Слоистая панель с прерывистым внутренним слоем
Изобретение может быть использовано при производстве слоистых панелей, например, облицовочных панелей для самолетов. Слоистый материал содержит, по меньшей мере, два скрепленных друг с другом набора из металлических слоев и усиленных волокнами пластмассовых слоев. Наборы содержат переходный участок, на котором, по меньшей мере, один из внутренних слоев прерывается. По меньшей мере, все другие слои, включая металлические наружные слои, выполнены непрерывными. В слоистом материале достигается плавный переход между наборами слоев разного состава без возникновения концентрации напряжений. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к слоистому материалу, например, выполненному в виде слоистой панели, содержащей, по меньшей мере, один набор из скрепленных друг с другом металлических слоев и пластмассовых слоев, которые содержат волокна и пропитаны пластмассой.
Слоистый материал этого типа известен из WO-A-9853989 и используется, например, в облицовочных панелях для самолета. В этом случае металлические слои обычно состоят из алюминиевого сплава. Пластмассовые слои могут содержать, например, пластмассовые волокна с высоким модулем упругости и состоять, например, из арамида. Пластмасса, которой пропитывают волокна, может быть либо термопластичной, либо термореактивной.
Преимущество слоистой панели заключается в том, что можно в определенных местах корректировать прочность и жесткость. Например, в местах, где имеются сравнительно высокие нагрузки, например вокруг дверных проемов, в слоистый материал могут быть введены дополнительные слои. Таким образом, посредством надлежащего выбора размеров слоев можно получить постепенный переход между различными участками панели без возникновения концентраций напряжений, которые присутствовали бы в противном случае.
Панели этого типа соединяли друг с другом швом, в котором края панелей этого типа перекрывали друг друга. Однако соединение внахлестку этого типа, которое описано в NL-С 1015141, создает резкое внешнее прерывание в непрерывной облицовке самолета, состоящей из панелей этого типа. Кроме того, в WO-А-9853989 описывается соединение между различными слоями в панелях, в котором используют отдельную соединительную полоску (дублер). Соединительная полоска этого типа также нарушает непрерывность панелей. Прерывания этого типа нежелательны по причинам как аэродинамики, так и прочности и жесткости.
Кроме того, известно изготовление слоистого материала, в общем, различных типов с большим или меньшим количеством слоев для получения панелей, которые предназначены для использования, например, в местах самолета, которые подвергаются большим или меньшим величинам нагрузки. Например, имеются панели с четырьмя металлическими слоями, между которыми расположены группы слоев, состоящие из двух пластмассовых слоев (панели типа Glare® 3). В панелях еще одного типа используют три металлических слоя в сочетании с группами из трех пластмассовых слоев (панели типа Glare® 4).
Следовательно, целью настоящего изобретения является создание в слоистом материале плавного перехода между наборами слоев разного состава. Эта цель достигается за счет использования, по меньшей мере, двух разных наборов слоев, которые содержат переход, и за счет того, что в месте расположения перехода, по меньшей мере, один из внутренних слоев прерывается, а все другие слои непрерывны. В месте расположения перехода между двумя разными наборами слоев может быть резко изменена толщина слоистого материала, но это не является обязательным.
Если обеспечено окончание одного или более слоев внутри слоистого материала, то можно получить очень постепенный переход, исключающий возникновение концентраций напряжений и нежелательных аэродинамических последствий.
Слоистый материал согласно изобретению может быть выполнен многими разными способами. Например, в одном случае он может иметь одну группу из, по меньшей мере, двух усиленных волокнами пластмассовых слоев между двумя соседними металлическими слоями, и у конца прерывистого металлического слоя эта группа слоев разделяется таким образом, что ее пластмассовые слои расположены по обеим сторонам прерывистого металлического слоя. Кроме того, по меньшей мере, одна из групп усиленных волокнами пластмассовых слоев может содержать прерывистый пластмассовый слой.
Непрерывный характер большинства металлических слоев и усиленных волокнами пластмассовых слоев приводит к образованию очень постепенного перехода в слоистом материале.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по обеим сторонам прерывистого металлического слоя могут быть группы слоев, которые имеют число усиленных волокнами пластмассовых слоев, отличное от числа слоев в группах слоев в наборе слоев без прерывистого металлического слоя. Например, один набор слоев может содержать три металлических слоя, между которыми расположены группы слоев, содержащие каждая три усиленных волокнами пластмассовых слоя, а другой набор слоев может содержать четыре металлических слоя, из которых три слоя являются непрерывными из первого набора слоев, а промежуточный металлический слой прерывается; между четырьмя металлическими слоями расположены группы слоев, каждая из которых содержит два усиленных волокнами пластмассовых слоя, из которых группы из пластмассовых слоев по обеим сторонам прерывистого металлического слоя образованы одним прерывистым пластмассовым слоем и тремя пластмассовыми слоями, которые продолжаются из первого набора слоев; первый набор слоев включает в себя первую группу слоев, содержащую три пластмассовых слоя, и вторую группу слоев, содержащую три пластмассовых слоя, из которых два пластмассовых слоя проходят в другой набор слоев, а один пластмассовый слой прерывается и не проходит в другой набор слоев. Результатом является переход между слоистыми материалами типов Glare® 3 и Glare® 4.
Согласно другому варианту осуществления изобретения может быть четыре металлических слоя, между которыми в одном наборе слоев проходят группы слоев, содержащие каждая два пластмассовых слоя, в то время как в другом наборе слоев дополнительно имеются прерывистые пластмассовые слои, так что образуются группы слоев, каждая из которых содержит три пластмассовых слоя. В этом варианте также образуется переход между слоистыми материалами типов Glare® 3 и Glare® 4.
Теперь изобретение будет подробнее объяснено со ссылкой на слоистые материалы, показанные на фиг.1-7.
На фиг.1 показан слоистый материал согласно изобретению, который содержит первый набор слоев 1 и второй набор слоев 2, которые содержат переходный участок 12. Первый набор слоев 1 содержит три металлических слоя 3, которые проходят во второй набор 2. Этот второй набор слоев 2, кроме того, содержит прерывистый металлический слой 4, который не проходит в первый набор слоев 1.
В первом наборе слоев 1 между тремя металлическими слоями помещены две группы слоев 5, каждая из которых содержит три усиленных волокнами пластмассовых слоя 6, 7 и 8. Верхний пластмассовый слой 8 из верхней группы слоев 5 проходит поверх прерывистого металлического слоя 4, в то время как два других пластмассовых слоя 6, 7 из верхней группы слоев 5 проходят под прерывистым металлическим слоем 4. На определенном расстоянии от края прерывистого металлического слоя 4 начинается прерывистый пластмассовый слой 9, так что область между верхним непрерывным металлическим слоем 3 и прерывистым металлическим слоем 4 по существу заполнена группой слоев 10, состоящей из двух пластмассовых слоев 8, 9.
Между прерывистым металлическим слоем 4 и непрерывным металлическим слоем 3, находящимся непосредственно под ним, также расположена группа 10 из двух усиленных волокнами пластмассовых слоев 6, 7, которые оба являются непрерывными. Это же справедливо в отношении двух нижних непрерывных металлических слоев 3, которые в наборе слоев 2 таким же образом заключают между собой группу 10 из двух непрерывных пластмассовых слоев 6, 7. Верхний пластмассовый слой 9, который в первом наборе слоев 1 вместе с этими пластмассовыми слоями 6, 7 образует нижнюю группу слоев 5, прерывается и не проходит во второй набор слоев 2.
Эти слои скреплены друг с другом посредством клеящего вещества, некоторое количество которого можно видеть как обозначенное позицией 11 в переходах, которые образованы у прерывистых слоев 4 и 9.
Набор слоев 1 - это слоистый материал т.н. типа Glare® 4, а набор слоев 2 - это слоистый материал т.н. типа Glare® 3.
Достигается очень постепенный переход между слоистыми материалами этих двух типов без образования концентраций напряжений или поверхностей с плохой аэродинамикой.
В варианте, показанном на фиг.2, слоистый материал имеет четыре непрерывных металлических слоя 3, которые в наборе слоев 1 разделены группами слоев 10, каждая из которых содержит два усиленных волокнами пластмассовых слоя 6, 7. Эти пластмассовые слои 6, 7 непрерывно продолжаются в набор слоев 2, где они образуют часть групп слоев 5, содержащих в сумме три пластмассовых слоя. В дополнение к непрерывным слоям 6, 7 группы слоев 5 дополнительно включают в себя прерывистые пластмассовые слои 9, так что каждая группа слоев 5 содержит три пластмассовых слоя.
Снова в местах переходов у прерывистых пластмассовых слоев можно видеть клеящее вещество 11, посредством которого склеены слои. В этом слоистом материале также образован переход между слоистым материалом типа Glare® 3 и слоистым материалом типа Glare® 4.
Еще один переход между слоистыми материалами типов Glare® 3 и Glare® 4 показан на фиг.3 (ср. наборы слоев 2 и 1 на этой фигуре), прерывистый усиленный волокнами пластмассовый слой 9 не проходит на всю длину прерывистого металлического слоя 4. Область над металлическим слоем 4, где отсутствует прерывистый пластмассовый слой 9, заполнена клеящим веществом 11. Сами пластмассовые слои 6 и 7 представляют собой слои волокон, которые пропитаны пластмассовым связующим.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, прерывистыми являются оба слоя 9 в группе слоев 13, которая расположена в наборе слоев 2. Пространства, которые остаются между верхним металлическим слоем 3 и прерывистым металлическим слоем, заполнены клеящим веществом 11.
Непрерывные, усиленные волокнами пластмассовые слои 6, 7 продолжаются далее между нижним металлическим слоем 3 и прерывистым металлическим слоем 4 или последующей частью верхнего металлического слоя 3.
В варианте, показанном на фиг.5, пластмассовый слой полностью состоит из клеящего вещества 11 без какого-либо волокнистого усиления и расположен между верхним металлическим слоем 3 и прерывистым средним металлическим слоем 4. Между нижним металлическим слоем 3 и прерывистым металлическим слоем 4 или примыкающей частью верхнего металлического слоя 3 имеется группа слоев 10, которая содержит два непрерывных пластмассовых слоя 6, 7, состоящих из волокнистого материала, который пропитан пластмассовым связующим.
В варианте на фиг.6 показан еще один переход между слоистым материалом типа Glare® 4 с набором слоев 1 и слоистым материалом типа Glare® 3 с набором слоев 2. Группа слоев 13, содержащая два прерывистых, усиленных волокнами пластмассовых слоя 9 между верхним металлическим слоем 3 и прерывистым металлическим слоем 4, оканчивается у перехода 12, где пространство между соответствующими металлическими слоями заполнено клеящим веществом 11.
Группы слоев 10, содержащие непрерывные, усиленные волокнами пластмассовые слои 6, 7, являются непрерывными, в то время как набор слоев 1 дополнительно содержит прерывистые, усиленные волокнами пластмассовые слои 9.
В варианте, показанном на фиг.7, в наборе слоев 1 расположена группа слоев 5, содержащая три непрерывных, усиленных волокнами пластмассовых слоя 6, 7, 8. В наборе слоев 2 расположены группа слоев 10, содержащая два непрерывных пластмассовых слоя 10, и группа слоев 5, содержащая непрерывный пластмассовый слой 8 и прерывистые пластмассовые слои 9. Пустые пространства между пластмассовыми слоями и металлическими слоями заполнены клеящим веществом 11.
Как показано на чертежах, в каждом случае один из наружных металлических слоев может быть равномерным в поперечном сечении, в то время как другой наружный слой может иметь уступ или изменение в толщине. Кроме того, соответствующий слоистый материал может быть, например, изогнутым относительно оси кривизны, параллельной этому поперечному сечению, и/или может быть прямым в направлении, перпендикулярном к плоскости поперечного сечения.
Для металлических и пластмассовых слоев могут быть выбраны самые различные материалы, примерами подходящих металлов являются алюминиевые сплавы, легированные стали, титановые сплавы, медные сплавы, магниевые сплавы. В частности, можно упомянуть алюминиевомедные сплавы (АА 2000), алюминиевомарганцевые сплавы (АА 3000), алюминиевомагниевые сплавы (АА 5000), алюминиевоцинковые сплавы (АА 7000) и алюминиевомагниевокремниевые сплавы (АА 6000).
Особенно предпочитаются алюминиевомедный сплав (АА 2224), алюминиевоцинковый сплав (АА 7075) и алюминиевомагниевокремниевый сплав (АА 6013). Это же справедливо в отношении сплавов АА 2324-23 и АА 7Х75-26. Если желательна высокая устойчивость к эрозии, то в слоистом материале может быть использован сплав АА 50525.
Примерами подходящих реактопластов являются эпоксидные смолы, ненасыщенные сложные полиэфиры, сложные виниловые эфиры и сложные фенольные эфиры. Примерами подходящих термопластов являются полиакрилаты (ПАР), полисульфоны (ПСО), полиэфирсульфоны (ПЭС), полиэфиримиды (ПЭИ), полифениленэфиры (ПФЭ), полифениленсульфид (ПФС), полиамид-4,6-поликетонсульфид (ПКС), полиэфиркетоны (ПЭК), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) и полиэфиркетонкетон (ПЭКК).
Связующий пластмассовый слой может быть армирован непрерывными волокнами, как, например, в случае с вышеупомянутыми материалами Glare® и APAll®. Предпочитается использовать волокна из стекла S-2 или R, каждое из которых содержит приблизительно 58-69 вес.% SiO2, 18-29 вес.% Al2O3 и 7-19 вес.% MgO. Кроме того, пригодны волокна из стекла E, содержащего приблизительно 55 вес.% SiO2, 15 вес.% Al2O3, 19 вес.% CaO, 7 вес.% В2О3 и 3 вес.% MgO. Подходящее арамидное волокно производится из полипарафенилентерефталамида.
1. Слоистый материал, содержащий, по меньшей мере, два набора (1, 2) из металлических слоев (3, 4) и усиленных волокнами пластмассовых слоев (6-9), которые скреплены друг с другом, при этом наборы содержат переход (12), наружные слои являются металлическими слоями (3) и, по меньшей мере, один из внутренних слоев (4, 9) прерывается на переходе, отличающийся тем, что, по меньшей мере, все другие слои (3, 6-8), включая металлические наружные слои (3), выполнены непрерывными.
2. Слоистый материал по п.1, отличающийся тем, что на переходе между двумя наборами (1, 2) слоев имеет место изменение толщины слоистого материала.
3. Слоистый материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что один набор (1) слоев и другой набор (2) слоев имеют разное количество слоев (3, 4, 6-8).
4. Слоистый материал по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из металлических слоев (3, 4) прерывается.
5. Слоистый материал по п.4, отличающийся тем, что в каждом случае имеется одна группа (5) из, по меньшей мере, двух пластмассовых слоев (6, 8) между двумя соседними металлическими слоями (3) и на конце металлического слоя (4), который прерывается, группа (5) слоев разделяется таким образом, что пластмассовые слои (6-8) этой группы слоев расположены по обеим сторонам металлического слоя (4), который прерывается.
6. Слоистый материал по п.5, отличающийся тем, что в области набора (1) без металлического слоя (4), который прерывается, расположены по обеим сторонам прерывистого металлического слоя (4) группы (10) слоев, число пластмассовых слоев (8, 9; 6, 7) в которых отличается от числа слоев в группах (5).
7. Слоистый материал по п.6, отличающийся тем, что один набор (1) слоев содержит три металлических слоя (3), между которыми расположены группы (5) слоев, по три пластмассовых слоя (6-8) в каждой группе, а другой набор (2) слоев содержит четыре металлических слоя (3, 4), из которых три слоя (3) являются непрерывными слоями из первого набора (1) слоев, а промежуточный металлический слой (4) прерывается, причем между четырьмя металлическими слоями (3, 4) расположены группы (10) слоев, содержащие два пластмассовых слоя (6-8), из которых группы (10) из пластмассовых слоев (6-8) по обеим сторонам прерывистого металлического слоя (4) образованы одним прерывистым пластмассовым слоем (9) и тремя пластмассовыми слоями (6-8), которые продолжаются из первого набора (1) слоев, включающего в себя первую группу (5) слоев, содержащую три пластмассовых слоя (6-8), и вторую группу (5) слоев, содержащую три пластмассовых слоя (6, 7, 9), из которых два пластмассовых слоя (6, 7) проходят в другой набор (2) слоев, а один пластмассовый слой (9) прерывается и не проходит в другой набор (2) слоев.
8. Слоистый материал по любому из пп.1, 2, 4-7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из усиленных волокнами пластмассовых слоев (6-9) прерывается.
9. Слоистый материал по п.3, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, один слой, содержащий клеящее вещество (11) без усиливающих волокон.
10. Слоистый материал по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из усиленных волокнами пластмассовых слоев (6-9) прерывается.
11. Слоистый материал по п.10, отличающийся тем, что он имеет четыре металлических слоя (3), между которыми в одном наборе (1) слоев проходят группы (5) слоев, по два пластмассовых слоя (6, 7) в каждой, в то время как в другом наборе (2) слоев дополнительно имеются прерывистые пластмассовые слои (9), так что образуются группы (10) слоев, по три пластмассовых слоя (6, 7, 9) в каждой.
12. Слоистый материал по п.10, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, один слой, содержащий клеящее вещество (11) без усиливающих волокон.
13. Слоистый материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что наборы (1,2) слоев имеют одинаковое количество слоев (3, 4, 6-8), но различную структуру.
14. Слоистый материал по п.13, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, один слой, содержащий клеящее вещество (11) без усиливающих волокон.
15. Слоистый материал по любому из пп.1, 2, 4-7, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, один слой, содержащий клеящее вещество (11) без усиливающих волокон.
