Способ формования осесимметричных пустотелых изделий из композиционных материалов

 

Использование: при производстве тонкостенных оболочечных конструкций из композиционных материалов с термореактивной матрицей. Сущность изобретения: способ формования предусматривает использование заполненной газом внутренней оболочки 1, на поверхности которой выкладывают пакет 2 армирующего материала, пропитанного связующим компонентом. После выкладки на пакет 2 устанавливают наружную дополнительную оболочку 3 из упругого материала. Затем осуществляют прессование пакета 2 путем увеличения давления внутри оболочки 1. Отверждают связующий компонент, сбрасывают давление газа и удаляют дополнительную оболочку. За счет предварительного растяжения армирующего материала при повышении давления в оболочке 1 большая усадка после отверждения компенсируется естественным сжатием армирующего элемента, что предотвращает растрескивание готового изделия. 2 ил.

Изобретение относится к переработке композиционных материалов и может быть использовано при производстве тонкостенных оболочечных конструкций из композиционных материалов с термореактивной матрицей.

Известен способ формования пустотелых изделий из композиционных материалов с использованием оправки в виде заполненной газом оболочки, заключающийся в выкладке на поверхности последней силового набора из армирующего материала, пропитанного связующим компонентом, и последующем его отверждении с одновременным прессованием пакета композиционного материала путем подачи повышенного давления в полость оболочки [1] Этот способ предусматривает использование жесткой разборной пресс-формы, в которую помещают оболочку, а наружный контур изделия из композиционного материала приобретает при этом форму поверхности жесткой пресс-формы, контактирующей с изделием.

Существенным недостатком известного способа является появление в отвержденном связующем остаточных напряжений растяжения, приводящих к преждевременному растрескиванию связующего в процессе эксплуатации, а также необходимость использования разборной пресс-формы.

Ближайшим к описываемому является известный способ формования осесимметричных пустотелых изделий из композиционных материалов, при котором используют заполненную газом внутреннюю оболочку и дополнительную наружную оболочку, между которыми осуществляют прессование пакета армирующего материала, пропитанного связующим компонентом, и последующее его отверждение, и удаляют наружную оболочку с изделия [2] В известном способе сначала собирают заготовку изделия из пакета армирующего материала и устанавливают на него наружную оболочку, а затем вводят в заготовку внутреннюю оболочку, заполняемую газом под давлением.

В традиционно используемых композиционных материалах коэффициент термического расширения связующего, как правило, больше такового армирующего компонента, что при отверждении готового изделия после формования приводит к разной термической усадке его компонентов. Так, например, армирующий /более прочный и жесткий/ материал растягивает матрицу. Когда уровень растягивающих напряжений в макрообъеме матрицы достигает предела прочности, матрица начинает растрескиваться, что приводит к потере сплошности материала.

Указанные недостатки снижают эксплуатационную надежность изделия и усложняют технологию его формования.

Техническим результатом изобретения является снижение остаточных напряжений в изделии и обеспечение возможности изготовления изделий более сложной формы, чем трубчатая.

Для достижения указанного технического результата в способе формования пустотелых изделий из композиционных материалов, при котором используют заполненную газом внутреннюю оболочку и наружную дополнительную оболочку, между которыми осуществляют прессование пакета армирующего материала, пропитанного связующим компонентом, и последующее его отверждение, и удаляют наружную оболочку с изделия, выкладку армирующего, пропитанного связующим компонентом, осуществляют непосредственно на заполненную газом внутреннюю оболочку, а после нанесения наружной дополнительной оболочки прессование пакета армирующего материала осуществляют путем увеличения давления во внутренней оболочке.

На фиг.1 изображено трубчатое пустотелое изделие из композиционного материала /фрагмент, аксонометрия/, момент прессования пакета армирующего материала, пропитанного связующим компонентом; на фиг.2 то же, поперечное сечение при выкладке пакета армирующего материала /слева/ и при его формовании /справа/.

Способ формования осесимметричных пустотелых изделий из композиционных материалов может быть осуществлен следующим образом.

Внутреннюю оболочку 1 через центральный стержень 4 заполняют газом до давления Р1. Осуществляют выкладку пакета 2 непосредственно на поверхности оболочки 1. Пакет 2 состоит из армирующего материала, пропитанного связующим компонентом и имеющим толщину h^*_км. Затем на наружную поверхность пакета 2 укладывают наружную дополнительную оболочку 3 из упругого материала. Дополнительную оболочку можно образовать различными способами, в частности путем намотки виток к витку ленты из упругого материала. После этого осуществляют прессование пакета 2 до толщины h_км путем повышения давления во внутренней оболочке 1 до значения P₂. Производят отверждение связующего компонента посредством нагрева до заданной температуры. Изделие приобретает осесимметричную форму за счет мембранных усилий в надутой оболочке 1. После отверждения изделие охлаждают, наружную дополнительную оболочку 3 удаляют, а при необходимости удаляют и внутреннюю оправку 1. За счет предварительного растяжения армирующего материала /при повышении давления со значения P₁ до значения P₂ /большая термическая усадка в отвержденной матрице компенсируется естественным сжатием армирующего материала/ при сбросе внутреннего давления/. Таким образом, снижается уровень растягивающих напряжений в матрице, а при специальном подборе термоупругих характеристик оболочки 1, слоя пакета-композита 2, дополнительной оболочки 3, а также величины давлений P₁ и P₂ и температуры отверждения связующего можно добиться полного отсутствия остаточных растягивающих напряжений в хрупкой матрице или даже достичь их отрицательного значения.

Формула изобретения

Способ формования осесимметричных пустотелых изделий из композиционных материалов, при котором используют заполненную газом внутреннюю оболочку и наружную дополнительную оболочку, между которыми осуществляют прессование пакета армирующего материала, пропитанного связующим компонентом, и последующее его отверждение, и удаляют наружную оболочку с изделия, отличающийся тем, что выкладку армирующего материала, пропитанного связующим компонентом, осуществляют непосредственно на заполненную газом внутреннюю оболочку, а после нанесения наружной дополнительной оболочки прессование пакета армирующего материала осуществляют путем увеличения давления во внутренней оболочке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2