткости, оболочкой и металлизированным покрытием.

На чертежах изображено: фиг.1 - эскиз оснастки для изготовления оболочки двоякой кривизны с металлизированным покрытием из композиционного материала; на фиг.2 - схема укладки лепестков препрега; на фиг.3 - схема расположения осей, относительно которых определено направление основы лепестков; на фиг.4 - схема расположения ребер жесткости, слоя лепестков, примыкающих к ним, и осей, относительно которых определяется направление основы лепестков и ребер жесткости; на фиг. 5 - схема расположения усилений оболочки с ребрами жесткости, имеющими в виде тавра поперечное сечение.

Способ осуществляется следующим образом.

На первом этапе на форму 1 наносят антиадгезивную смазку и затем металлизированное покрытие 2. Затем осуществляют раскрой препрега на заготовки в виде лепестков 3 с последующей их укладкой на форму 1 со смещением от слоя к слою для перекрытия стыков 4 для обеспечения размерной стабильности конструкции. Затем формуют оболочку 5 термокомпрессионным способом в печи под вакуумным мешком 6 и снимают оболочку с формы. На втором этапе используют силиконовые оправки 7, воспроизводящие профиль ребер жесткости 8, на которые накладывают раскроенные заготовки препрега по форме ребер жесткости 8, образуя усиления 9 оболочки, причем усиление 9 является основанием ребер жесткости 8. Затем устанавливают силиконовые оправки 7 на собранную оболочку 5, располагая это усиление 9 с ребрами жесткости 8 так, чтобы их оси 10 совпадали с осями 11 направления лепестков 3 препрега слоя оболочки 5, примыкающего к усилению. Затем формуют оболочку 5 с ребрами жесткости 8 и усилением 9 термокомпрессионным способом формования в печи под вакуумом с получением надежного соединения между ребрами жесткости 8, оболочкой 5 и металлизированным покрытием 2.

Пример выполнения способа.

Данный способ осуществляется на примере изготовления рефлекторов зеркальных антенн военной и космической техники.

Первый этап 1. Наносят антиадгезивную смазку на оснастку (см. фиг.1). Затем обезжиривают рабочие поверхности оснастки бензином ТУ 38.401-67-108-92 с выдержкой не менее 30 минут. Наносят на обезжиренные поверхности смазку К21 (5% раствор) ТУ 6-02-909-79 с выдержкой в течение 25-30 минут при нормальной температуре. Помещают оснастку в термошкаф. Производят термообработку смазки при температуре 200±5^oС в течение 2 часов.

2. Наносят металлизированное покрытие на форму (см. фиг.1): а) обезжиривают рабочие поверхности формы ацетоном ГОСТ 2768-84 с выдержкой 15-20 мин; б) наносят на обезжиренные поверхности средство В-15 с выдержкой 24 часа;
в) наносят модельный лак MCP/TAFA, черный 4140 с выдержкой 45-60 минут.

г) наносят на подготовленную форму металлизированное покрытие МСР 400 с установкой электродугового напыления ARC SPRAY 8830.

3. Раскраивают препрег на основе углеродной ленты ЛУ-П/0.2 ГОСТ 28006-88, пропитанной связующим ЭНФБ ТУ 1-596-36-98 на лепестки (см. фиг.2, 3) с последующей их укладкой на форму со смещением от слоя к слою (см. фиг.2) для перекрытия стыков. Такая укладка обеспечивает симметрию направлений нитей основы слоев оболочки и ее подкрепления, что влияет на размерную стабильность изделия в целом как после изготовления, так и в условиях эксплуатации при условии расположения ребер жесткости согласно фиг.4. Размеры раскроя зависят от размеров изделия.

4. Формование оболочки в автоклаве или печи под вакуумом. Режим формования в автоклаве:
а) создать вакуум (0.75-0.85) кг/см², включить нагрев и начать подъем давления;
б) при достижении температуры 80±5^oС и давления 1-1.5 кг/см² выключить систему вакуумирования;
в) продолжить подъем температуры до 175±5^oС в течение не менее 30-45 минут, выдержать изделие при давлении 1.8-2 кг/см² и при температуре 175±5^oС в течение не менее 6 часов;
г) охладить изделие до температуры 40-50^oС со скоростью не менее 0.5-1^oС/ мин, постепенно снижая давление до 0 кг/см².

Режим формования в печи под вакуумом:
а) создать вакуум (0.8-0.95) кг/см²;
б) поднять температуру до 175±5^oС в течение не менее 7 часов со скоростью не более 18^oС в час;
в) дать выдержку при 175±5^oС в течение не менее 8 часов;
г) охладить изделие до 45^oС со скоростью не менее 18^oС/ ч.

5. Снятие металлизированной оболочки с формы.

Второй этап
1. Раскрой препрега на основе углеродной ленты ЛУ-П/0.2 ГОСТ 28006-88 пропитанной связующим ЭНФБ ТУ 1-596-36-98 на требуемые заготовки в зависимости от профиля ребер жесткости и укладку заготовок на силиконовые оправки. Силиконовые оправки воспроизводят профиль ребер жесткости (подкрепления) (см. фиг.5). Размеры раскроя зависят от размеров изделия.

2. Раскрой препрега на основе углеродной ленты ЛУ-П/0.2 ГОСТ 28006-88, пропитанной связующим ЭНФБ ТУ 1-596-36-98, на требуемые заготовки в зависимости от конфигурации усиления оболочки и укладку заготовок на сформованную оболочку. Усиление является основанием ребер жесткости (подкреплений) (см. фиг.5). Размеры раскроя зависят от размеров изделия.

3. Установка силиконовых оправок на оболочку с усилением таким образом, чтобы оси, относительно которых определяется направление основы, лепестков слоя оболочки, примыкающего к усилению, усиления и ребра жесткости, совпали.

4. Формование изделия термокомпрессионным способом в автоклаве или печи под вакуумом.

Режим формования в автоклаве:
а) создать вакуум (0.75-0.85) кг/см², включить нагрев и начать подъем давления;
б) при достижении температуры 80±5^oС и давления 1-1.5 кг/см² выключить систему вакуумирования;
в) продолжить подъем температуры до 175±5^oС в течение не менее 30-45 минут, выдержать изделие при давлении 1.8-2 кг/см² и при температуре 175±5^oС в течение не менее 6 часов;
г) охладить изделие до температуры 40-50^oС со скоростью не менее 0.5-1^oС/ мин, постепенно снижая давление до 0 кг/см².

Режим формования в печи под вакуумом:
а) создать вакуум (0.8-0.95) кг/см²;
б) поднять температуру до 175±5^oС в течение не менее 7 часов со скоростью не более 18^oС/ч;
в) дать выдержку при 175±5^oС в течение не менее 8 часов;
г) охладить изделие до 45^oС со скоростью не менее 18^oС/ ч.

5. Снятие подкрепленной оболочки с формы.

Формула изобретения

Способ изготовления оболочки из композиционных материалов с металлизированным покрытием, выполненной двоякой кривизны из угле-, стекло-, органопластиков, при котором наносят на форму антиадгезивную смазку и затем наносят металлизированное покрытие, раскраивают препрег на заготовки, укладывают заготовки на форму и осуществляют формование оболочки термокомпрессионным способом в печи под вакуумом, отличающийся тем, что изготовление оболочки осуществляют в два этапа, где на первом этапе перед наложением заготовок препрега на форму его раскраивают на заготовки в виде равных по форме лепестков, с последующей их укладкой на форму со смещением от слоя к слою для перекрытия стыков для обеспечения размерной стабильности конструкции, а на втором этапе используют силиконовые оправки, воспроизводящие профиль ребер жесткости, на которые накладывают раскроенные заготовки препрега по форме ребер жесткости, образуя усиление оболочки, затем устанавливают силиконовые оправки на собранную оболочку, располагая усиление и ребра жесткости так, чтобы их оси совпадали с осями направления основы лепестков препрега слоя оболочки, примыкающего к усилению, а затем формуют оболочку с ребрами жесткости и усилением термокомпрессионным способом формования в печи под вакуумом с получением надежного соединения между ребрами жесткости, оболочкой и металлизированным покрытием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5