Способ изготовления многослойной панели

Изобретение относится к области изготовления панелей путем формования в автоклаве при повышенном давлении и может найти применение в аэрокосмической, судостроительной и других отраслях промышленности. Предложен способ изготовления многослойной панели, состоящей из слоистой обшивки и заполнителя, заключающийся в том, что на слоистую обшивку укладывают слой заполнителя и осуществляют соединение заполнителя с обшивкой методом вакуумно-автоклавного формования, в котором слоистую обшивку, представляющую собой металлополимерный композиционный материал в неотвержденном состоянии, предварительно заключают в вакуумный мешок, установленный по периметру обшивки, на нее укладывают слой заполнителя, затем всю сборку заключают в общий вакуумный мешок и помещают в автоклав, где происходит формование многослойной панели, при этом вакуумный мешок с обшивкой вакуумируется, а в общий вакуумный мешок подается давление меньшее, чем в автоклаве. Технический результат - снижение трудоемкости изготовления панели как минимум в 2 раза за счет совмещения формования обшивок с их присоединением к заполнителю при сохранении уровня прочности изделия. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области изготовления панелей путем формования в автоклаве при повышенном давлении и может найти применение в аэрокосмической, судостроительной и др. отраслях промышленности, требующих применения легких и прочных изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), в том числе и из металлополимерных композиционных материалов (МПКМ).

Известны способы изготовления многослойных панелей путем раздельного изготовления каждой из обшивок с последующим их присоединением к заполнителю (патенты США №6440257, ЕР №1086801, заявка WO 2005/056278).

Недостатком такого способа является понижение прочности обшивок в результате того, что присоединение обшивки к заполнителю производится при температуре выше рабочей температуры обшивки, вследствие чего теряется прочность изделия. Кроме того, резко увеличивается трудоемкость изготовления за счет увеличения длительности процесса.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ изготовления многослойной панели из композиционного материала, состоящей из слоистой обшивки и заполнителя, заключающийся в том, что на неотвержденную слоистую обшивку укладывают слой заполнителя, всю сборку заключают в вакуумный мешок и осуществляют отверждение обшивки и соединение ее с заполнителем методом вакуумно-автоклавного формования (патент РФ №2108910).

Недостатком способа-прототипа является то, что отверждение обшивки и ее соединение с заполнителем совмещено в одном процессе и осуществляется при одном давлении, что является неприемлемым в случае применения обшивок из МПКМ, требующих давления формования большего, чем допустимо для заполнителя без его разрушения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа изготовления многослойной панели путем вакуум-автоклавного формования, позволяющего осуществлять отверждение обшивки из МПКМ с одновременным ее присоединением к заполнителю без потери прочности и качества готового изделия.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ изготовления многослойной панели, состоящей из слоистой обшивки и заполнителя, заключающийся в том, что на слоистую обшивку укладывают слой заполнителя и осуществляют соединение заполнителя с обшивкой методом вакуумно-автоклавного формования, при этом слоистую обшивку, представляющую собой металлополимерный композиционный материал в неотвержденном состоянии, предварительно заключают в вакуумный мешок, установленный по периметру обшивки, на нее укладывают слой заполнителя, затем всю сборку заключают в общий вакуумный мешок и помещают в автоклав, где происходит формование многослойной панели, при этом вакуумный мешок с обшивкой вакуумируется, а в общий вакуумный мешок подается давление меньшее, чем в автоклаве, и равное

ΔP=P₁-P₂,

где P₁ - давление в автоклаве, необходимое для формования обшивки;

P₂ - давление, которое выдерживает заполнитель без разрушения.

В качестве металлополимерного композиционного материала используют материалы АЛОР, СПАЛ, ARALL, GLARE.

В качестве заполнителя используют ячеистый, трубчатый или перфорированный сотовый заполнитель.

При изготовлении панели, состоящей из двух обшивок и заполнителя, используют обшивки, заключенные в отдельные вакуумные мешки, установленные по их периметру.

На фиг.1 представлена схема панели, состоящей из заполнителя и одной обшивки. На фиг.2 представлена схема панели, состоящей из заполнителя и двух обшивок.

Авторами установлено, что при вакуумировании мешка, установленного по периметру обшивки, внутри формуемой обшивки создается вакуум. Соответственно, при подаче в автоклав давления воздуха возникает сила, действующая на обшивку, которая сдавливает ее. При установке этой обшивки с мешком на (и/или под) заполнитель с последующей установкой в общий мешок в нем поддерживается давление ΔР меньшее, чем в автоклаве P₁, на величину Р₂, достаточную для присоединения обшивки к заполнителю без разрушения последнего, то есть обшивка формуется при одном давлении P₁, а присоединение ее к заполнителю одновременно осуществляется при другом давлении Р₂.

В предлагаемом способе изготовления панели достигается высокая прочность получаемой обшивки при ее изготовлении с одновременным ее присоединением к заполнителю, причем качество присоединения обшивки к заполнителю также возрастает за счет применения неотвержденной, то есть менее жесткой обшивки, которая хорошо прилегает к заполнителю. Кроме того, при проведении ультразвукового контроля готового изделия (панели) было установлено хорошее прилегание заполнителя ко всей поверхности приклеенной обшивки (дефекты типа «непроклеи» отсутствуют).

Примеры осуществления.

Пример 1.

Изготавливали панель газогенератора двигателя самолета с обшивкой из АЛОР, двойной кривизны. На форму 1 (фиг.1) укладывали обшивку из неотвержденного МПКМ АЛОР, состоящего из двух листов анодированного сплава Д16чАТ (2 и 4) толщиной 0,5 мм и расположенных между ними двух слоев препрега 3 из органической ткани и клеевого связующего. Уложенную обшивку по периметру заключали в вакуумный мешок 5, который приклеивался к верхнему краю листа 4 и к форме 1. Вакуумный мешок подсоединяли к системе вакуумирования 6. На поверхность листа 4 укладывали ячеистый заполнитель 7. Всю полученную сборку заключали в общий вакуумный мешок 8, приклеиваемый к форме 1 и подсоединенный к системе подачи воздуха 9. Форму 1 с установленной на ней сборкой устанавливали в автоклав фирмы «Шольц». Вакуумный мешок 5 вакуумировали до давления, близкого к нулю. Затем в автоклаве поднимали температуру до 125±5°С и создавали давление 12 кг/см². При этом одновременно подавали давление в общий вакуумный мешок 8, причем строго соблюдалось отставание величины этого давления от величины давления в автоклаве на 2 кг/см² - на величину давления, достаточного для присоединения обшивки к сотовому заполнителю. Поскольку в объеме, где находился сотовый заполнитель (общий вакуумный мешок), создавалось давление 10 кг/см², а в автоклаве было создано давление 12 кг/см², присоединяемая обшивка прижималась к сотовому заполнителю давлением 2 кг/см², а сама обшивка подвергалась давлению 12 кг/см².

После окончания цикла формования давление в автоклаве и общем мешке 8 сбрасывали до атмосферного, а в вакуумном мешке 5 поднимали до атмосферного. Изделие охлаждали и вынимали из автоклава.

Готовая панель подвергалась ультразвуковой дефектоскопии на предмет выявления дефектов типа непроклеев. Непроклеев обнаружено не было.

Пример 2.

Изготавливали трехслойную панель для газогенератора двигателя самолета с обшивками из СИАЛ, двойной кривизны. На форму 1 (фиг.2) укладывали обшивку из неотвержденного МПКМ СИАЛ, состоящего из двух листов алюминиевого анодированного сплава 2 и 4 толщиной 0,5 мм и расположенных между ними двух слоев препрега 3 из стеклоткани и клеевого связующего. Уложенную обшивку по периметру заключали в вакуумный мешок 5, который приклеивался к верхнему краю листа 4 и к форме 1. Вакуумный мешок подсоединяли к системе вакуумирования 6. На поверхность листа 4 укладывали заполнитель - перфорированные алюминиевые соты 7, на которые укладывали вторую обшивку: лист алюминиевого анодированного сплава - 2¹, два слоя препрега - 3¹, лист алюминиевого анодированного сплава - 4¹, которую также заключали в вакуумный мешок 5¹, закрепленный по периметру на краях листов 2¹ и 4¹ и соединенный с системой вакуумирования 6. Всю полученную сборку заключали в общий вакуумный мешок 8, приклеиваемый к форме 1 и подсоединенный к системе подачи воздуха 9. Форму 1 с установленной на ней сборкой устанавливали в автоклав фирмы «Шольц». Вакуумные мешки 5 и 5¹ вакуумировали до давления, близкого к нулю. Затем в автоклаве поднимали температуру до 125±5°С и давление 12 кг/см². При этом одновременно подавали давление в общий вакуумный мешок 8, причем строго соблюдалось отставание величины этого давления от величины давления в автоклаве на 2 кг/см² - на величину давления, достаточного для присоединения обшивок к сотовому заполнителю. Поскольку в объеме, где находился сотовый заполнитель, создавалось давление 10 кг/см², а в автоклаве было создано давление 12 кг/см², присоединяемые обшивки прижимались к сотам давлением 2 кг/см², а сами обшивки подвергались давлению 12 кг/см².

После окончания цикла формования давление в автоклаве и общем вакуумном мешке 8 сбрасывали до атмосферного, а в вакуумных мешках 5 и 5¹ поднимали до атмосферного. Изделие охлаждали и вынимали из автоклава.

Готовая панель подвергалась ультразвуковой дефектоскопии на предмет выявления дефектов типа непроклеев. Непроклеев обнаружено не было.

Из готовой панели вырезались образцы для проведения механических испытаний. Было установлено, что прочность детали, полученной заявляемым способом, соответствует прочности такой же детали, но изготовленной традиционным способом, при раздельном изготовлении отвержденных обшивок с последующим их присоединением к заполнителю.

Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в снижении трудоемкости изготовления панели как минимум в 2 раза за счет совмещения формования обшивок с их присоединением к заполнителю при сохранении уровня прочности изделия.

1. Способ изготовления многослойной панели, состоящей из слоистой обшивки и заполнителя, заключающийся в том, что на слоистую обшивку укладывают слой заполнителя и осуществляют соединение заполнителя с обшивкой методом вакуумно-автоклавного формования, отличающийся тем, что слоистую обшивку, представляющую собой металлополимерный композиционный материал в неотвержденном состоянии, предварительно заключают в вакуумный мешок, установленный по ее периметру, на нее укладывают слой заполнителя, затем всю сборку заключают в общий вакуумный мешок и помещают в автоклав, где происходит формование многослойной панели, при этом вакуумный мешок с обшивкой вакуумируется, а в общем вакуумном мешке поддерживается давление, меньшее, чем в автоклаве, и равное

ΔP=P₁-P₂,

где P₁ - давление в автоклаве, необходимое для формования обшивки;

P₂ - давление, которое выдерживает заполнитель без разрушения.

2. Способ изготовления многослойной панели по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлополимерного композиционного материала используют материалы АЛОР, СИАЛ, ARALL, GLARE.

3. Способ изготовления многослойной панели по п.1, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют ячеистый, трубчатый или перфорированный сотовый заполнитель.

4. Способ изготовления многослойной панели по п.1, отличающийся тем, что используют две слоистые обшивки из металлополимерного композиционного материала, заключенные в отдельные вакуумные мешки, установленные по их периметру.