Способ соединения слоистого алюмостеклопластика
Владельцы патента RU 2570469:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к слоистым композиционным материалам для использования в авиационной и машиностроительной промышленности и касается способа соединения слоистого алюмостеклопластика. Укладывают по меньшей мере два металлических слоя, каждый из которых состоит из отдельных уложенных встык листов и уложенного между ними армированного стеклопластика. Каждый из стыков листов соседних металлических слоев смещен относительно друг друга на половину размера листа. Между металлическими слоями установлено по меньшей мере два слоя препрега с различно ориентированными в них волокнами. Изобретение обеспечивает повышение однородности прочностных характеристик по всему объему изделия из него. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Изобретение относится к способу соединения слоистого алюмостеклопластика из металлических листов и уложенных между с ними армированных волокнами полимерных слоев, способу получения слоистого алюмостеклопластика и может найти применение преимущественно для изготовления основных элементов планера самолета и их ремонта и для изделий транспортного машиностроения, а также в качестве внутреннего набора для компонентов самолета или космического корабля.
Формованные детали, выполненные из слоистого материала, содержащего по меньшей мере один металлический лист и один наложенный на него армированный волокнами полимерный слой, называемый иногда металлоламинатом или волоконно-металлическим слоистым материалом, все больше и больше используются в промышленности, например в транспортной, в автомобилях, поездах, самолетах и космических кораблях. Такие слоистые материалы могут применяться, например, для крыльев, фюзеляжа и хвостовых панелей и/или других панелей для обшивки самолета, и обычно, обеспечивают улучшенную усталостную прочность компонентам самолета. Одним из требований, предъявляемым к таким материалам, является возможность их изготовления с большими геометрическими размерами в плоскости и однородными прочностными характеристиками по всему объему.
Известен слоистый композиционный материал, состоящий из чередующихся листов алюминиевого сплава и слоев стеклопластика на основе термореактивного связующего и армирующего наполнителя. В качестве алюминиевого сплава он содержит высокомодульный сплав пониженной плотности с содержанием лития более 1,5 мас. %, а армирующий наполнитель выполнен в виде однонаправленной стеклоткани с основой из высокопрочных стеклянных волокон и с утком из волокон легкоплавкого полимерного материала (RU 2185964, опубликовано 27.07.2002 г.). Недостатком известного материала является ограничение возможных размеров по площади при его изготовлении.
Известен способ получения слоистого материала, позволяющий получать изделия большой площади. Материал состоит из расположенных попеременно по меньшей мере двух металлических слоев и по меньшей мере одного пластмассового слоя, заключенного между ними. Каждый из металлических слоев содержит по меньшей мере две секции, которые прикреплены друг к другу в месте соединения наложением клея. При этом наложение двух секций одного металлического слоя смещено относительно наложения двух секций другого металлического слоя (RU 2268820, опубликовано 27.01.2006 г.). Недостатком известного материала является отсутствие однородных прочностных характеристик по всей площади изделия. В областях соединения секций между собой прочность оказывается ниже, чем на других участках.
Известен способ получения слоистого материала, позволяющий получать изделия большой площади. Материал состоит из нескольких секций слоистого материала, сращиваемых вместе с помощью оригинального стыкового соединения, предусматривающего небольшое смещение входящих в его состав слоев металла и пластмассового связующего относительно друг друга по площади и по толщине (RU 2353525, опубликовано 27.04.2009 г.). Недостатком известного материала является неоднородность прочностных характеристик по всей площади изделия. В местах соединения секций между собой прочность оказывается ниже, чем на других участках. При этом стыковое соединение имеет сложную конструкцию и формирование ее достаточно сложно технологически.
Наиболее близким аналогом является способ получения слоистого алюмостеклопластика, позволяющий получать изделия большой площади. Алюмостеклопластик состоит из нескольких секций слоистого материала, сращиваемых в один путем чередования установленных встык металлических листов с прокладкой между ними слоев клеевого вещества, в качестве которого может быть использован армированный стеклопластик или эпоксидная смола (US 5567535, опубликовано 27.10.1996 г.). Стыки металлических листов в различных слоях смещены относительно друг друга на расстояние d1, равное от 10 до 150 толщин металлического листа, примерно от 0.2 до 0.5 мм. Кроме того, стык между листами может быть закрыт внахлест небольшой полоской металла шириной в 10-60 толщин металла, т.е порядка 0.2-1.22 мм.
В прототипе стыки в соседних металлических слоях расположены близко друг к другу, поэтому в месте соединения будут более низкие прочностные характеристики, чем в основном материале.
Техническая задача изобретения - создание слоистого материала большой площади с улучшенными механическими свойствами.
Технический результат изобретения - создание слоистого материала большой площади с повышенной однородностью прочностных характеристик.
Поставленный технический результат достигается с помощью способа соединения слоистых алюмостеклопластиков, согласно которому: укладывают по меньшей мере два металлических слоя, причем каждый слой состоит из отдельных уложенных, по меньшей мере двух, металлических листов встык; при укладке между металлическими слоями помещают по меньшей мере два слоя препрега; причем в каждом металлическом слое металлические листы укладывают таким образом, что стыки соседних металлических слоев смещены на половину длины металлического листа.
Предпочтительно, препрег включает связующее на эпоксидной основе и волокнистый наполнитель из стеклянных волокон.
Предпочтительно, слои препрега между металлическими слоями укладываются с различной ориентировкой армирующих волокон.
Отличительными от прототипа признаками являются:
- размещение отдельных уложенных встык листов в слое металла так, что каждый из стыков листов соседних металлических слоев смещен относительно друг друга на половину размера листа;
- размещение между металлическими листами по меньшей мере двух слоев препрега с различно ориентированными в нем волокнами.
Размещение отдельных уложенных встык листов в слое металла так, что каждый из стыков листов соседних металлических слоев смещен относительно друг друга на половину размера листа также позволяет обеспечить повышение однородности прочностных характеристик по его объему. Дополнительным преимуществом является размещение между металлическими листами по меньшей мере двух слоев препрега с различно ориентированными в нем волокнами, что позволяет дополнительно повысить однородность прочностных характеристик по его объему. Действительно, если волокна в препреге ориентированы в одном направлении, то возникает анизотропия прочности. Если же волокна в соседних слоях препрега ориентированы под углом к друг другу, то анизотропия уменьшается.
Настоящее изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан в разрезе вариант конструкции с минимальным числом слоев (фрагмент).
На фиг. 2 показан в разрезе вариант конструкции с увеличенным числом слоев.
Изобретение поясняется различными примерами осуществления предлагаемого способа.
Пример 1. Алюмостеклопластик содержит два металлических слоя 1 из алюминиевого сплава (фиг. 1). Указанные слои состоят из отдельных уложенных встык листов длиной L. Между металлическими слоями (1) укладывают армированный стеклопластик, состоящий из двух слоев препрега 2. Причем каждый из стыков 4 листов соседних металлических слоев 1 смещен относительно друг друга на половину (L/2) размера листа.
Пример 2. Трехслойный алюмостеклопластик содержит три металлических слоя из алюминиевого сплава 1 (фиг. 2). Каждый из металлических слоев 1 состоит из отдельных уложенных встык листов. Между металлическими слоями (1) укладывают армированный стеклопластик, состоящий из трех слоев препрега с различно ориентированными в них волокнами 3, а каждый из стыков 4 листов соседних металлических слоев 1 смещен относительно друг друга на половину размера листа.
Изготовление алюмостеклопластика осуществляется по любой известной технологии.
1. Способ получения слоистых алюмостеклопластиков, заключающийся в том, что укладывают по меньшей мере два металлических слоя, причем каждый слой состоит из отдельных уложенных по меньшей мере двух металлических листов встык, при укладке между металлическими слоями помещают на упомянутые металлические листы по меньшей мере два слоя препрега, отличающийся тем, что в каждом металлическом слое металлические листы укладывают таким образом, что стыки соседних металлических слоев смещены на половину длины металлического листа.
2. Способ получения слоистых алюмостеклопластиков по п. 1, отличающийся тем, что препрег включает связующее на эпоксидной основе и волокнистый наполнитель из стеклянных волокон.
3. Способ получения слоистых алюмостеклопластиков по п. 1 или 2, отличающийся тем, что слои препрега между металлическими слоями укладываются с различной ориентировкой армирующих волокон.
