Способ изготовления изделий из композиционных материалов

 

Изобретение относится к авиакосмической технике, в частности к производству металлизированных слоистых изделий из композиционных материалов, и может быть использовано при разработке изготовления изделий в радиопромышленности, авиакосмической технике. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности и износостойкости покрытия, уменьшение веса изделия. Способ изготовления изделия из композиционных материалов включает сборку пакета путем укладки слоев армирующего материала, пропитанных термореактивным связующим, металлизацию и формование. При этом металлизация производится путем напыления металлического покрытия в воздушной среде электродуговым методом на слои армирующего материала, пропитанные термореактивным связующим с последующим отверждением связующего. Изделие, изготовленное данным способом, получается с низкой плотностью покрытия, что ведет к снижению веса. Износостойкость и адгезионная прочность покрытия значительно повышается за счет вкрапления напыляемого металла в микронеровности поверхностного слоя армирующего материала. Способ экономичен, так как металлизация изделий проводится высокопроизводительным способом на открытом воздух.

Предлагаемое изобретение относится к области авиакосмической техники, в частности к производству слоистых изделий из композиционных материалов, и может быть использовано при разработке и изготовлении изделий в радиопромышленности, авиакосмической технике.

Известен способ изготовления изделий из углепластика, включающий сборку пакета путем укладки слоев пропитанного термореактивным связующим армирующего материала, нанесение на внешние поверхности изделия покрытия в виде листов алюминиевой фольги и формование /1/.

Нанесение покрытия улучшает влагостойкость изделия, но из-за низкой газопроницаемости металлической фольги, выделение летучих веществ из материала пакета создает изнутри конструкции избыточное давление, что ухудшает адгезионную прочность изделия. Кроме того, ограничение снизу возможной толщины листов фольги увеличивает вес изготавливаемого изделия.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления изделий из углепластика, включающий сборку пакета путем укладки слоев армирующего материала, пропитанных термореактивным связующим, преимущественно эпоксидным, заформовку в наружные армирующие слои листов металлической фольги и формование, причем перфорированные листы фольги заформовывают заподлицо с внешней стороны каждого слоя. Эта технология повышает стабильность геометрических размеров изделия /2/.

Недостатком известного способа является низкая адгезионная прочность, которая выше, чем у аналогичного способа из-за применения перфорированной фольги. Однако в местах, где перфорация отсутствует, выделение летучих веществ из пакета композита в поверхностных микропустотах создает внутри конструкции избыточное давление и напряжение в покрытии. Да и технология нанесения готовой гладкой фольги на поверхность пакета с микронеровностями, микропорами не позволяет осуществить надежное сцепление металла со всеми участками поверхности. Адгезионная прочность при этом снижается. Применение фольги толщиной 10-30 микрон (не менее) не позволяет уменьшить вес изделия. Поверхность фольги в местах, где отсутствует перфорация, гладкая. Она равномерно стирается при трущихся соприкосновениях, т. е. износостойкость изделия, изготовленного известным способом, недостаточна, она гораздо ниже, чем у металлической напыленной поверхности с вкраплением металла в микронеровности слоев армирующего материала, пропитанных термореактивным связующим.

Задача предлагаемого изобретения - повышение адгезионной прочности и износостойкости покрытия и уменьшение веса изделий.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из композиционных материалов, включающем сборку пакета путем укладки слоев армирующего материала, пропитанных термореактивным связующим, металлизацию и формование, - металлизация производится путем напыления в воздушной среде электродуговым методом на слои армирующего материала, пропитанные термореактивным связующим, с последующим отверждением связующего.

Описание технологии изготовления образца, значение отдельных параметров будут приведены ниже. Здесь лишь отметим, что изготовленные заявляемым способом образцы в сравнении с прототипом отличаются повышенной адгезионной прочностью, износостойкостью покрытия и меньшим весом.

Пример изготовления из углепластика плоского изделия типа "пластина" заявляемым способом.

Сборку пакета осуществляют путем укладки слоев пропитанного связующим армирующего материала.

В качестве материала применена углеродная лента ЛУ-П-0,2 ГОСТ 28006-88, стеклоткань Э2-62 ГОСТ 19907-83 /крайние слои/.

Применяемое связующее - ФФЭ-70 ОСТ 92-0957-74. объемная доля которого в углепластике составляла 44%.

Изготовление изделия осуществляют в следующей последовательности.

Перед сборкой на наружную заготовку стеклоткани Э2-62, пропитанной связующим, с внешней стороны наносят слой цинка толщиной 30 мкм, при помощи установки электродугового напыления. Далее на обкладном листе /форме/ с нанесенной на него смазкой К21 ТУ 6-02-909-79 собирают пакет, состоящий из стеклоткани Э2-62, пропитанной связующим, с напыленным слоем цинка, десяти слоев углеленты, пропитанной связующим, собранного по схеме армирования 0,90, 0,90, 0, 0,90, 0,90, 0 и слоя стеклоткани Э2-62, пропитанной связующим. После сборки на наружную заготовку с внешней стороны напыляют слой цинка тех же параметров и такими же приемами, как перед сборкой. После сборки на пакет укладывают обкладной лист /форму/ с нанесенной на него смазкой К-21.

Пакет в обкладных листах помещают на вакуумный стол, на обкладные листы укладывают дренажный слой - четыре слоя стеклоткани Э3-400, на дренажный слой - металлическую сетку. Далее осуществляется вакуумное формование углепластиковой пластины в печи полимеризации /термошкафе/.

На собранный пакет устанавливается вакуумный мешок, под которым создают давление 0,8- 0,85 кгс/см². Затем осуществляют режим формования /отверждения связующего/ в печи полимеризации, состоящий в следующем: - подъем температуры в печи до 150-5^oC в течение 4 часов; - подъем температуры в печи до 160-5^oC со скоростью не более 0,3^oC в мин; - выдержка при 160^oC в течение 2 часов; - охлаждение со скоростью не более 2^oC в минуту.

Изготовленное заявленным способом изделие характеризуется следующими показателями адгезионной прочности, износостойкости, плотности покрытия, веса: - Плотность полученного покрытия цинком - 2,87 г/см /плотность цинка - 7,13 г/см/.

Выигрыш в массе при применении описываемого покрытия в сравнении с применением фольги из данного материала аналогичной толщины = в 2,5 раза.

- Адгезионная прочность покрытия к материалу подложки не менее 90 МПа.

В предлагаемом в заявке способе /уменьшение веса изделия/ достигается за счет того, что даже при одинаковых толщинах металлизирующего покрытия плотность напыляемого электродуговым методом покрытия значительно ниже, чем у металлической фольги в прототипе. Вкрапление напыляемого металла в микронеровности поверхностного слоя армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим, приводит к тому, что износостойкость изделия, полученного предлагаемым способом, значительно выше.

Адгезионная прочность сцепления металлического покрытия также зависит от вкрапления напыляемого металла в микронеровности поверхности слоев армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим.

В изделиях, изготовленных с применением гладкой металлической фольги, нет надежного сцепления покрытия со всеми поверхностными неровностями слоев армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим.

Способ экономичен по сравнению с известными, так как металлизация поверхности изделия проводится высокопроизводительным способом /электродуговым способом в воздухе/.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из композиционных материалов, включающий сборку пакета путем укладки слоев армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим, металлизацию и формование, отличающийся тем, что металлизацию производят путем напыления металлического покрытия электродуговым методом в воздушной среде на слои армирующего материала, пропитанные термореактивным связующим, с последующим отверждением связующего.