Способ получения трехслойного полимерного композиционного материала (тспкм)
Владельцы патента RU 2507071:
Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к многослойным композиционным материалам и касается способа получения трехслойного полимерного композиционного материала. Способ включает: обеспечение панелей среднего слоя, имеющих скос по торцам под углом примерно 45° с обеих сторон в продольном сечении; обеспечение сквозных отверстий диаметром от 5 до 6 мм в каждой из указанных панелей среднего слоя; укладку смолопроводящей сетки на герметичный стенд; укладку жертвенной ткани на смолопроводящую сетку; укладку первого несущего слоя армирующего материала на смолопроводящую сетку; укладку соединяемых панелей среднего слоя на первый несущий слой армирующего материала; соединение уложенных панелей среднего слоя с помощью, по меньшей мере, одного слоя армирующего материала; укладку второго несущего слоя армирующего материала на соединенные панели среднего слоя; укладку жертвенной ткани на второй несущий слой армирующих материалов; укладку смолопроводящей сетки; укладку смолопроводящих каналов; сборку вакуумного мешка; подачу в оснастку вакуума; проверку вакуумного мешка на герметичность; подачу в оснастку полимерного связующего; выдержку до полного отверждения связующего с получением готового трехслойного композиционного материала. Изобретение обеспечивает создание ТСПКМ больших размеров, обладающих повышенными физико-механическими характеристиками. 7 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил., 2 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу получения трехслойного полимерного композиционного материала для авиа- и судостроения, машиностроения, промышленного и гражданского строительства. Изобретение относится к способу получения трехслойного полимерного композиционного материала методом закрытого формования, в частности методом инфузии.
Уровень техники
В настоящее время композиционные материалы находят все более широкое применение в различных отраслях техники и промышленности, в частности в таких высокотехнологичных отраслях, как авиа- и судостроение. Широкое распространение таких материалов обусловлено их свойствами, выгодно отличающими их от традиционных материалов. Основными требованиями, предъявляемыми к многослойным композиционным материалам, являются возможность недорогого получения изделий больших размеров, различной формы и постоянного качества. При этом полученные изделия должны обладать приемлемыми в конкретной области значениями прочности, жесткости, влаго- и коррозионной стойкости. Многослойные композиционные материалы, как правило, представляют собой композиционный материал, состоящий из определенного количества армирующих слоев и среднего слоя из легкого прочного материала, придающего материалу нужную прочность и жесткость, и полимерного связующего.
Основной задачей при разработке нового способа получения многослойных композиционных материалов является обеспечение возможности получения материалов большого размера, обладающих повышенными физико-механическими характеристиками, при снижении материальных и трудозатрат и повышении экологической безопасности процесса. В уровне техники известны решения, направленные на улучшение прочностных характеристик композиционных материалов при одновременном снижении трудоемкости. Как правило, такие решения заключаются в получении трехслойных композиционных материалов путем обеспечения среднего слоя из вспененного полимерного материала с последующей наформовкой на него соответственно нижнего и верхнего слоев армирующего материала. Наформовку несущих слоев из армирующего материала проводят с применение открытого метода формования, поочередно приформовывая сначала один, а затем второй слой.
Так, например, известен способ изготовления трехслойных панелей из полимерного композиционного материала со средним слоем из пенопласта (см. патент РФ 2429155). Данный способ включает предварительное получение панели среднего слоя в виде гофрированного элемента, заполненного брусками поливинилхлоридного пенопласта, причем панель получают за один процесс, путем формовки на матрице с жестким пуансоном с применением вакуума. Далее трехслойную панель получают путем поочередного наформовывания несущих слоев из армирующего материала. Данный способ обладает рядом существенных недостатков, таких как необходимость перекантовывать панели среднего слоя, что может быть затруднительным в случае большой площади. Кроме того, наформовку несущих слоев проводят открытым методом формования, который также имеет недостатки, в виде неравномерного распределения смолы в армирующем материале, образования непропитанных участков и низкой экологичности вследствие эмиссии легко летучих веществ.
Также известен способ изготовления трехслойных панелей (заявка на патент РФ 2006131614), который включает формование наружных несущих слоев, приформовку к нему среднего слоя, представляющего собой гофрированный элемент, заполненный пенополиуретаном (ППУ) путем заливки под давлением предварительно подогретого гофрированного элемента, выдержку для полимеризации ППУ, затем заполнение ППУ другой стороны гофрированного элемента с его полимеризацией; и наформовку на готовую панель среднего слоя несущих слоев. Недостатки указанного способа очевидны и включают многостадийность, сложное аппаратное оформление, ограничения по масштабируемости и, как следствие, низкую производительность.
В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения можно рассматривать способ изготовления секций из трехслойной конструкции из полимерных композиционных материалов, предложенный в патенте РФ 2333131. В частности, в данном патенте трехслойную панель получают путем формования наружного несущего слоя, приформовки к нему ребер жесткости, напыления между ребрами пенополиуретана, выдержки до отверждения пенополиуретана и наформовки второго несущего слоя. Кроме того, в данном изобретении предусмотрена возможность формирования среднего слоя, состоящего из нескольких предварительно полученных панелей среднего слоя, причем их соединение по длине проводят путем установки на клеевом составе стыковочных брусков из пенопласта по форме гофр. А наформовку несущих слоев в данном случае проводят поочередно. Данный способ также обладает существенными недостатками, выраженными в длительном и сложном процессе изготовления вследствие многостадийности, из-за необходимости поочередного наформовывания несущих слоев. Кроме того, процесс получения композиционных материалов большого размера сопряжен с необходимостью соединения предварительно полученных панелей среднего слоя весьма трудоемким методом вклейки стыковочных брусков, что в свою очередь может негативно отразиться на прочностных характеристиках соединения. Также поочередное наформовывание несущих слоев требует перекантовывания соединенных панелей среднего слоя, что может привести к повреждению соединений и, следовательно, к ухудшению прочностных свойств.
Таким образом, в настоящее время существует потребность в создании способа получения трехслойного композиционного материала, позволяющего получать материалы большой площади с минимальным количеством технологических стадий. Также желательно, чтобы способ позволял повысить физико-механические свойства получаемого материала, в частности прочность, коррозионную и влагостойкость, пониженную горючесть, низкую эмиссию легколетучих веществ (например, легколетучих растворителей, таких как стирол). Кроме того, желательно обеспечить такой способ получения, который позволял бы применять различные типы армирующих материалов, полимерных связующих и полимерных заполнителей.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа получения трехслойного полимерного композиционного материала большого размера, обладающего улучшенными физико-механическими характеристиками, коррозионной и влагостойкостью. Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание способа получения трехслойного полимерного композиционного материала с двумя несущими слоями одновременно (за одну стадию).
В настоящем изобретении указанные задачи решены с помощью предложенного способа получения трехслойного полимерного композиционного материала, включающего обеспечение панелей среднего слоя, имеющих скос под углом примерно 45° с обеих сторон в продольном сечении и сквозные отверстия диаметром от 1 до 10 мм с последующим соединением заданного количества панелей среднего слоя с помощью по меньшей мере одного слоя армирующего материала, пропитанного полимерным связующим, и проведением формования с применением вакуума.
Краткое описание изобретения
В настоящем изобретении предложен способ получения панели среднего слоя, включающий обеспечение по меньшей мере двух панелей среднего слоя, имеющих скос под углом примерно 45° с обеих сторон в продольном сечении; обеспечение сквозных отверстий диаметром от 1 до 10 мм в каждой из указанных панелей среднего слоя; укладку смолопроводящей сетки на герметичный стенд; укладку жертвенной ткани на смолопроводящую сетку; укладку первого несущего слоя армирующего материала на жертвенную ткань; укладку соединяемых панелей среднего слоя на первый несущий слой армирующего материала; соединение уложенных панелей среднего слоя с помощью по меньшей мере одного слоя армирующего материала; укладку второго несущего слоя армирующего материала на соединенные панели среднего слоя; укладку жертвенной ткани на второй несущий слой армирующих материалов; укладку смолопроводящей сетки; обеспечение смолопроводящих каналов; сборку вакуумного мешка; подачу вакуума в оснастку; подачу в оснастку связующего; выдержку до полного отверждения связующего с получением готового трехслойного полимерного композиционного материала. После полного отверждения полимерного связующего снимают вакуумный мешок, вспомогательные материалы.
Предложенный способ позволяет получить трехслойный полимерный композиционный материал, характеризующийся высоким значением максимальной разрушающей нагрузки по сравнению с известными панелями среднего слоя. Кроме того, предложенный способ позволяет получить трехслойный полимерный композиционный материал с двумя несущими слоями армирующего материала за одну стадию, без кантовки частично армированной панели среднего слоя. Указанный технический результат достигается за счет обеспечения сквозных отверстий в панелях среднего слоя, позволяющих провести одностадийное формование несущих слоев из армирующего материала с помощью метода вакуумной инфузии. При этом прочность трехслойного полимерного композиционного материала, содержащего в качестве среднего слоя несколько панелей среднего слоя, увеличивается за счет соединения панелей среднего слоя по скосу под углом 45°. Это также позволяет ускорить процесс соединения панелей среднего слоя за счет отсутствия необходимости удалять часть заполнителя и вставлять на клеевом соединении или микросферной пасте закладной брусок пенопласта.
Согласно одному из вариантов реализации панель среднего слоя представляет собой панель, содержащую множество элементов из вспененного полимерного материала, имеющих трапециевидное поперечное сечение под углом 75° к основанию, объединенных между собой с помощью полимерного связующего, причем каждый указанный элемент помещен в индивидуальный чехол из армирующего материала. Применение данной панели среднего слоя позволяет увеличить прочность трехслойного композиционного материала за счет помещения каждого элемента из вспененного полимерного материала в отдельный чехол из армирующего материала.
Согласно одному из вариантов реализации чехол из армирующего материала охватывает элемент из вспененного полимерного материала со всех сторон. Это обеспечивает более полную защищенность вспененного полимерного материала от воздействий внешней среды, в частности осмоса воды, что в свою очередь препятствует его преждевременной коррозии и увеличивает срок службы. Согласно еще одному варианту реализации нити основы армирующего материала направлены вдоль длинной стороны указанных элементов.
Согласно одному из вариантов реализации количество сквозных отверстий в каждой панели среднего слоя составляет от 2 до 10.
Согласно одному из вариантов реализации диаметр сквозных отверстий в каждой панели среднего слоя составляет от 2 до 3 мм.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 приведено схематичное изображение элемента из вспененного полимерного материала, помещенного в чехол из армирующего материала.
На Фиг.2 изображено поперечное сечение панели среднего слоя.
На Фиг.3 изображена панель среднего слоя согласно настоящему изобретению, содержащая узел стыковки на торце (поперек элементов из вспененного полимерного материала), выполненный в виде скоса под углом 45°.
На Фиг.4 изображен вид сверху и разрез узла стыковки панелей среднего слоя согласно способу, известному из уровня техники.
На Фиг.5 изображена схема расположения материалов при изготовлении ТС ПКМ методом вакуумной инфузии. В частности, на Фиг.5 показаны сквозные отверстия в панелях среднего слоя 1, панели среднего слоя 2, стекломат 3, инжекционный порт 4, несущие слои армирующего материала 5, жертвенная ткань 6, смолопроводящая сетка 7, вакуумный мешок 8, герметичный стенд 9 и вакуумный порт 10.
Подробное описание изобретения
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен способ получения панели среднего слоя, включающий обеспечение по меньшей мере двух панелей среднего слоя, имеющих скос под углом примерно 45° с обеих сторон в продольном сечении; обеспечение сквозных отверстий диаметром от 1 до 10 мм в каждой из указанных панелей среднего слоя; укладку смолопроводящей сетки на герметичный стенд; укладку жертвенной ткани на смолопроводящую сетку; укладку первого несущего слоя армирующего материала на жертвенную ткань; укладку соединяемых панелей среднего слоя на первый несущий слой армирующего материала; соединение уложенных панелей среднего слоя с помощью по меньшей мере одного слоя армирующего материала; укладку второго несущего слоя армирующего материала на соединенные панели среднего слоя; укладку жертвенной ткани на второй несущий слой армирующих материалов; укладку смолопроводящей сетки поверх жертвенной ткани; обеспечение смолопроводящих каналов; сборку вакуумного мешка; подачу в оснастку вакуума и полимерного связующего; выдержку для отверждения полимерного связующего с получением готового трехслойного полимерного композиционного материала. Способ дополнительно включает проверку вакуумного мешка на герметичность. После полного отверждения полимерного связующего снимают вакуумный мешок, вспомогательные материалы.
В настоящем описании термин «трехслойный полимерный композиционный материал» относится к трехслойной структуре, содержащей два несущих слоя и по меньшей мере один средний слой, обеспечивающий совместную работу несущих слоев. В настоящем описании под термином «средний слой» понимают любой слой, расположенный между несущими слоями, независимо от конкретного расположения такого слоя относительно оси симметрии, проходящей в продольном направлении. В настоящем описании «оснастка» включает устройства, необходимые для осуществления метода закрытого формования, в частности такие устройства включают матрицу или стенд (как правило, герметичный), на которые укладывают материал и пуансон, с помощью которого формируется и поддерживается вакуум в области создаваемого изделия. В настоящем описании пуансон может представлять собой вакуумный мешок (пленку), выполненный из полимерного материала. В настоящем описании термин «жертвенная ткань» означает любую полимерную ткань, позволяющую удалить с поверхности композиционного материала смолопроводящую сетку. В настоящем описании под термином «смолопроводящая сетка» понимают любую сетку из полимерного материала, ускоряющую и облегчающую процесс растекания смолы. В настоящем описании термин «смолопроводящие каналы» означает любые каналы, позволяющие полимерному связующему попадать на смолопроводящий слой. Как правило, смолопроводящие каналы представляют собой трубки со спиралевидной нарезкой, выполненные из полимерного материала, в частности поливинилхлорида и с диаметром от 5 до 30 мм, в зависимости от площади и геометрии изделия, параметров процесса и характеристик полимерного связующего.
В настоящем описании вспененный полимерный материал может представлять собой любой легкий полимерный жесткий материал, имеющий адгезию к используемому полимерному связующему. Согласно одному из вариантов реализации изобретения вспененный полимерный материал представляет собой пенополивинилхлорид, пенополиуретан, полиэтилентерефталат, пенополистирол или комбинацию указанных материалов.
Согласно одному из предпочтительных вариантов реализации изобретения вспененный полимерный материал представляет собой пенополивинилхлорид или полиэтилентерефталат. Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения вспененный полимерный материал представляет собой пенополивинилхлорид.
В настоящем описании армирующий материал может представлять собой стеклоткань, стекломат, углеродную ткань, полиамидную ткань, полиимидную ткань и гибридные армирующие материалы. Согласно одному из вариантов реализации изобретения армирующий материал представляет собой стеклоткань, стекломат или углеродную ткань.
Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения армирующий материал представляет собой стеклоткань.
В настоящем описании полимерное связующее может представлять собой любое полимерное связующее, подходящее для осуществления метода закрытого формования. Согласно одному из вариантов реализации изобретения полимерное связующее представляет собой термореактивное полимерное связующее, такое как эпоксидная, эпоксивинилэфирная, винилэфирная или полиэфирная смола. В одном из вариантов реализации изобретения связующее представляет собой термореактивное полимерное связующее, выбранное из группы, включающей полиэфирную смолу, полиимидную смолу, винилэфирную смолу, эпоксидную смолу, эпоксивинилэфирную смолу или комбинации указанных смол.
Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения полимерное связующее представляет собой эпоксивинилэфирную смолу или полиэфирную смолу.
Согласно одному из вариантов реализации панель среднего слоя представляет собой панель, содержащую множество элементов из вспененного полимерного материала, имеющих трапециевидное поперечное сечение, объединенных между собой с помощью полимерного связующего, причем каждый указанный элемент помещен в индивидуальный чехол из армирующего материала (см. Фиг.1). Применение панели среднего слоя с указанной схемой армирования позволяет существенно увеличить прочность получаемого трехслойного полимерного композиционного материала относительно трехслойных полимерных композиционных материалов, содержащих в качестве среднего слоя панели, полученные согласно способам, известным из уровня техники, в частности полученных в виде гофрированного элемента из стеклоткани с заполнителем из пенопласта.
Согласно одному из вариантов реализации поперечное сечение элементов из вспененного полимерного материала представляет собой трапециевидное, прямоугольное или треугольное сечение.
Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения поперечное сечение элементов из вспененного полимерного материала представляет собой трапециевидное сечение.
Согласно одному из вариантов реализации поперечное сечение элементов из вспененного полимерного материала представляет собой трапециевидное сечение с углом наклона боковых сторон к основанию, составляющему от примерно 20° до примерно 90°.
Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации изобретения поперечное сечение элементов из вспененного полимерного материала представляет собой трапециевидное сечение с углом наклона боковых сторон к основанию, составляющим примерно 75°.
Согласно одному из вариантов реализации плотность вспененного полимерного материала составляет от примерно 10 до примерно 250 кг/см3, более предпочтительно от примерно 25 до примерно 200 кг/см3. Согласно одному из предпочтительных вариантов реализации изобретения плотность вспененного полимерного материала составляет примерно 38 или 200 кг/см3.
Согласно предпочтительному варианту реализации элементы из вспененного полимерного материала с трапециевидным поперечным сечением объединены встык, поочередно, широким основанием вверх/вниз.
Согласно настоящему изобретению каждый элемент из вспененного полимерного материала помещен в чехол из армирующего материала. В настоящем описании чехол из армирующего материала представляет собой армирующий материал, раскроенный в соответствии с заданными размерами элементов из вспененного полимерного материала, причем указанный чехол плотно прилегает ко всем стенкам указанного элемента. Фиксацию чехла на стенках указанного элемента осуществляют с применением клея. Клей для фиксации чехла может представлять собой любой традиционный клей, применяемый для временной фиксации армирующих материалов на различных плоскостях. Предпочтительно, для фиксации чехла из армированного материала на элементах из вспененного полимерного материала используют аэрозольный резиновый клей.
Согласно одному из вариантов реализации каждый элемент из вспененного полимерного материала, помещенный в чехол из армирующего материала, с обеих сторон в продольном сечении, имеет скос под углом примерно 45°. Данный скос позволяет сократить трудоемкость и материалозатраты при соединении панелей между собой при получении многослойных композиционных материалов со средним слоем, состоящим из нескольких панелей. Кроме того, узел стыковки панелей, содержащий скос и выполненный с помощью по меньшей мере одного слоя пропитанного полимерным связующим стекломата, обладает повышенной прочностью относительно известных способов стыковки панелей среднего слоя. Соединение нескольких панелей среднего слоя в единую крупногабаритную секцию проводят с помощью по меньшей мере одного слоя армирующего материала, пропитанного полимерным связующим. При этом торцевые стороны панелей среднего слоя, имеющие скосы под углом примерно 45°, соединяют путем наложения с помощью слоя армирующего материала, пропитанного полимерным связующим с образованием плоского соединения (см. например Фиг. 4). Предпочтительно, в данном случае армирующий материал представляет собой стекломат. Предпочтительно, количество слоев армирующего материала составляет от 2 до 4 слоев, более предпочтительно 2 слоя.
В настоящем описании метод вакуумной инфузии проводят с помощью герметичного стенда и вакуумного мешка, закрепленного на стенде с помощью герметизирующего жгута.
Согласно одному из вариантов реализации вакуумную инфузию осуществляют под вакуумом, составляющим от примерно -0,1 бар (-10 кПа) до примерно -1 бар (-100 кПа), предпочтительно от примерно -0,6 бар (-60 кПа) до примерно -0,9 бар (-90 кПа).
В настоящем описании способ сборки смолопроводящих каналов выбирают исходя из размеров получаемого трехслойного полимерного композиционного материала, а также исходя из выбранной специалистом стратегии вакуумной инфузии.
Согласно одному из вариантов реализации после окончания подачи полимерного производят выдержку до полного отверждения полимерного связующего.
Согласно еще одному варианту реализации перед укладкой на матрицу материалов, подвергаемых формованию, поверхность стенда обрабатывают разделительным составом. Указанный разделительный состав позволяет облегчить разделение готового трехслойного композиционного материала и матрицы после завершения формования.
Согласно одному из вариантов реализации количество сквозных отверстий в каждой панели среднего слоя составляет от 2 до 100, предпочтительно от 2 до 10, более предпочтительно от 5 до 6. Количество сквозных отверстий определяется специалистом исходя из размеров панели среднего слоя, вязкости смолы и выбранной стратегии вакуумной инфузии. Указанные сквозные отверстия могут быть выполнены в любой точке поверхности панели. Предпочтительно, сквозные отверстия равномерно распределены по площади панели среднего слоя. Более предпочтительно, сквозные отверстия равномерно распределены вдоль прямой линии по панели среднего слоя. Более предпочтительно, отверстия выполнены вдоль диагоналей панели среднего слоя.
Согласно одному из вариантов реализации диаметр сквозных отверстий в каждой панели среднего слоя составляет от 0,5 до 20 мм, предпочтительно от 1 до 10 мм, более предпочтительно от 2 до 3 мм. Выполнение сквозных отверстий в панелях среднего слоя необходимо для обеспечения проникновения полимерного связующего как в верхний, так и в нижний слой армирующего материала при проведении формования с применением вакуума. Поступление полимерного связующего через отверстия в панелях среднего слоя и пропитка одновременно двух слоев армирующего материала позволяет избежать стадии кантовки при поочередном формовании несущих слоев. В результате, обеспечивается возможность изготавливать трехслойные композиционные материала за короткое время, с существенным сокращением количества технологических операций.
Согласно одному из вариантов реализации укладку слоев армирующего материала проводят механизированным способом согласно схеме армирования. Укладку производят с помощью комплекса оборудования для механизированной укладки несущих слоев «МНС-1». Механизированная укладка позволяет существенно снизить трудоемкость и увеличить точность укладки слоев армирующего материала при получении композиционного материала большой площади.
Ниже приведены иллюстративные примеры, поясняющие настоящее изобретение. Приведенные примеры никоим образом не ограничивают настоящее изобретение, а лишь иллюстрируют некоторые предпочтительные варианты реализации изобретения.
Пример 1
В качестве панели среднего слоя использовали панель, выполненную из элементов трапециевидной формы из пенополивинилхлорида марки Divinycell Н35 фирмы DIAB (плотность 38 кг/м3), помещенных в чехол из армирующего материала марки с/т 9677-125-100 R3-290 и полимерного связующего марки DION FR9300. Толщина панели составляла 40 мм, длина 2600 мм. На торцах панели был выполнен скос под углом 45°. Скос был выполнен путем среза пенопласта под углом 45° с элементов трапециевидной формы с последующим получением панели среднего слоя в матрице, содержащей соответствующий скос под углом 45°.
Далее, на герметичный стенд укладывали смолопроводящую сетку марки Green flow 75 и жертвенную ткань марки Econostinch. С помощью комплекса МНС-01 производили механизированную укладку первого несущего слоя из стеклотканей марок с/т 9677-125-100 R3-290 и 62031-127-60. Проделывали в панелях среднего слоя по 5-6 отверстий диаметром 2-3 мм. Укладывали панели среднего слоя, соединяя их по длине и торцевому скосу с помощью 2 слоев стекломата, пропитанного смолой марки DION FR 9300. Далее, производили механизированную укладку второго несущего слоя, жертвенной ткани и смолопроводящей сетки. После укладывали смолопроводящие каналы, собирали вакуумный мешок, подключали вакуумный насос и емкость со смолой DION FR 9300. Затем подавали вакуум, и после проверки герметичности, подавали смолу. После окончания пропитки, прекращали подачу связующего, выдерживали материал в течение примерно 6 часов, после чего разбирали вакуумный мешок и снимали все вспомогательные материалы.
Пример 2
В качестве панели среднего слоя использовали панель, выполненную из элементов трапециевидной формы из пенополивинилхлорида марки Airex С70.40 фирмы Airex (плотность 40 кг/м3), помещенных в чехол из армирующего материала марки с/т Т-11-ГВС-9 и полимерного связующего марки ПН-609-21М. Толщина панели составляла 40 мм, длина 2600 мм. На торцах панели был выполнен скос под углом 45°. Скос был выполнен путем среза пенопласта под углом 45° с элементов трапециевидной формы с последующим получением панели среднего слоя в матрице, содержащей соответствующий скос под углом 45°.
Далее, на герметичный стенд укладывали смолопроводящую сетку марки Green flow 75 и жертвенную ткань марки Econostinch. С помощью комплекса МНС-01 производили механизированную укладку первого несущего слоя из стеклоткани марки с/т Т-11-ГВС-9. Проделывали в панелях среднего слоя по 5-6 отверстий диаметром 2-3 мм. Укладывали панели среднего слоя, соединяя их по длине и торцевому скосу с помощью 2 слоев стекломата, пропитанного смолой марки ПН-609-21М. Далее, производили механизированную укладку второго несущего слоя, жертвенной ткани и смолопроводящей сетки. После укладывали смолопроводящие каналы, собирали вакуумный мешок, подключали вакуумный насос и емкость со смолой ПН-609-21 М. Затем подавали вакуум и после проверки герметичности подавали смолу. После окончания пропитки, прекращали подачу связующего, выдерживали материал в течение примерно 6 часов, после чего разбирали вакуумный мешок и снимали все вспомогательные материалы.
Сравнительный пример 1а
Получали трехслойный композиционный материал по способу, аналогичному Примеру 1, но вместо панели среднего слоя, выполненной из элементов трапециевидной формы из пенополивинилхлорида, помещенных в чехол из армирующего материала полимерного связующего, применяли панель среднего слоя, состоящую из гофрированного слоя стеклоткани марки с/т 9677-125-100, заполненного пенополивинилхлоридом марки Divinycell Н 35, скрепленных смолой DION FR 9300. Процесс формования осуществляли по существу так же, как в Примере 1.
Сравнительный пример 2а
Получали трехслойный композиционный материал по способу, аналогичному Примеру 2, но вместо панели среднего слоя, выполненной из элементов трапециевидной формы из пенополивинилхлорида, помещенных в чехол из армирующего материала полимерного связующего, применяли панель среднего слоя, состоящую из гофрированного слоя стеклоткани марки с/т Т-11-ГВС-9, заполненного пенополивинилхлоридом марки Airex С70.40, скрепленных смолой ПН-609-21М. Процесс формования осуществляли по существу так же, как в Примере 2.
В Таблице 1 представлены сравнительные данные по разрушающей нагрузке на изгиб для панелей среднего слоя, полученных в Примерах 1, 2 и Сравнительных примерах 1а, 2а. Методика измерения разрушающей нагрузки описана ниже.
| Таблица 1 | ||||
| Сводные сравнительные данные по методам изготовления ПСС | ||||
| Вид образца | Тип армирования панели среднего слоя | Материалы панели среднего слоя | Материалы ТС ПКМ | Разрушающая нагрузка, Н |
| ТС ПКМ со средним слоем, известным из уровня техники | Гофрированный слой армирующего материала, между верхним и нижним слоем элементов из пенопласта трапециевидного поперечного сечения. Несущие слои выполнены методом ручного формования | с/т 9677-125-100 R3-290; смола DION FR 9300; заполнитель Divinycell Н 35 | с/т 9677-125-100 R3-290; 62031-127-60; смола DION FR 9300 | 5750 |
| ТС ПКМ со средним слоем, известным из уровня техники | Гофрированный слой армирующего материала, между верхним и нижним слоем элементов из пенопласта трапециевидного поперечного сечения. Несущие слои выполнены методом ручного формования | с/т Т-Л-ГВС-9; смола ПН-609-21М; заполнитель Airex С70.40 | с/т Т-11-ГВС-9; смола ПН-609-21М | 5190 |
| ТС ПКМ со средним слоем | Каждый элемент из пенопласта трапециевидного поперечного сечения помещен в чехол из армирующего материала. Несущие слои выполнены методом вакуумной инфузии | с/т 9677-125-100 R3-290; смола DION FR 9300; заполнитель Divinycell Н 35 | с/т 9677-125-100 R3-290; 62031-127-60; смола DION FR 9300 | 6690 |
| ТС ПКМ со средним слоем | Каждый элемент из пенопласта трапециевидного поперечного сечения помещен в чехол из армирующего материала. Несущие слои выполнены методом вакуумной инфузии | с/т Т-11-ГВС-9; смола ПН-609-21 М; заполнитель Airex С70.40 | с/т Т-11-ГВС-9; смола ПН-609-21 М | 5840 |
Как видно из данных испытаний, приведенных в Таблице 1, применение способа согласно настоящему изобретению позволило получить трехслойный полимерный композиционный материал, обладающий прочностными характеристиками, превосходящими аналогичные характеристики известных трехслойных полимерных композиционных материалов со средним слоем из панелей с традиционной компоновкой и несущими слоями, выполненными методом ручного формования.
В Таблице 2 представлены сравнительные данные по разрушающей нагрузке на четырехточечный изгиб для узлов стыковки панелей среднего слоя, из Примера 1 и Примера сравнения 1а. Для определения разрушающей нагрузки на узел стыка применяли испытания на 4-точечный изгиб с узлом стыка в середине образца.
| Таблица 2 | ||
| Сводные сравнительные данные по разрушающей нагрузке на четырехточечный изгиб для узлов стыковки панелей среднего слоя | ||
| Вид образца | Тип узла стыковки | Разрушающая нагрузка, Н |
| ПСС с узлом стыковки - выполненным по способу, известному из уровня техники | Сращивание панелей выполнили путем жеской фиксации панелей, удаления пенопласта в местах стыковки панелей среднего слоя и установки с помощью микросферной пасты заранее подготовленных необходимой длины закладных брусков из пенопласта большей плотности (Airex С70.200;) (см. Фиг 4) | 24100 |
| ПСС с узлом стыковки - выполненным по способу согласно настоящему изобретению | Скос на торце под углом 45°. Сращивание панелей осуществили путем соединения соответствующих скосов с помощью стекломата М601-450-125, предварительно пропитанного смолой DION FR 9300 (Фиг.3) |
24400 |
Как видно из данных испытаний, приведенных в Таблице 2, применение панелей среднего слоя со скосом на торце под углом 45° позволило получить узел стыковки панели среднего слоя, обладающей прочностными характеристиками, превосходящими аналогичные характеристики известного узла стыковки панелей среднего слоя с традиционной компоновкой, при одновременном уменьшении трудоемкости и рациональном использовании материальных ресурсов.
Методика испытания образцов ТСПКМ
Испытания образцов, вырезанных из панелей среднего слоя, проводили по методике ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова» ИМЯН 32-319-04МИ.
Метод испытаний представляет собой схему трехточечного нагружения, согласно которой образец устанавливается на двух опорах. Он имеет форму бруска прямоугольного поперечного сечения. Нагрузка прикладывается строго посередине между опорами. Максимальная деформация создается в волокне непосредственно под наконечником, через который нагрузка передается на образец.
1. Способ получения трехслойного полимерного композиционного материала, включающий следующие стадии:
- обеспечение, по меньшей мере, двух панелей среднего слоя, имеющих скос под углом примерно 45° с обеих сторон в продольном сечении;
- обеспечение сквозных отверстий диаметром от 1 до 10 мм в каждой из указанных панелей среднего слоя;
- укладку смолопроводящей сетки на герметичный стенд для формования;
- укладку жертвенной ткани на смолопроводящую сетку;
- укладку первого несущего слоя армирующего материала на жертвенную ткань;
- укладку соединяемых панелей среднего слоя на первый несущий слой армирующего материала;
- соединение уложенных панелей среднего слоя с помощью, по меньшей мере, одного слоя армирующего материала;
- укладку второго несущего слоя армирующего материала на соединенные панели среднего слоя;
- укладку жертвенной ткани на второй несущий слой армирующих материалов;
- укладку смолопроводящей сетки поверх жертвенной ткани;
- обеспечение смолопроводящих каналов;
- сборку вакуумного мешка;
- подачу в оснастку вакуума и полимерного связующего;
- выдержку для отверждения полимерного связующего с получением готового трехслойного полимерного композиционного материала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные панели среднего слоя представляют собой панели, содержащие множество элементов из вспененного полимерного материала, имеющих трапециевидное поперечное сечение, объединенных между собой с помощью полимерного связующего, причем каждый указанный элемент помещен в индивидуальный чехол из армирующего материала.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что элементы из вспененного полимерного материала с трапециевидным поперечным сечением объединены встык, поочередно, широким основанием вверх/вниз.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный вспененный полимер выбран из группы, включающей пенополивинилхлорид, пенополиуретан, полиэтилентерефталат и пенополистирол.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество сквозных отверстий в каждой панели среднего слоя составляет от 2 до 10.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр сквозных отверстий в каждой панели среднего слоя составляет от 2 до 3 мм.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что указанный армирующий материал выбран из группы, включающей стеклоткань, стекломат, углеродную ткань, полиамидную ткань, полиимидную ткань и гибридные армирующие материалы.
8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что указанное полимерное связующее выбрано из группы, включающей полиэфирные, винилэфирные, эпоксидные и эпоксивинилэфирные смолы.
