Способ изготовления изделий из композиционных материалов

 

Изобретение относится к авиакосмической технике и радиопромышленности и может быть использовано при изготовлении изделий сложной формы, например антенных устройств. Способ изготовления изделий из композиционных материалов, включающий сборку пакета путем укладки слоев армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим, формование и металлизацию, отличающийся тем, что металлизацию производят путем напыления металлического покрытия электродуговым методом в воздушной среде на металлизированную ткань, заформованную в рабочую поверхность. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности покрытия и получение возможности ремонта и корректировки параметров рабочей поверхности изделия. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области авиакосмической техники, радиопромышленности, в частности к производству слоистых изделий из композиционных материалов и может быть использовано при разработке и изготовлении изделий сложных геометрических форм, например антенных устройств.

Известен способ изготовления элемента для антенных устройств, включающий сборку несущего пакета путем укладки слоев пропитанного связующим углеволокнистого наполнителя, отверждение связующего, нанесение непосредственно на внешние поверхности углепластикового пакета комбинированного тонкопленочного покрытия "титан - никель - алюминий". Покрытие наносится ионно-плазменным вакуумным методом на установке с системой планарных магнетронов /1/.

Однако данный способ технологически неприемлем для серийного производства изделий, а также изготовления изделий больших габаритов. Кроме того, высокая стоимость технологии, ее нерентабельность значительно повышает стоимость изделий.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности 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 наружных слоев. Эта технология повышает стабильность геометрических размеров изделия и позволяет изготавливать изделия больших габаритов /2/.

Недостатком данного способа является низкая адгезионная прочность покрытия, 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.

Кроме того, использование известного метода невозможно при массовом серийном изготовлении изделий сложных геометрических форм.

Задача предлагаемого изобретения - повышение адгезионной прочности покрытия, возможность изготовления изделий сложных геометрических форм, больших и малых габаритов, упрощение технологического процесса, а также получение возможности ремонта покрытия и корректировки геометрических параметров рабочей поверхности изделия.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из композиционных материалов, включающем сборку пакета путем укладки слоев армирующего материала, пропитанных термореактивным связующим, формование и металлизацию - металлизация производится путем напыления в воздушной среде электродуговым методом на слой металлизированной ткани, заформованной в наружный слой изделия.

Описание технологии изготовления образца, значение отдельных параметров будут приведены ниже. Здесь лишь отметим, что изготовление заявляемым способом образцов в сравнении с прототипом отличается технологической простотой и позволяет получать образцы любых габаритов и с любой сложностью геометрической формы изделия.

Пример.

Изготовление из углепластика изделия типа "Пластина с поверхностью сложной геометрической формы с металлическим покрытием" 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, ткань металлизированная APT 56041 ТУ 17 РСФСР 62-4504-77, ткань фильтровальная N3 ГОСТ 15978-93 (технологический слой).

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

Изготовление изделия осуществляют в следующей последовательности (схема сборки изделия представлена на чертеже): На рабочей поверхности формы (1) с нанесенной на нее и термообработанной смазкой К-21 ТУ 6-02-909-79 собирают пакет, состоящий из слоя ткани фильтровальной (2), слоя металлизированной ткани (3), двенадцати слоев углеленты (4), пропитанных связующим и собранных по схеме армирования ^o, 90^o, 0^o, 90^o, 0^o, 90^o, 90^o, 0^o, 90^o, 0^o, 90^o, 0^o; слоя стеклоткани Э2-62 (5), пропитанной связующим.

На собранный пакет укладывают цулагу, и производят укладку дренажного слоя (четыре слоя стеклоткани Э3-400 и слой металлической сетки) и установку вакуумного мешка. Далее осуществляется вакуумное формование углепластиковой пластины в печи полимеризации /термошкафу/ по следующему режиму: - создают давление под вакуумным мешком 0,8÷0,95 кгс/см²; - поднимают температуру в печи до 150±5^oС в течение 4 ч; - выдерживают изделие при температуре 150±5^oС в течение 1-го ч; - поднимают температуру в печи до 160±5^oС со скоростью не более 0,3^oС в мин; - выдерживают изделие при температуре 160±5^oС в течение 2-х ч; - охлаждают изделие в печи со скоростью не более 2^oС в мин.

После формования с рабочей стороны пластины удаляют слой фильтровальной ткани (технологический слой), тем самым подготавливая пластину к нанесению покрытия.

Затем на металлизированную ткань, заформованную в рабочую поверхность пластины, напыляют слой цинка, толщиной 90 мкм, при помощи установки электродугового напыления ARC SPREY 8830. Напыленное покрытие подвергается обработке (шлифовка, полировка) в соответствии с требованиями по шероховатости рабочей поверхности.

Изготовленное заявленным способом изделие характеризуется следующими показателями адгезионной прочности, плотности покрытия: - адгезионная прочность покрытия к материалу подложки не менее 90 МПа; - плотность покрытия цинком - 2,87 г/см² (плотность цинка 7,13 г/см²), следовательно покрытие является пористым.

В предлагаемом в заявке способе увеличение адгезионной прочности покрытия достигается за счет сцепления частиц напыляемого покрытия с заформованной в наружный слой изделия металлизированной тканью.

В изделиях, изготовленных с применением гладкой металлической фольги нет надежного сцепления покрытия со всеми поверхностными неровностями слоев армирующего материала, кроме того, выделение летучих веществ из материала пакета создает изнутри конструкции избыточное давление, что ухудшает адгезионную прочность покрытия, чего не происходит при нанесении покрытия заявленным способом, т.к. покрытие получается достаточно пористым.

Изделие, изготовленное заявленным способом, ремонтопригодно, т.к. существует возможность ремонта поврежденного покрытия методом электродугового напыления.

При изготовлении изделий с высокими точностными требованиями к геометрическим параметрам рабочей поверхности (например, зеркало космического радиотелескопа) появляется возможность корректировки геометрических параметров рабочей поверхности изделий путем допыления в определенных местах дополнительной толщины покрытия с последующей полировкой.

Заявленный способ позволяет изготавливать металлизированные изделия сложных геометрических форм.

Способ экономичен по сравнению с известными, так как одна из самых сложных операций - металлизация поверхности изделия -предельно упрощена /покрытие наносится электродуговым методом в воздухе с помощью известной высокопроизводительной установки/. Себестоимость изделий, изготовленных указанным способом, ниже известных. Габариты изделия определяются только величиной печи полимеризации - термошкафа, но при этом по сравнению с известными способами технология изготовления таких изделий проще. Возможно использование связующих холодного отверждения /на воздухе без термошкафа/. В этом случае габариты изготавливаемого изделия практически не имеют ограничений.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Портной К.И. и др. Структура и свойства композиционных материалов. М. : Машиностроение, 1979, с.168-176 - аналог.

2. Авторское свидетельство СССР, 1775316 А1, кл. В 32 В 15/14, 7/14, 1992 - прототип.

3. Определение соответствия технических решений критерию "существенные отличия". - Вопросы изобретательства, 1984г., 4, с.62.

4. Патентный закон Российской Федерации, 1992г., 3517 - 1.

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из композиционных материалов, включающий сборку пакета путем укладки слоев армирующего материала, пропитанного термореактивным связующим, формование и металлизацию, отличающийся тем, что металлизацию производят путем напыления металлического покрытия электродуговым методом в воздушной среде на металлизированную ткань, заформованную в рабочую поверхность.

РИСУНКИ

Рисунок 1